В настоящее время многие изделия из технических сплавов эксплуатируются в условиях воздействия на них высоких температур. Прогрессирующие процессы высокотемпературного окисления на поверхности металлических изделий сопровождаются ухудшением их технологических характеристик. Деформация, вызванная температурными и другими полями, может приводить к появлению внутренних напряжений в сплаве [1]. При переменном, циклически повторяющемся воздействии высоких температур, чередующемся с резкими охлаждениями, сплавы подвергаются термоусталостному разрушению, связанному с накоплением остаточных термических напряжений в их структуре. Конечным этапом термоусталостного разрушения является образование термоусталостных трещин, которое может приводить к выходу изделий из строя [2]. Поэтому важной технологической характеристикой является способность сплавов противостоять термоусталостному разрушению, то есть их термостойкость. Термостойкость является важным свойством материалов прокатных валков, работающих в условиях теплосмен. Продолжительность работы валков в прокатных станах часто определяется их износостойкостью, зависящей не только от материала валков, но и от прокатываемого материала и условий их работы, в частности, нагрева тонкого поверхностного слоя валка во время его контакта с металлом до температур 600°С и выше, и последующего почти немедленного охлаждения водой до 50-150°С [3]. Применение белых высокохромистых чугунов для изготовления прокатных валков является рациональным, из-за необходимости совмещения с износостойкостью высокой коррозионной стойкости. На последнюю существенное влияние оказывает фазовый состав чугуна.
Условия кристаллизации оказывают большое влияние на первичную структуру белых износостойких чугунов. Наиболее значимый фактор здесь - скорость охлаждения. Диапазон скоростей охлаждения реальных отливок в интервале кристаллизации составляет 0,2—200°С/мин. Скорость охлаждения влияет на степень дифференцировки структуры в эвтектике и на размер эвтектических колоний. При высоких скоростях охлаждения чугуна может наблюдаться растрескивание, связанное с возникновением поверхностных напряжений. Растрескивание носит локальный микроскопический характер, но оно может приводить к выходу из строя ответственных деталей, изготовленных из белых износостойких чугунов. Особенно опасны сложные эксплуатационные условия, включающие воздействие высоких температур, переменные нагрев и охлаждение, ударно-абразивный износ и воздействие агрессивных коррозионных сред.
Сочетание таких опасных факторов характерно для условий эксплуатации прокатных валков.
Циклически изменяющиеся температуры на поверхности валков в условиях горячей прокатки могут вызвать необратимые процессы в структуре, а условия нагрева и охлаждения в процессе прокатки, такие как максимальная и минимальная температура, периодичность, длительность воздействия, могут оказывать существенное влияние на технологические свойства и продолжительность эксплуатации валков.
Целью настоящего исследования явилось экспериментальное изучение влияния условий нагрева и охлаждения на структуру, фазовый состав и свойства белых высокохромистых чугунов марки ИЧХ16НМФТ в зависимости от скорости их охлаждения при кристаллизации, а также изучение способности этих сплавов противостоять термоусталостному разрушению под влиянием циклических термических нагрузок.
Объектом исследования служили образцы белого чугуна марки ИЧХ16НМФТ, вырезанные из поверхностной части двухслойного валка, полученного методом центробежного литья (наружный слой – белый высокохромистый чугун, сердцевина – серый нелегированный чугун). Химический состав исследуемой марки чугуна и скорость охлаждения при кристаллизации представлены в таблице 1.__