ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова», Магнитогорск, Россия:
В. М. Колокольцев, докт. техн. наук, президент
Е. В. Петроченко, докт. техн. наук, профессор кафедры технологии металлургии и литейных процессов (ТМиЛП), эл. почта: opetrochenko@mail.ru
О. С. Молочкова, канд. техн. наук, доцент кафедры ТМиЛП

Приведены данные об изменении фазового состава, формировании структуры сплавов, оксидных слоев, распределении элементов между структурными составляющими сплава и поверхности окисления, по глубине оксидных и подоксидных слоев, износо- и окалиностойкости, ростоустойчивости и механических свойств чугунов системы Cr–Mn–Ni–Ti в зависимости от различного содержания ниобия и теплоаккумулирующей способности литейной формы. При легировании ниобием в белых чугунах образуются комплексные карбиды (Nb,Ti)C, которые, имея малую скорость коагуляции и обладая термической стойкостью, способны сохранять механические свойства сплавов при высоких температурах в течение продолжительного времени, что приводит к повышению жаро- и износостойкости. На образцах исследуемых составов проведен количественный металлографический анализ карбидов (Nb,Ti)C и комплексных карбидов (Cr,Fe,Mn)₇C₃. Изучены структура и свойства чугунов, легированных ниобием, после испытаний на окалиностойкость. Микрорентгеноспектральным анализом определено, что химический состав и структура оксидных пленок зависят от распределения легирующих элементов между структурными составляющими сплава. Изучено распределение элементов по глубине оксидных слоев в сплаве с содержанием ниобия 1,5 %. Среднее содержание марганца в пленке — 30 %, хрома — 19 %; такая оксидная пленка обладает защитными свойствами. Окалиностойкость чугуна, легированного 1,5 % Nb, составляет от 0,035 до 0,055 г/(м²·ч) в зависимости от типа литейной формы. При совместном легировании ниобием и хромом чугунов происходит дисперсионное твердение металла в форме, что обеспечивает стабильность структуры чугунов в условиях эксплуатации при повышенных температурах. Наилучшими специальными свойствами обладает чугун, содержащий 1,5 % Nb, износостойкость у этого чугуна повысилась в 1,2 раза по сравнению с базовым чугуном ИЧ220Х18Г4НТ, а окалиностойкость — в 1,7–2 раза, рост равен 0,0–0,09 %.

1. Жуков А. А., Сильман Г. И., Фрольцов М. С. Износостойкие отливки из комплексно-легированных белых чугунов. — М. : Машиностроение, 1984. — 104 с.
2. Ри Э. Х., Ри Хосен, Колокольцев В. М., Петроченко Е. В. и др. Комплексно-легированные белые чугуны функционального назначения в литом и термообработанном состояниях. — Владивосток : Дальнаука, 2006. — 275 с.
3. Цыпин И. И. Белые износостойкие чугуны — эволюция и перспективы // Литейное производство. 2000. № 9. С. 15–16.
4. Бобро Ю. Г. Легированные чугуны. — М. : Металлургия. 1976. — 288 с.
5. Сильман Г. И. Термодинамика и термокинетика структурообразования в чугунах и сталях. — М. : Машиностроение, 2007. — 302 с.
6. Гарбер М. Е. Износостойкие белые чугуны: свойства, структура, технология, эксплуатация. — М. : Машиностроение, 2010. — 280 с.
7. Гольдштейн Я. Е., Мизин В. Г. Инокулирование железо-углеродистых сплавов. — М. : Металлургия, 1993. — 416 с.
8. Karantzalis A. E., Lekatou A., Kapoglou A., Mavros H., Dracopoulos V. Phase Transformations and Microstructural Observations During Subcritical Heat Treatments of a High-Chromium Cast Iron // Journal of Materials Engineering and Performance. 2012. Vol. 21, Iss. 6. P. 1030–1039.
9. Гущин Н. С., Куликов В. И., Нуралиев Ф. А., Тахиров А. А. Износостойкие легированные хромом чугуны со специальными свойствами // Литейное производство. 2015. № 4. С. 7–11.
10. Ефременко В. Г., Чейлях А. П., Козаревская Т. В., Шимидзу К., Чабак Ю. Г., Ефременко А. В. Межфазное распределение химических элементов в комплексно-легированном белом чугуне // Вестник Приазовского государственного технического университета. Технические науки. 2014. № 28. С. 89–99.

11. Александров М. В. Формирование структуры и абразивная износостойкость литого композиционного материала системы легированный белый чугун — TiС // Литейщик России. 2015. № 2. С. 29–34.
12. Нетребко В. В. Особенности легирования белых износостойких чугунов // Литье и металлургия. 2014. № 2 (75). С. 37–41.
13. Nofal Cmrdi Аdel. Металлургические аспекты белых чугунов с высоким содержанием хрома // Литейщик России. 2017. № 11. С. 26–32.
14. Yoganandh J., Natarjan S., Kumaresh Babu S. P. Erosive Wear Behavior of Nickel-Based High Alloy White Cast Iron Under Mining Conditions Using Orthogonal Array // Journal of Materials Engineering and Performance. 2013. Vol. 22, Iss. 9. P. 2534–2540.
15. Kawalec M. The spheroidization of VC carbides in high-vanadium cast iron // Archives of Foundry Engineering. 2011. Vol. 11(spec. 3). P. 111–116.
16. Sain P. K., Sharma C. P., Bhargava A. K. Microstructure Aspects of a Newly Developed, Low Cost, Corrosion-Resistant White Cast Iron // Journal Metallurgical and Materials Transactions : A. 2013. Vol. 44F. P. 1665–1671.
17. Wang Z. H., He D. Y. et al. Effect of vanadium on property of Fe–Cr–C hard-facing alloy [J] // Transactions of the China Welding Institution. 2010. Vol. 31, Iss. 9. P. 61–63.
18. Kawalec M., Corny M. Alloyed white cast iron with precipitation of spheroidal vanadium carbides VC // Archives of Foundry Engineering. 2012. Vol. 12(4). P. 95–100.
19. Kolokoltsev V. M., Konopka Z., Petrochenko E. V. Zeliwo specjalne rodzaje, odlewanie, obrobka, cieplna, wtasciwosci. — Czestochowa, 2013. — 185 p.
20. Казаков А. А., Пахомова О. В., Казакова Е. И. Исследование литой структуры промышленного сляба ферритно-перлитной стали // Черные металлы. 2012. № 11. С. 9–15.
21. Кондратюк С. Е., Воробель Р. А., Стась И. М., Бречко Е. Л., Бавда Г. И. Характеристики дендритной структуры в связи с условиями кристаллизации углеродистых сталей // Процессы литья. 2009. № 4. С. 38–44.
22. Колокольцев В. М., Петроченко Е. В., Молочкова О. С. Влияние Al на фазовый состав, структуру и свойства жароизносостойкого чугуна системы Cr–Mg–Ni–Ti // Черные металлы. 2018. № 7. С. 6–11.
23. Колокольцев В. М., Петроченко Е. В. Металлургические и металловедческие аспекты повышения функциональных свойств литых изделий из белых чугунов // Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2014. № 4(48). С. 87–98.
24. Kolokoltsev V. M., Petrochenko E. V. Structure features and properties of high-alloy white irons // Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2013. № 5(45). С. 3–8.
25. Gromczyk М., Kondracki М., Studnicki А., Szajnar Дж. Stereological analysis of carbides in hypoeutectic chromium cast iron // Archives of Foundry Engineering. 2015. Vol. 15, Iss. 2. P. 17–22.
26. Петроченко Е. В., Молочкова О. С. Анализ взаимосвязи химического состава, условий охлаждения при затвердевании с особенностями строения сплавов, окисленной поверхности и свойствами комплексно-легированных белых чугунов // Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2011. № 4(36). С. 50–53.
27. Колокольцев В. М., Петроченко Е. В., Молочкова О. С. Особенности структуры и свойства жароизносостойких белых чугунов системы Cr–Mn–Ni–Ti // Черные металлы. 2016. № 3. С. 42–48.
28. Kolokoltsev V. M., Petrochenko E. V., Molochkova O. S. Influence of complex V, Cu, Ti and B alloying on structural and phase state, mechanical properties and wear resistance of white cast iron // CIS Iron and Steel Review. 2016. Vol. 11. Р. 23–29.
29. Kolokoltsev V. M., Petrochenko E. V., Molochkova O. S. Influence of boron modification and cooling conditions during solidification on structural and phase state of heat- and wear-resistant white cast iron // CIS Iron and Steel Review. 2018. Vol. 15. P. 11–15.
30. Молочкова О. С. Выбор состава и исследование структуры, свойств жароизносостойких комплексно-легированных белых чугунов: дис. … канд. техн. наук. — Магнитогорск : МГТУ им. Г. И. Носова, 2012. — 123 с.
31. Петроченко Е. В. Особенности кристаллизации, формирования структуры и свойств износостойких и жаростойких чугунов в различных условиях охлаждения : дис. … докт. техн. наук. — Магнитогорск : МГТУ им. Г. И. Носова, 2012. — 310 с.
32. Лякишев Н. П., Тулин Н. А., Плинер Ю. Л. Легирующие сплавы и стали с ниобием. — М. : Металлургия, 1981. — 190 с.
33. ГОСТ 6130-71. Металлы. Методы определения жаростойкости. — Введ. 01.01.1972.
34. ГОСТ 7769-82. Чугун легированный для отливок со специальными свойствами. Марки. — Введ. 01.01.1983.
35. ГОСТ 23208-79. Обеспечение износостойкости изделий. Методы испытания материалов на износостойкость при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы. — Введ. 01.01.1981.