ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРА ЧАСТИЦ НАНОСОЕДИНЕНИЙ НА ФОРМИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО МЕТАЛЛОКОМПОЗИЦИОННОГО СЛОЯ В ЧУГУННЫХ ОТЛИВКАХ

Abstract

Цель – исследовать роль наночастиц в процессах получения литых металлокомпозиций и применить нанопорошки в качестве упрочняющих веществ для получения износостойкого литого композиционного слоя на рабочей поверхности чугунных отливках. Методика. Нанодисперсные порошки фракции менее 100 нм получали на установках плазмохимического синтеза в АО «Neomat». Опытные плавки проводили в индукционной печи ЛПЗ-67. Микроструктуру оценивали на металлографическом микроскопе «Neophot 21». Полученные отливки испытывали на износостойкость на машине истирания МИ по потере массы образца после испытания.Результаты. Роль наночастиц сводится к созданию в расплаве дополнительных искусственных центров кристаллизации, которые обладают свойствами тугоплавкого наномодификатора и соизмеримые с критическими зародышами, параметры их решетки – соответствовать параметрам кристаллической решетки кристаллизующейся фазы и их должно быть в достаточном количество при массовом вводе для получения в отливке субмикроскопической структуры. Установлен оптимальный диапазон размера зародышей аустенита при переохлаждении от 10 до 40 oС. Полученные данные применены при разработке технологического процесса образования литых металлокомпозитов в поверхностном слое отливок. Структура композиционного слоя, полученного пропиткой нанопорошка карбонитрида титана, имеет субмелкодисперсное строение и состоит из карбидов титана и титано-карбидной эвтектики. Результаты испытаний показали, что износостойкость образцов из металлокомпозиционного слоя имеют износостойкость в 3,5 – 4,2 раза больше, чем износостойкость образцов из обычного отбеленного чугуна. Технология применения нанопорошков в качестве упрочняющих веществ, для получения износостойкого литого композиционного слоя в отливках, является перспективным направлением в литейном производстве. Научная новизна. Развиты представления о роли наночастиц в создании в расплаве дополни­тельно искусственных центров кристаллизации. Установлено, что для этого они должны обладать свойствами тугоплавкого наномодификатора, быть соразмерными с критически­ми зародышами, параметры их решетки – соответствовать параметрам кристал­лической решетки кристаллизующейся фазы и их должно быть достаточное количество при массовом вводе для получения в отливке суб­микроскопической структуры.Предложен и экспериментально подтвержден механизм получения литых композиционных материалов, армированных наночастицами, заключающийся во взаимодействии расплава чугуна со слоем нанодисперсного соединения и включающий следующие процессы: нагрев слоя порошка (возможно пасты ) за счет физического тепла расплава; фильтрация расплава в поры порошка и дальнейший разогрев его; распределение частиц нанопорошка в жидкой фазе в момент фильтрации расплава; дальнейшие распределение частиц нанопорошка в жидкой фазе после заполнения межзёренного пространства; диффузионные процессы при охлаждении пропитанного металла в твердом состоянии.Практическая ценность. Результаты испытаний показали, что износостойкость образцов из металлокомпозиционного слоя имеют износостойкость в 3,5 – 4,2 раза больше, чем износостойкость образцов из обычного отбеленного чугуна. Технология применения нанопорошков в качестве упрочняющих веществ для получения износостойкого литого композиционного слоя на поверхности чугунных отливок является перспективным направлением в литейном производстве.