Сравнительные результаты триботехнических испытаний роликов для маятниковой мельницы из износостойкого чугуна ИЧХ28Н2 и стали ШХ15СГ

Цель работы — сравнение триботехнических характеристик промышленных рабочих роликов из стали ШХ15СГ (до и после эксплуатации) и из чугуна ИЧХ28Н2 (до эксплуатации) для выбора материала роликов и увеличения срока службы маятниковых мельниц.

Металлографические исследования выполнены на оптических микроскопах IM7000 с анализатором изображения Thixomet и микровизоре µVizo-MET. Измерения микротвердости проведены в автоматическом режиме по методу Виккерса при нагрузке 50 г по всему сечению промышленных роликов. Триботехнические испытания выполнены на машине трения СМЦ-2 по схеме «ролик — абразивный ролик» оценивая коэффициент трения, износ и шероховатость поверхности.

Установлено, что сталь ШХ15СГ в исходном состоянии имела однородную структуру низкоотпущенного мартенсита с карбидной неоднородностью из (Cr,Fe)₃C (HV 828) со средней твёрдостью HV 630. После 3-х месяцев эксплуатации под действием разупрочняющих процессов (температуры и пластической деформации) в подповерхностных слоях проходила трансформация мартенсита в троостит отпуска, образование полос с мартенситной и мартенситно-трооститной структурой со средней твёрдостью HV 443, что в 1,5 раза меньше, по сравнению с твёрдостью (HV 630) в исходном состоянии.

Чугун ИЧХ28Н2 имел структуру белого доэвтектического чугуна, состоящую из легированного аустенита (670—750 HV), карбидов цементитного типа (Cr,Fe)₃C (856 HV) и специальных карбидов (Cr,Fe)₇C₃ (1389 HV) и (Cr,Fe)₂₃C₆ (1750 HV). Средняя твёрдость чугуна HV 781, что в 1,2 раза выше твёрдости стали в исходном состоянии. Также чугун обладает, по сравнению со сталью, более низким коэффициентом трения (0,58 против 0,68—0,85), в 1,7 раза меньшим износом (214 мг против 358 мг) и способностью к приработке при трении (снижение шероховатости R_a в 3,7 раза). Таким образом, чугун ИЧХ28Н2 рекомендован в качестве материала для роликов маятниковых мельниц, работающих в условиях интенсивного абразивного износа.

1. Guitar M. Agustina, Nayak U. Pranav, Britz Dominik and Mu ̈cklich Frank. The Effect of Thermal Processing and Chemical Composition on Secondary Carbide Precipitation and Hardness in High-Chromium Cast Irons // International Journal of Metalcasting. — 2020 (14), no. 3, 756—765

2. Widder Lukas, Rojacz Harald, Buscher Markus, and Varg Markus. High-Temperature Abrasion Resistance and Wear Mechanisms of chilled High-Chromium Cast Irons // Modern Materials and Manufacturing. — 2021, 1—5

3. Tyagi R., Nath S., and Ray S. Effect of Martensite Content on Friction and Oxidative Wear Behavior of 0.42 Pct Carbon Dualphase Steel // Metall Mater Trans. — 2002, no. 33(11), 347—368

4. Гарбер М.Е. Износостойкие белые чугуны: свойства, структура, технология, эксплуатация. — М.: Машиностроение. — 2010

5. Konar B., Kim J., and Jung I. Critical Systematic Evaluation and Thermodynamic Optimization of the Fe-RE System: RE = La, Ce, Pr, Nd and Sm // Journal Phase Equilibria and Diffusion. — 2016 (37), no. 4, 438—458

6. Karantzalis A.E., Lekatou A., Kapoglou A., Mavros H., and Dracopoulos V. Phase Transformations and Microstructucal Observations During Subcritical Heat Treatments of a High-Chromium Cast Iron // Journal of Materials Engineering and Performance. — 2012 (21), no. 6, 1030—1039

7. Sain P.K., Sharma C.P., and Bhargava A.K. Microstructure Aspects of a Newly Developed, Low Cost, Corrosion-Resistant White Cast Iron // Journal Metallurgical and Materials Transactions A. — 2013 (44), 1665—1671

8. Стеблов А.Б., Тимошпольский В.И., Ленартович Д.В., Гуненкова С.В., Котов И.В. Влияние факторов нагрева на формирование карбидной сетки в стали ШХ15СГ // Литье и металлургия. — 2005, № 2(34), 77—80

9. Попова Е.Г., Лалазарова Н.А. Износостойкий чугун для шаров шаровых мельниц // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. — 2017 (76), 91—95

10. Жумаев А.А., Барановский К.Э., Мансуров Ю.Н. Анализ микроструктуры износостойких хромистых чугунов после термической обработки // Литье и металлургия. — 2021, № 1, 142—148