Комбинирование состава сталей по углероду

Многие детали машин (зубчатые колеса, валы, поршневые кольца и т. д.) подвергаются трению и одновременно действию ударных нагрузок. Такие детали должны иметь твердый износостойкий поверхностный слой и вязкую сердцевину, хорошо противостоящую разрушению от ударов. Этим требованиям может удовлетворять мягкая и вязкая сталь с твердой поверхностью, подвергающейся трению и истиранию. Для поверхностного упрочнения применяют поверхностную закалку с нагревом токами высокой частоты и различные виды химико-термической обработки.

В первом случае происходит разогрев поверхностных слоев за счет индуцированных (вихревых) токов, а последующее быстрое охлаждение обеспечивает образование закаленного слоя, обладающего высокой твердостью, износостойкостью и выносливостью. Во втором случае высокое упрочнение поверхности достигается в результате диффузионного насыщения стали другими элементами, например углеродом (цементация), азотом (азотирование), бором (борирование) и т. д. В науку и технологию диффузионного упрочнения стали, так называемую химико-термическую обработку, большой вклад внесли ученые Белорусского политехнического института Л. С. Ляхович, Л. Г. Ворошнин, Г. Г. Панич, Г. Ф. Протасевич и другие. Разработанные ими методы борирования, силицирования, комбинированной обработки различными элементами нашли широкое применение на заводах республики.

Комбинируя состав сталей по углероду, добавляя к ним легирующие элементы в различных соотношениях и применяя разные режимы термической обработки, мы можем изменять в широких пределах физико-механические и технологические свойства сплавов.

Ну, а чугуны, можно ли улучшать их строение и свойства? Безусловно, да. Как уже указывалось, структура чугунов состоит из стальной основы и включений графита разнообразной формы. Значит, во-первых, можно совершенствовать основу путем той же термообработки и легирования, регулирования режимов плавки и литья. Во-вторых, и это главное, можно изменять форму и количество графитных включений, их распределения в стальной основе. Это достигается при помощи так называемого модифицирования. Путем ввода в расплав специальных добавок-модификаторов удается перевести грубые выделения графита в мелкие частицы, равномерно распределенные по всему сечению отливки. Небольшие присадки магния или церия вызывают округление включений графита, делают их шарообразными.

Шаровидный графит, имеющий минимальную поверхность при данном объеме, значительно меньше ослабляет металлическую основу чугуна, чем пластинчатый. Вместе с тем округлые включения графита перестают быть концентраторами напряжений, снижающими прочность на разрыв и увеличивающими хрупкость чугуна. Поэтому чугун с шаровидным графитом является высокопрочным и во многих случаях может быть конкурентом стали. В настоящее время из высокопрочного чугуна изготавливают такие ответственные детали, как коленчатые валы двигателей внутреннего сгорания. Однако широкое внедрение высокопрочного чугуна пока ограничено из-за сложной технологии ввода в расплав магния. Обладая сильным пиротехническим эффектом, он затрудняет технологию получения высокопрочного чугуна.