blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2015-10-728-734blackmet-739Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESВНУТРИФОРМЕННОЕ МОДИФИЦИРОВАНИЕ ЧУГУНОВ. ВЛИЯНИЕ СОСТАВА И КОНЦЕНТРАЦИИ НАНОРАЗМЕРНЫХ МОДИФИКАТОРОВ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕРОГО ЧУГУНА. СООБЩЕНИЕ 3INTRAFORM MODIFICATION OF CAST IRON. INFLUENCE OF THE COMPOSITION AND CONCENTRATION OF NANOSIZED MODIFIERS ON THE SERVICE CHARACTERISTICS OF GRAY CAST IRON. REPORT 3ПолубояровВ. А.PoluboyarovV. A.

д.х.н., профессор, ведущий научный сотрудник

Dr. Sci. (Chem.), Professor, Leading Researcher of the Laboratory of Synchrotron Radiation Methods

sanych@solid.nsc.ruКоротаеваЗ. А.KorotaevaZ. A.

к.х.н., научный сотрудник

Cand. Sci. (Chem.), Researcher of the Laboratory of Synchrotron Radiation Methods

ЖданокА. А.ZhdanokA. A.

инженер

Engineer of the Laboratory of Synchrotron Radiation Methods

КузнецовВ. А.KuznetsovV. A.

директор

Director

СамохинА. В.SamokhinA. V.

к.т.н, старший научный сотрудник

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН (630128, Россия, г. Новосибирск, ул. Кутателадзе, 18)РоссияInstitute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (ISSC) (18, Kutateladze str., Novosibirsk, 630128, Russia)Russian FederationООО «Цетролит-С» (630088, Россия, г. Новосибирск, ул. Петухова, 51)РоссияLLC “Tsentrolit-S” (51, Petukhova str., Novosibirsk, 630088, Russia)Russian FederationИнститут металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова (119891, г. Москва, Ленинский пр., 49)РоссияInstitute of Metallurgy and Material Science named after Baikov A.A., RAS (49, Leninskii ave., Moscow, 119991, Russia)Russian Federation2015281120155810728734Copyright © Полубояров В.А., Коротаева З.А., Жданок А.А., Кузнецов В.А., Самохин А.В., 20152015Полубояров В.А., Коротаева З.А., Жданок А.А., Кузнецов В.А., Самохин А.В.Poluboyarov V.A., Korotaeva Z.A., Zhdanok A.A., Kuznetsov V.A., Samokhin A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/739

Исследовано влияние концентрации и состава наноразмерных модификаторов, полученных различными методами (термическим, плазмохимическим, самораспространяющегося высокотемпературного синтеза – СВС, механохимическим и комбинированным с механохимическим), на микроструктуру и механические свойства синтетического серого чугуна при внутриформенном модифицировании. Кроме этого, в качестве наноразмерных модификаторов были исследованы пылевидные металлургические отходы. Для сравнения модифицирующих свойств использованы классические модификаторы российского производства. Увеличение твердости по Бринеллю в пределах 13 % показали образцы чугуна, модифицированные карбидами вольфрама и титана (методы СВС + механохимический), 10 % – модифицированные оксидом иттрия с цирконием или хромом (механохимический метод) и [ά-Fe, TiCx Ny , SiC] (плазмохимический метод). Увеличение предела прочности на растяжение примерно на 20 % зафиксировано на образцах чугуна, модифицированных карбидами вольфрама и титана с цирконием (механохимический метод). На образцах, модифицированных оксидом иттрия с цирконием или хромом (механохимический метод) и [ά-Fe, TiCx Ny , SiC] (плазмохимический метод), предел прочности возрос на 8 – 12 %. Концентрации модификаторов, при которых проявляется наибольший модифицирующий эффект, составили примерно 0,002 – 0,050 %.

The paper presents the research of the infl uence of the concentration and composition of nanoscale modifi ers, obtained when using different methods (thermal, plasma-chemical, self-spreading hightemperature synthesis – SHS, mechanochemical and combined with mechano-chemical), on the microstructure and mechanical properties of synthetic grey cast iron in the intraform modifi cation. In addition, in the capacity of nanosized modifi ers dust-like metallurgical waste have been investigated. Classic modifi ers of the Russian production have been used to compare modifying properties. The increase in the Brinell hardness in the range of 13 % has been shown by the samples of cast iron, modifi ed by tungsten and titanium carbides (the SHS method + the mechanochemical one), 10 % – modifi ed by yttrium with zirconium or chromium (the mechanochemical method) and [ά-Fe, TiCx Ny , SiC] (the plasma-chemical method). The increase in the limit of tensile strength by approximately 20 % has been recorded on the samples of cast iron, modifi ed by tungsten and titanium carbides with zirconium (the mechanochemical method). On the samples modifi ed by yttrium with zirconium or chromium (the mechanochemical method) and [α-Fe, TiCx Ny , SiC] (the plasma-chemical method), tensile strength has increased by 8 – 12 %. The concentration of modifi ers, in which the greatest modifying effect has been revealed, has made approximately

0.002 – 0.050 %.

внутриформенное модифицированиежелезокарбид титанакарбиды вольфрамакерамические частицыметалл-протектормеханохимический методмодификаторплазмохимический методпредел прочности на растяжениеСВСсерый чугунтвердостьтермический методтитаномагнетитхромцирконийintraform modifi cationirontitanium carbidetungsten carbideceramic particlesprotector metalmechanochemical methodmodifierplasma-chemical methodultimate strength on tensionself-spreading high-temperature synthesisgrey cast ironhardnessthermal methodtitaniferous magnetitechromiumzirconiumReferencesSaburov V.P., Cherepanov A.N., Zhukov M.F. Plazmokhimicheskii sintez ul’tradispersnykh poroshkov i ikh primenenie dlya modifi tsirovaniya metallov i splavov [Plasma chemical synthesis of ultradisperse powders and their application for modifi cation of metals and alloys]. Novosibirsk: Nauka. Sibirskaya izdatel’skaya firma RAN, 1995, 344 p. (In Russ.).Saburov V.P., Cherepanov A.N., Zhukov M.F. Plazmokhimicheskii sintez ul’tradispersnykh poroshkov i ikh primenenie dlya modifi tsirovaniya metallov i splavov [Plasma chemical synthesis of ultradisperse powders and their application for modifi cation of metals and alloys]. Novosibirsk: Nauka. Sibirskaya izdatel’skaya firma RAN, 1995, 344 p. (In Russ.).Zhukov M.F., Cherskii I.N. Uprochnenie metallicheskikh, polimernykh i elastomernykh materialov ul’tradispersnymi poroshkami plazmokhimicheskogo sinteza [Strengthening of metal, polymer and elastomer materials with ultra-disperse powders of plasma chemical synthesis]. Novosibirsk: Nauka. Sibirskaya izdatel’skaya firma RAN, 1999. 312 p. (In Russ.).Zhukov M.F., Cherskii I.N. Uprochnenie metallicheskikh, polimernykh i elastomernykh materialov ul’tradispersnymi poroshkami plazmokhimicheskogo sinteza [Strengthening of metal, polymer and elastomer materials with ultra-disperse powders of plasma chemical synthesis]. Novosibirsk: Nauka. Sibirskaya izdatel’skaya firma RAN, 1999. 312 p. (In Russ.).Krushenko G.G., Cherepanov A.N., Poluboyarov V.A., Kuznetsov V.A. The results of half-industrial studies for improving the properties of ferrous and non-ferrous metals with the help of refractory nano-powdered materials. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2003, no. 4, pp. 23‒29. (In Russ.).Krushenko G.G., Cherepanov A.N., Poluboyarov V.A., Kuznetsov V.A. The results of half-industrial studies for improving the properties of ferrous and non-ferrous metals with the help of refractory nano-powdered materials. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2003, no. 4, pp. 23‒29. (In Russ.).Krushenko G.G., Yamskikh I.S., Bonchenkov A.A., Mishin A.S. Improvement of the quality of cast iron castings with the help of nanopowders. Metallurgiya mashinostroeniya. 2002, no. 2 (9), pp. 20–21. (In Russ.).Krushenko G.G., Yamskikh I.S., Bonchenkov A.A., Mishin A.S. Improvement of the quality of cast iron castings with the help of nanopowders. Metallurgiya mashinostroeniya. 2002, no. 2 (9), pp. 20–21. (In Russ.).Khrychikov V.E., Kalinin V.T., Krivosheev V.A., Dotsenko Yu.V., Seliverstov V.Yu. Ultra-disperse modifi ers for increasing the quality of castings. Liteinoe proizvodstvo. 2007, no. 7, pp. 2‒5. (In Russ.).Khrychikov V.E., Kalinin V.T., Krivosheev V.A., Dotsenko Yu.V., Seliverstov V.Yu. Ultra-disperse modifi ers for increasing the quality of castings. Liteinoe proizvodstvo. 2007, no. 7, pp. 2‒5. (In Russ.).Pinkin V.F., Karengin A.G., Osinenko S.A. Modifi cation of highchromium cast iron with ultra-disperse powder. Liteinoe proizvodstvo. 1994, no. 3, p. 7. (In Russ.).Pinkin V.F., Karengin A.G., Osinenko S.A. Modifi cation of highchromium cast iron with ultra-disperse powder. Liteinoe proizvodstvo. 1994, no. 3, p. 7. (In Russ.).Vlas M.I., Kalinin V.T., Khrychikov V.E., Krivosheev V.A., Menyailo T.V., Kondrat A.A. Modifi cation of wear-resistant cast iron with ultra- and nano-disperse materials. Sistemnye tekhnologii. 2010, no. 1 (66), pp. 150‒162. (In Russ.).Vlas M.I., Kalinin V.T., Khrychikov V.E., Krivosheev V.A., Menyailo T.V., Kondrat A.A. Modifi cation of wear-resistant cast iron with ultra- and nano-disperse materials. Sistemnye tekhnologii. 2010, no. 1 (66), pp. 150‒162. (In Russ.).Jian-wei Lia, Mei-ling Chenb, Hong Gaob, Ying-hua Zhaoc. Structures and Properties of Cast Irons Reinforced by Trace Addition of Modifi ed SiC Nanopowders. Сhinese journal of chemical physics. 2007. Vol. 20, pp. 625‒631.Jian-wei Lia, Mei-ling Chenb, Hong Gaob, Ying-hua Zhaoc. Structures and Properties of Cast Irons Reinforced by Trace Addition of Modifi ed SiC Nanopowders. Сhinese journal of chemical physics. 2007. Vol. 20, pp. 625‒631.Poluboyarov V.A., Mali V.I., Korotaeva Z.A., Zhdanok A.A., Pauli I.A., Stepanova N.V. Sposob polucheniya nanodispersnykh poroshkov karbidov vol’frama i titana metodom SVS [Method for production of nano-disperse powders of tungsten and titanium carbides by SHS method]. Patent RF no. 2508249. Byulleten’ izobretenii. 2014, no. 6. (In Russ.).Poluboyarov V.A., Mali V.I., Korotaeva Z.A., Zhdanok A.A., Pauli I.A., Stepanova N.V. Sposob polucheniya nanodispersnykh poroshkov karbidov vol’frama i titana metodom SVS [Method for production of nano-disperse powders of tungsten and titanium carbides by SHS method]. Patent RF no. 2508249. Byulleten’ izobretenii. 2014, no. 6. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.