Износостойкий чугун

 

Изобретение относится к металлургии , в частности к изысканию высокопрочных износостойких чугунов, применяемых для изготовления профильных заготовок толщиной 80-400 мм с повышенными упругопластйческими свойствами методами непрерывного литья. Цель изобретения - повышение стабильности упругопластических . свойств в заготовках толщиной 80- 400 мм и износостойкости. Предложенный чугун содержит, мас.%: углерод 3,6-4,3, кремний 1,2-2,6, марганец 0,8-1,5, хром 0,2-0,7, титан 0,15- 0,5, ванадий 0,05-0,15, алюминий 0,05-0,25, медь 0,9-1,4, карбиды иттрия 0,05-0,25, кальций 0,03-0,07, сурьма 0,07-0,25, РЗМ 0,02-0,08, ниобий 0,02-0,35, магний 0,06-0,12, железо остальное. Дополнительное введение в состав чугуна ниобия, сурьмы, магния и карбидов иттрия в предложенных соотношениях обеспечивает получение в отливках более однородной структуры, стабильной пластичности в слитках, комплекс новых свойств, сочетающих в себе высокие значения эксплуатационных свойств, стабильной динамической прочности, износостойкости и удароустойчивости в массивных заготовках, получаемых непрерывньн ш методами литья, 2 табл. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУбЛИК

ÄÄSUÄÄ 1366546 А1

Ц1) 4 С 22 " 35/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4128504/31-02 (22) 23.06.86 (46) 15,01 ° 88. Бюл. № 2 (71) Всесоюзный заочный политехнический институт (72) Б.К.Святкин, М,И.Карпенко, Е.И.Марукович, N.Â.Æåëüíèñ, С.А.Мел тонян и Ю.Г.Серебряков (53) 669.15-196 (088.8 ) (56) Патент Великобритании

N- 1472292, кл. С 22 С 37/00, 1971, Авторское свидетельство СССР

¹ 831851, кл. С 22 С 37/10, 1981, (54) ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию высокопрочных износостойких чугунов, применяемых для изготовления профильных заготовок толщиной 80-400 мм с повышенными упругопластическими свойствами методами непрерывного литья, Цель изобретения — повышение; стабильности упругопластических свойств в заготовках толщиной 80400 мм и иэносостойкости. ПредложенньФ чугун содержит, мас.Ж: углерод

3,6-4, 3, кремний 1, 2-2,6, марганец

0,8-1,5, хром 0,2-0,7, титан 0,150,5, ванадий 0,05-0,15, алюминий

0,05-0,25, медь 0,9-1,4, карбиды иттрия 0,05-0,25, кальций 0,03-0,07, сурьма 0,07-0,25, РЗМ 0,02-0,08, ниобий 0,02-0,35, магний 0,06-0,12, железо остальное, Дополнительное введение в состав чугуна ниобия, сурьмы, магния и карбидов иттрия в предложенных соотношениях обеспечивает получение в отливках более однородной структуры, стабильной пластичности в слитках, комплекс новых свойств, сочетающих в себе высокие значения эксплуатационных свойств, стабильной динамической прочности, износостойкости и удароустойчивости в массивных заготовках, получаемых непрерывными методами литья. 2 табл, 1366546

35

Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию высокопрочных износостойких чугунов, применяемых для изготовления про5 фильных заготовок толщиной 80-400 мм с повышенными упругопластическими свойствами методами непрерывного литья„

Цель изобретения — повышение ста- 10 бильности упругопластических свойств в заготовках толщиной 80-400 мм и износостойкости.

Предлагаемый чугун содержит углерод, кремний, марганец, хром, титан, 15 ванадий, алюминий, редкоземельные металлы (P3M), кальций, медь, ниобий, сурьму, магний, карбиды иттрия и железо при следующем соотношении компонентов, мас.X 20

Углерод 3,6 - 4,3

Кремний 1, 2 — 2,6

Марганец О, 8 — 1,5

Хром 0,2 — 0,7

Титан 015 — 05

Ванадий О 05 — О 15

Алюминий 0,05 — 0,25

Медь 0,90 - 1,40

Кальций 0 03 — 0,07

Сурьма 0,07 — 0,25 30

Pедкоземельные металлы 0,02 — 0,08

Ниобий 0,02 — О, 35

Магний 0,06 — О, 12

Карбиды иттрия О,05 — О, 25 железо Остальное

Содержание основных компонентов (углерод 3,6-4,3 мас. ; кремний 1,22,6; марганец 0,8-1,5 мас,X) опреде- 40 лено из практики производства износостойких чугунов с повышенными yriругопластическими свойствами и со стабильной структурой, При концентрации углерода до 3,6 мас,, кремния 45 до 1,2 мас. и марганца более 1,5 мас,% увеличивается количество цементита в структуре, .снижаются ее стабильность и удароустойчивость, При содержании углерода более 4„3 50 мас,, кремний более 2,6 мас, и марганца менее 0,8 мас,X увеличивается ликвация, загрязненность чугуна неметаллическими включениями и снижается стабильность структуры. и упругопластических свойств в заготовках, Углерод, кремний и марганец в укаэанных пределах обеспечивают затвердевание по стабильной системе, Содержание микролегирующих добавок,, (мас, : хром О, 2-0, 7; титан

0,15-0,5, медь 0,9-1,4, ванадий 0,050,15, Р3М 0,02-0,08, алюминий 0,05"

0,25) определено экспериментально и ограничено пределами, обеспечивающими однородную структуру и оптимальные прочностные и пластические свойства, уменьшение междендритной зоны в профилях, стабильную микротвердость. При более низком их содержании прочностные и пластические свойства недостаточны, а при увеличении их концентрации вьппе верхних пределов снижается удароустойчивость, динамическая стойкость и стабильность структуры, что приводит к снижению относительного удлинения и других свойств и их стабильности.

Верхние пределы концентрации отбеливающих элементов (хрома, ванадия, P3M) снижены, а титана и меди, способствующих повьппению упругопластических свойств чугуна, повышены, Кальций введен как эффективный модификатор, очищающий границы зерен от неметаллических включений и повышающий стабильность структуры и упругопластических свойств чугуна.

Верхний предел концентрации кальция ограничен его растворимостью в перлите, а при концентрации его

0,3 мас.X модифицирующий эффект недостаточен и упругопластические свойства чугуна в профильных толстостенных заготовках снижаются, Степень сфероидизации графита в чугуне предлагаемого состава 89-96 ° Срок службы деталей, изготовленных из предложенного чугуна в условиях ударных нагрузок и сухого трения, в 1,83,6 раза выше, чем деталей из базового износостойкого чугуна.

Введение в известный чугун карбидов иттрия в пределах 0,05-0,25 мас,X обеспечивает увеличение центров кристаллизации и повышение дисперсности структуры, однородности структуры внутри профилей, степени перлитизации металлической основы отливок, увеличение однородности упругопластических свойств в заготовках ф 80400 мм, ударостойкости, износостойкости, что приводит к повышению стабильности механических свойств ° Содержание карбидов иттрия выше верхнего предела нецелесообразно, так как в этом случае в связи с малой

1366546

45

55 их растворимостью увеличивается их ликвация в аустенит и отбеливающее влияние, что снижает однородность структуры, стабильность упру5 гопластических свойств и динамической прочности чугуна. Введение в чугун карбидов иттрия в количестве ниже нижнего предела не обеспечивает получение желаемых преимуществ по одно; 10 родности структуры, износостойкости, стабильности упругопластических свойств, оказывает графитизирующее влияние.

Введение в чугун ниобия обусловле- 15 но тем, что он упрочняет матрицу и из. мельчает литое зерно в центральной зоне слитков, уменьшает междендритную зону и измельчает графит, иэменяяего форму, структуру металлической 2р основы в отливках, повышает пластич" ность, стабильность микротвердости, динамической прочности и других физико-механических свойств в толстостенных профильных заготовках, 25

Введение в чугун ниобия в количествах менее 0,02 мас,X существенного влияния на повышение стабильности упругопластических свойств не оказывает, а содержание ниобия выше

0 35 мас. нецелесообразно, так как в этом случае значительно возрастает длительность плавки чугуна и усложняется технология внепечной обработки, снижаются удароустойчивость, однородность структуры и стабильность вязкости в отливках.

Магний и износостойкий чугун в количестве 0,06-0,12 введен как эффективный микролегирующий компо- нент, который связывает примеси в компактные неметаллические включения, улучшает фактор формы графита, обеспечивая повышение однородности структуры, микротвердости, упругопластических свойств в массивных профильных заготовках. При содержании магния менее 0,06 мас. не обеспечивается существенного повышения дисперсности структуры, микротвердости, стабильности структуры в заготовках толщиной 80-400 мм, образования компактного графита и упругопластических свойств в массивных слитках, Увеличение концентрации магния более 0,12 мас.% снижает однородность структуры, ударную вязкость, стабильность механических свойств из-за появления черных пятен и ликвации, Сурьма в заданных пределах от

0,07 до 0,25 мас,X способствует измельчению структуры и повышению пластических свойств, измельчению литого зерна в массивных заготовках, что обеспечивает повышение стабильности упругопластических свойств, При содержании сурьмы ниже 0,07 мас,X стабильности структуры, иэносостойкости и ударной вязкости не достигается, а при увеличении ее содержания более 0,25 мас. . снижаются удароустойчивость и пластичность,, увеличивается количество интерметаллических включений по границам зерен.

Пример. Чугун выплавляют в индукционных печах. Для микролегирования чугуна использовали магниевую лигатуру, металлическую .сурьму и ферросплавы. Модифицирование чугуна Р3М карбидами иттрия, магниевыми лигатурами и алюминием производят в литейных ковшах при выпуске чугуна из печи. Химический состав проверяют экспресс-анализом, содержание карбидов иттрия — методом дифференцированного химического анализа.

Химический состав исследованных чугунов приведен в табл.1, механические свойства иэносостойкого чугуна в литых заготовках и удароустойчивость — в табл.2.

Угар РЗМ составляет 18-23, карбидов пттрия 10-14Х. Усвоение ниобия нэ феррониобия, присаживаемого после рафинирования расплава в печь, составляет 96-98Х магния 47-52Х и сурьмы 77-80Х. Карбиды иттрия вводились в виде измельченных брикетов с частицами 0,5 — 4 мм.

Температура металла перед выпуском иэ электропечи для модифицирования в ковш емкостью 2 т составляла

1400-1430 С, а температура чугуна при заливке расплава в кристаллиза, тор установки для непрерывного литья—

1330-1360 С.

На установках ЛНЛЧ-2 вытягивают профильные заготовки толщиной 80, 160 и 400 мм. Предел прочности и износостойкости чугунов определяли на образцах, вырезанных иэ профилей 80 мм, Микротвердость металлической основы определяют на микротвердомере ПМТ-З, 1366546

0,05 — 0,25

Остальное

Таблица 1

Содержание компонентов, мас,7.ь в чугуне

Компоненты известпредлагаемом ном

4,0

Углерод

3,6

4,3

4,4

3,3

Кремний

1,2

1,6

1,2

2,8

1,0

1,2

1,6

Марганец

Хром

Титан

0,8

0,8

0,5

0,8

0,2

0,7

0,5

1,0

0,1

0,4

0,15

0,2

0,5

0,6

0,02

Ванадий

0,2

0,05

0,1

0 15

0,18

0,02

0,3

Алюминий

0,05

0,1

0,25

0,27

0,01

Медь

1ь2

1ь2

1,4

1,55

0,75

Карбиды иттрия

0,27 0,03

0,10 0,01

0 05

0,12

0,25

0,05 0,07

0,05 . 0,08

0,3

Кальций

0,03

0,1

РЗМ

0,02

0,09

0,01 а ударную вязкость, относительное удлинение и ударостойкость — на стандартных образцах, вырезанных из профилей.

Как видно из табл,2, предлагаемый износостойкий чугун обладает более однородными и стабильными значениями упругопластических свойств и износостойкости, чем базовый иэносостойкий чугун.

Введение в состав чугуна ниобия, сурьмы, магния и карбидов иттрия в заданных соотношениях обеспечивает

15 получение в отливках более однородной структуры, стабильной пластичности в слитках, комплекс новых свойств, сочетающих в себе высокие значения эксплуатационных свойств, стабильной динамической прочности, износостойкости и удароустойчивости B массивных (80-400 мм ) заготовках, получаемых непрерывными. методами литья.

Формула изобретения

Износостойкий чугун преимущественно для непрерывно-литых загото30 вок, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, титан, алюминий, редкоземельные металлы, кальций, медь и железо, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения стабильности упругопластических свойств в заготовках толщиной 80-.

400 мм и иэносостойкости, он дополнительно содержит ниобий, сурьму, магний и карбиды иттрия при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:

Углерод 3,6 — 4,3

Кремний 1,2 — 2 ° 6

Марганец 0,8 -. 1,5

Хром 0,2-0,7

Ванадий 0,05 — О, 15

Титан 0,15 — 0,5

Алюминий 0,05 — 0,25

Редкоземельные металлы 0,02 - 0,08

Кальций 0,03 - 0,07

Медь 0,9-14

Ниобий 0,02 — 0 ° 35

Сурьма 0,07 — 0,25

Магний 0,06 — 0,12

Карбиды иттрия

Железо

1366546

Продолжение табл. 1

\ предлагаемом ом

О,Э5 О,41

О,Ог

О,О3

0,01

0310

0,06

0,12

О,!4

0,04

0,07

О,!2

0,25

0,27

0,04

ОстальОстальное ное ное ное ное ное

Таблица 2

Чугун

Показатели

Предлагаемый

Извест- ный

Предел прочности при растяжении, MIIa 246

385

438

468

357

260

0,47 0,52

0,36

0,05

0,30

0,06 в поверхностной зоне профиля

80 мм

0,42

0,60

0,09

0,53

0,38

0,11 в центре профиля

160 мм

0,31

0,25

0,05

0,44

0,47

0,03

0,38

0,10

0,49 0,56

0,32

0,07 в центре профиля

400 мм

0,03

0,22

0,42

0,41

0,29

0,02

Компоненты известНиобий

Магний

Сурьма

Железо

Динамическая прочность, 1"!Дж/м в центре профиля

80 мм в. поверхностной зоне профиля

160 мм

Содержание компонентов, мас.Х, в чугуне.

Осталь- Осталь- Осталь- Осталь10

1366546

Продолжение табл,2

Чугун

Показатели

Известный

Предлагаемый

0,08

0,28

0,48

0,46

0,34

0 ° 05

5-9

4-9

4-8

3-8

160

3»7

2-5

400

948-996 832-918

817-894 1275-1316 1328- . 13121370 1356

874-925 630-706

12911317

1212-1285

571-656

160

767-816 518-592

12341302

1174-1226

376-428

400

Износ, мг/м ч 172-186 27-30 г

141-165

42-57

23-27

Составитель Н,Шепитько

Техред М. Дидык

Редактор M,Íåäoëóæåíêî

Корректор С.Черни

Заказ 6777/24

Тираж 593

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д,4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная,4 в поверхностной зоне профиля

400 мм

Относительное удлинение профиля, %, мм

Удар оустойчивость циклы пр о филя, мм

13-15

12-14

10-12

14-17 13-16 9- 11

13-16 12-15 7-10

12-14 11-13 5-8

12811326

12121284

25-28