Литой термостойкий сплав

 

Изобретение относится к металлургии , а именно производству литейных сплавов, предназначенных для изготовления деталей, работающих в сложных условиях газоабраэивно-коррозионного износа при высоких циклически изменяющихся температурах (550-1100 С). Целью изобретения является повышения термостойкости и газоабразивно-коррозионной износостойкости при высоких циклически изменяющихся температурах. Предложенный сплав содержит углерод, хром, марганец, кремний, никель, алюминий , титан, барий, стронций и железо при следующем соотношении ингредиентов , мас.$: углерод 0,7-1,2; хром 27,0-31,0; марганец 0,3-0,8; кремний 0,9-3,0; никель 0,,0; алюминий 0,05-0,50; титан 0,005-2,0; барий 0,005-0,1; стронций 0,005-0,05; железо остальное.1 табл. г л

сО03 сОВетсних

СОЦИАЛИСТИЧЕа ИХ

РЕСПУБЛИН

„SU 1705399 А 1 (1) C 22 C 38/50, С 22 С 37/1О

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

E 3ИИЮац

В илр IDNit!A::4, БК » Л119Т,.(д

К А BTOPGHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ных сплавов, предназначенных для изготовления деталей, работающих в сложных условиях гаэоабраэивно-корроэионного износа при высоких циклически о изменяющихся температурах (550-1100 С).

Целью изобретения является повышения термостойкости и газоабразивно-корроэионной износостойкости при высоких циклически изменяющихся температурах.

Предложенный сплав содержит углерод, хром, марганец, кремний, никель, алюминий, титан, барий, стронций и железо при следующем соотношении ингредиентов, мас.Ф: углерод 0,7-1,2; хром

27,0-31,0; марганец 0,3-0,8; кремний

0,9-3,0; никель 0,9-6,0; алюминий

0,05-0,50; титан 0,005-2,0; барий

0,005-0,1; стронций 0,005-0,05; железо остальное.1 табл.

При работе в условиях газоабразивно-коррозионного износа при циклически изменяющихся высоких температурах применяемая сталь не удовлетворяет возросшим требованиям к надежности и долговечности литых деталей.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОтнРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4813932/02 (22) 12,(14,90 (46) 15.01.92. Бюл. И 2 (71) Запорожский машиностроительный институт им, В.Я.Чубаря (72) Е.И,Ивахненко, В.А.Федьков, В.В.Лунев, А.И.Осаул, Е.А.Ткаченко, А.Т,Кириченко, А.В.Шевчук, В.А.Лантинов и А.В.Овчинников (53) 669.14.013.58(088.8) (56) Отливки иэ высоколегированной стали со специальными свойствами:

ГОСТ 2176-77.

Авторское свидетельство СССР и 1121311, кл. С 22 С 37/10, 1984. (54) ЛИТОЙ ТЕР11ОСТОЙКИЙ СПЛАВ (57) Изобретение относится к металлургии, а именно производству литейИзобретение относится к металлургии, в частности к сплавам на основе железа, и может быть использовано для изготовления литых деталей, работающих в условиях гаэоабразивно-корроэионного износа и циклически изменяющихся высоких температур (550-110d C), например для изготовления беэ болтовых планок, элементов спиралей и других деталей печного оборудования горно-металлургической промышленности.

Известна сталь 35Х18Н24С2Л, приненяеная для деталей, работающих в условиях газоабразивно-корроэионного износа при циклически изменяющихся вы-. соких температурах (до 1100 С), следующего химического состава, мас.ь:

Угперод

Хром

11арганец

Кремний

Никель

Иедь

Сера

Фосфор железо

0, 0-0,40

17,0-20 0

Не более 1,50

2,0-3,0

23,0-25,0

Не более 0,30

U,030

0,035

Остальное

17о 5399

Наиболее близким к предлагаемому является сплав, содержащий ингредиенты в следующем соотношении, мас.ь:

Углерод 0,7-1,2

Хром 24,0-26,0

Марганец 0,3-0,8

Кремний О, 3-0,8

Никель 0,3-0,8

Алюии ни и 0,05-0,50

Железо Остальное

Однако содержание хрома 24,026,0 иас.Ъ не обеспечивает создание устойчивого поверхностного окисного слоя сплава при температурах до

1100 С, не образуется достаточного количества карбидной составляющей, что приводит к низкой газоабразивнокоррозионной износостойкости при высоких температурах. 20

Наличие в известном сплаве кремния в количестве 0,3-0,8 иас.ь недостаточно для стабилизации ферритовой структуры, благоприятной в условиях гаэоабразивно-корроэионного иэ- 25 носа при циклически изменяющихся высоких температурах.

Содержание никеля в интервале

0,3-0,8 мас.Ъ не является оптимальным, так как не обеспечивает сопроти- З0 вление сплава высокотемпературной хрупкости, что снижает термостойкость и гаэоабразивно-коррпзипнную износо" стойкость сплава.

Мелью изобретения является повыше- 35 ние газоабразивно-коррозионной износостойкости и термостойкости при высоких циклически изменяющихся температурах (550-1100 C).

Поставленная цель достигается тем, 40 что сплав, содержащий углерод, хром, марганец, кремний, никель, алюминий, железо дополнительно содержит титан, барий, стронций при следующих соотношениях ингредиентов, мас.4,:

Углерод 0,7-1,2

Хром 27,0-31,0

Иарганец 0,3-0,8

Кремний 0,9-3,0

Никель 0,9-6,0

Алюминий 0,05-0,50

Титан 0,005-2,0

Барий 0,005-0,1

Стронций 0,005-0,05

Железо Остальное

Совместное со стронцием комплекс33 ное использование титана и бария в сочетании с углеродом, хромом, марганцем, кремнием, никелем, алюиинием и железом в предлагаемых пределах позволяет придать сплаву высокую термостойкость при циклически изменяющихся температурах (550-1100 С) в сочетании с гаэоабразивно-коррозионной износостойкостью, Содержание углерода и хрома в предлагаемом сплаве соответственно 0,71,2 и 27,0-31,0 мас.Ф объясняется необходимостью получения сплава с ферритной структурой, имеющей в питом coc" тоянии повышенное содержание карбидной составляющей. Кроме того, содержание хрома в указанном интервале способствует повышению гаэоабразивно-коррозионной иэносостойкости в результате образования устойчивого окисного слоя в сплаве.

При содержании углерода и хрома ниже 0,7 и 27,0 мас.6 соответственно в сплаве нарушается устойчивость структуры с образованием участков аустенита, где по границе раздела фаз (феррит - аустенит) образуются хрупкие выделения интерметаллидных соединений железо-хром, снижающих термостойкость сплава при высоких. циклически изменяющихся температурах.

При содержании углерода и хрома выше 1,2 и 31,0 мас. 4 соответственно в структуре металлической матрицы наблюдается коагуляция карбидов, которые создают зоны, обедненные хромом, что значительно снижает прочность, газоабраэивно-коррозионную износостойкость при высоких температурах.

Креиний в пределах 0,9-3,0 мас.Ф стабилизирует феррито-карбидную структуру, обеспечивающую работу деталей в условиях гаэоабразивно-коррозионного износа, где совместно с хромои усиливает защитные свойства окисного слоя сплава.

При содержании кремния выше

3,0 мас.Ъ в сплаве образуются хрупкие соединения, силициды (FeSi, CrSi), снижающие термостойкость и за счет создания областей обедненных кремнием ухудшающие газоабразивно-коррозионную износостойкость при высоких температурах.

При содержании кремния ниже

0,9 иас.Ъ защитных свойств соэдаваеного совместно с хромом окисного слоя сплава недостаточно для работы при высоких теипературах, что ухудшает газоабразивно-коррозионную износостойкость.

5 1705399

Никель в интервале 0,9-6,0 мас.Ф способствует значительному уменьшению чувствительности сплава к явлению высокотемпературной хрупкости.

При содержании никеля более

6,0 мас.Ф в структуре сплава образуются области аустенитной составляющей, нарушающие равномерное распределение хрома в сплаве, где по грани- О цам аустенито-ферритной структуры образуются хрупкие интерметаллидные соединения (FeCr) снижающие термостойкость в условиях циклически изменяющихся высоких температур (5501100 С).

При содержании никеля менее

0,9 мас.Ф сплав склонен к высокотемпературной хрупкости, что также снижает термостойкость в условиях циклических изменяющихся высоких температур.

Введение в сплав титана 0,0052,0 мас.Ф способствует образованию комплексных труднорастворимых равно25 мерно-распределенных карбонитридов титана, создающих дисперсионное упроч.нение металлической матрицы и повышающих гаэоабраэивно-коррозионную износостойкость и термостойкость сплава. е При содержании титана в сплаве ниже 0,005 мас.3 образующихся карбонитридов титана недостаточно для того, чтобы оказать влияние на газоабраэив- 35 но-коррозинную износостойкость.

Введение в сплав более 2,0 мас.3 титана приводит к образованию избыточных карбонитридов, которые, выделяясь по границам зерна, охрупчивают матри- 40 цу и не обеспечивают термостойкости сплава при циклически изменяющихся высоких температурах.

Положительное влияние бария на эксплуатационные характеристики пред- 45 лагаемого сплава проявляется в пределах 0,005-0,1 мас.3.3а счет воздействия бария наблюдаемые в микроструктуре сплава остроугольные карбонитридные частицы принимают форму, близкую gp к сферической, становятся более мелкими (0,2-0,5 мкм) и располагаются, главным образом, внутри зерна. Очи» щение границ зерен способствует заметному повышению термостойкости и 55 газоабразивно-коррозионной износостойкости сплава.

При содержании бария менее .0,005 мас.3 не наблюдаются карбонитридные частицы благоприятной формы и их выделения по границам зерна не обеспечивают надежной териостойкости сплава, Введение бария в количестве более

О,1 мас.ь приводит к повторному окислению сплава при разливке, вызывающему загрязнение оксидными включениями, что приводит к flQHHNGHHo показателей как термостойкости, так и гаэоабразивно-коррозионной износостойкости сплава.

Стронций в пределах 0,005-0,05 мас.Ф оказывает положительное влияние на эксплуатационные характеристики. Образуя тугоплавкую прочную окисную пленку, стронций способствует созданию защитного окисного слоя, который в процессе циклически изменяющихся высоких температур не разрушается, способствуя высокой гаэоабразивно-корроэионной иэносостойкости.

При введении стронция ме ее

0,905 мас.Ф образуется непрочная окисная пленка, что.в условиях высоких циклически изменяющихся температур снижает газоабразивно-корроэионную износостойкость и термостойкость.

Введение стронция в количестве более 0,05 мас.3 совместно с барием при. водит к повторному окислению сплава при разливке с образованием по границам зерен оксидных включений, снижающих показатели термостойкости сплава.

Высокий уровень гаэоабразивно-корроэионной иэносостойкости и термостойкости при высоких циклически изменяющихся температурах (550-1100 С) обеспечивается в результате введения комплекса элементов - титана, бария, стронция в сочетании с углеродом, хромом, марганцем, кремнием, никелем, алюминием и железом в указанных пределах.

Повышение газоабразивно-коррозионной иэносостойкости и термостойкости при высоких циклически изменяющихся температурах связано с образованием комплексных мелкодисперсных карбонитридов титана благоприятной формы, ра" финирующим воздействием бария и улучшающим характеристики защитного поверхностного слоя - стронцием.

Изобретение осуществляют следующим образом.

Предлагаемый и известный сплавы выплавляли в 60 кг индукционной печи с основной футеровкой. Было проведе1705399

Химический состав элементов, мас.Ф термос тойкость ко личество

Относительнаяя иэмосо стойкость

Плавка J

Ва

Cr циклов Ло появл. треви мы

0,96

0,61 26,10 0,11 0,62 0,72 0,001 0,001 0,001 0,001 Осталь- 200 ное

1,84

2,4О

l,99

0,92

271

318

264

188

0,005 0,005 0,005

0,92 0,02 0,01

2,00 0,1 0,05

2,51 0,18 0,11

0,90 0,05

3,5 о,26

6,0 0,50

6,8 0,93

0,30 0,90

0,52 2,02

0,80 3,0

0,97 . 3,52

27,Î

29,0

»,о

32,80 г

4

6 (прототип) 0,70

1,04

1,20

1,34

II

II н

1,0 н

0,95 25,0 0,60 0,65 0,65 0,25

210

Относитеяы<ая износостойкость E» ---- где P - потеря массы эталона Р - потеря массы исслеРтт

Ф 1 osp ав( т1уемого сплава.

Составитель Е, Ивахненко

Редактор Т,Лаэоренко Техред Л,Олийнык Корректор 1,Самборская

М Самбо скал

Заказ 173 Тираж Подписное

ОНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина,101 г но 6 плавок, от каждой из которых отбирали литые образцы диаметром 10 мм( и длиной 100 мм для испытаний на газоабраэиано-коррозионную износостойкость при высок 1х циклически изменяющихся температурах, Испытания на газоабразивно-коррозионную износостойкость проводили на установке скоростных испытаний при 10 циклически изменяющихся высоких температурах (550-1100 С). Образцы из известного и предлагаемого сплавов испытывали совместно в течение 10 ч.

При испытаниях на гаэоабразивно- 15 корроэионный износ в качестве реагента использовали продукт обжига агломерационного производства Павлодарского алюминиевого завода. Термостойкость сплава исследовали на образцах 20 диаметром 10 мм и длиной 140 мм при циклически изменяющихся температурах (550-1100 С).

0 таблице приведен химический состав и результаты испытаний на газоабразивно-коррозионный износ и термостойкость при высоких циклически изменяющихся температурах известного и предлагаемого сплавов.

Из таблицы видно, что сплав пред- З0 лагаемого состава (плавки 2-4) обладано-корроэионной иэносостойкости и термостойкости по сравнению с известным сплавом (плавка 6), что позволяет повысить надежность и долговечность литых деталей, работающих в сложных условиях гаэоабраэивно-коррозионного износа при высоких циклических изменяющихся (550-1100 C) температурах.

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

Литой термостойкий сплав, содержащий углерод, хром, марганец, кремний, никель, алюминий, железо, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения гаэоабраэивной корроэионнои износостойкости и термостойкости при высоких циклически изменяющихся температурах (550-1100 С), он дополнительно содержит титан, барий и стронций при следующем соотношении ингредиентов, мас.6:

Углерод

Хром

Марганец

Кремний

Никель

Алюми ни и

Титан

Барий

Стронций

Железо