Эвтектический сплав

 

Из эбретение относится.к металлургии, в часть ости к способам создания углерод-, боросо держащих и других сплавов на основе желоза, используемых для получения износостойких покрытий и легированных сплаво з. Цель изобретения -повышениеизносостойкости и твердости сплавов и исключение трёщинообразования в покрытиях. Сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: С 0.2-0,5; В 1.2-2.8; Мп 2-12; S11,2-3,5; Сг 4,5-12; Fe остальное, при этом соотношение Fe : Мп составляет 1 ; (0,02-0,17). Сплав получают путем нагрева шихтового материала до температуры плавления 1250°С легкоплавких металлических компонентов шихты чугуна и марганцёсЬ- держащего вещества. При этом в состав шихты дополнительно вводят хром, образующий твердые растворы с железом, и карбидообразующий элемент, выдержива Ют при 1250°С 3 мин и распыляют. В качестве железосодержащего, марганцесодержащего, кремнийсодержащего вещества используют чугун, марганец мёталлйчёбкййГ ферросилиций, хром металлический. В качестве борсодержащего вещества используют ферробор. 2 табл. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (s1)s С 22 С 38/32

ГОСУД

ВЕДО (ГОСП

РСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

СТВО СССР

ТЕНТ СССР) К А

2802/02

12.89, 02.93. Бюл. 1Ф 5 изико-механический институт им. пенко .Пашечко, В.M.Ãoëóáåö, И.Б.СтефаВ.К.Ушаков, lO,Ñ.ÑïåâàêîB, зцн, В.А,Дорогокупец, А,Г.Ефремен.Григоров, Г.А.Анищенко и Ю.И.Ко-.

Из лургии, углеро -, борсодержасщих и других сплавов ве железа, используемых для полизносостойких покрытий и легиросплавов. ь изобретения — повышение износона осн учения ванных

Цел стойкости, твердости и исключения трещинообра ования в покрытиях.

Эвт ктический сплав по данному изобретен ю содержит компоненты в следующем со тношении, мас.%:

Угл род

Бор

Марганец (21) 47 (22) 15 (46) 07 (71)

Г.В.Ка (72) M. ниши

M.Â.M ко, В. вальчи (56) Ав

М 173 (54) Э (57) Из в част1 боросо ве жел носос сплава носост

ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ орское свидетельство СССР

494, кл. С 22 С 38/32, 1989.

ЕКТИЧЕСКИЙ СПЛАВ бретение относится.к металлургии, ости к способам создания углерод-, ержащих и других сплавов на осноза, используемых для получения изойких покрытий и легированных . Цель изобретения -повышениеизйкости и твердости сплавов и искбретение относится к черной метала частности к способам создания

2 лючение трещинообразования в.покрытиях. . Сплав содержит компоненты в следующем . соотношении, мас.%: С 0,2 — 0,5; В 1,2-2,8;

Мп 2-12; Sf 1,2 — 3,5; Cr 4,5 — 12; Fe îñòàëüíîå, при этом соотношение Fe: Mn составляет 1

: (0,02-0,17). Сплав получают путем нагрева шихтового материала до температуры плавления 1250 С легкоплавких металлических компонентов шихты чугуна и марганцесо- держащего вещества. При этом в состав шихты дополнительно вводят хром, образующий твердые растворы с )келезом, и карбидообразующий элемент, выдерживают при 1250 С 3 мин и распыляют. В качестве железосодержащего, марганцесодержащего, кремнийсодержащего вещества используют чугун, марганец металлический, ферросилиций, хром металлический. В качестве борсодержащего вещества используют ферробор. 2 табл.

Кремний 1,2 — 3,5

Хром 4,5-12,0

Железо . Остальное

В качестве примесей сплав может содержать серу и фосфор в количестве

« 0,03% каждого, при этом соотношение Fe

: Mn составляет 1: (0,02-0,17).

Используют порошковые смеси систе- мы Fe — Мп — С вЂ”  — Si — Cr, в которой существуют три эвтектики: Fe —  — С, Fe—

Cr — С и Fe — Мп — С, что существенно расширяет область формирования сплавов со структурой эвтектики и возможность их легирования.

1793000

Для исключения трещинообразования в намораживанием и импульсным упрочненипокрытиях, получаемых на деталях диамет- ем, электроультразвуковой обработкой и др. ром свыше 50 мм 100 мм, содерн<ание способами. Состав шихтовых материалов углерода в сплаве уменьшают до 0,2-0,5 может быть различным в зависимости от мас.% марганца до 2-12 мас.%, а бора до 5 того, какими элементами необходимо леги1,2-2 мас.%. В системе Fe — Mn — С область ровать базовый Fe — Mn — С вЂ”  — $1 сплав, эвтектики определяется только содержани- чтобы получать сплавы заданного состава и ем углерода С(0,4 мас.%). Содер>кание мар- как следствие с определенными физико-меганца не orраничейо в эвтектическом ханическими и эксплуатационными свойстсплаве, поскольку он с железом образует "0 вами. непрерывный ряд твердых растворов. Об- . Получение сплавов системы Fe — Mn — С масть эвтектики в системе Fe —  — С orpa- —  — Sl — Cr эвтектического типа исходя из ничена содержанием углерода (0,2-0,5 систем Fe — Mn — С, Fe — Cr — С и Fe —  — С мас.%) и бора(1,2 — 2,8 мас.%). В системе Fe определяется содержанием железа и мар— Cr - C эвтектика образуется при содержа- "5 ганца в сплаве, соотношение которых должнии Сг 8 мас.% и углерода 0,5 мас.%. Обра- но составлять Fe: Мп = 1; (0,02 ... 0,17) при зование эвтектики системы Fe — Cr —. С содер>кании углерода и бора 0,2-0,5 и 1,2позволяет получить в структуре сплава кар- 2,8 мас.% соответственно. бид СгтСз. Хром также легирует y - Fe, по- Получение сплавов с эвтектической вышая его твердость. Все это и 20 структурой обусловлено тем, что она позвообеспечивает достижение поставленной це- лает получать композицйонные, дисперсили. Отсюда очевидны преимущества систе- онно-упрочненные сплавы" с оптимальным мы Fe — Mn — С вЂ”  — Si — Cr. Нагрев . сочетанием твердости и пластичности, обусшихтового материала проводят до темпера- ловленные наличием матричной более платуры плавления легкоплавких металличе- 25 стичной и армирующих высокопрочных фаз, ских компонентов шихты. При этом в состав соотношение которых можно целенаправшихты включают элементы (Mn, С, В, Cr); ленно изменить. Указанные свойства и возобразующие с железом эвтектику при тем- можность легирования эвтектического пературе, меньшей температуры получения "сплава металлическими элементами периосплава. В качестве легкоплавких шихтовых 30 дической системы позволяют создавать материаловиспользуютчугун передельный, сплавы с необходимыми свойствами или марганец металлический, в качестве источ- комплексом свойств, ника атомов бора — ферробор, атомов хрома Предлагаемый способ может быть реа-xpoM металлический. При наличии в шихте лизован следующим образом (см,табл. 1). компонентов, кроме легкоплавких, темпе- 35 Пример 1, Шихту, содержащую 32,1 ратура плавления которых выше температу- мас.% чугуна передельного, 17,7 мас,% мар ры получения сплава, в частности хрома, ганца металлического, 14,3 мас.% ферробокремния, происходит частичное расплавле- ра, 18,5 мас.% железа, 4,6 мас.% ние шихты. В этом случае образовавшийся ферросилиция и 12,8 мас,% хрома металлирасплав как бы обволакивает нерасплавив- 40 ческого, помещают в тигель и подвергают шиеся частицы шихты(хрома, кремния), зна- нагреву в индукционной печи до расплавлечительно интенсифицируя их ния чугуна и марганца(1250 С), выдерживадиффузионноеперераспределениепообъе- ют 3 мин, затем распыляют, Состав му жидкой фазы. В способе изготовления полученногосплава содержит, мас.%:0,5С; сплава по данному изобретению нет необ- 45 2,8В;12Mn;2,5$1;12Сг;0,03S;0,03Р;69,54 ходимости в отдельном(обязательйом) при- Fe. Полученный порошковый сплав наносят

= готовлении эвтектического сплава а методом плазменной наплавки в защитной

-условия его получения заложены в состав атмосфере на детали диаметром 50 мм и Компонентов порошковой шихты и режимы более, Сила тока 140-160 А. скорость напоследующей обработки металлических из- 50 плавки 75 м/ч, подача плазмотрона 3 делий наплавкой различными способами, в мм/об, плазмообразующийся и защитный частности плазменной и газопламенной на- газ — аргон. Затем упрочненную деталь охплавкой и напылением, электродуговой на- ла>кдают на воздухе. Упрочненный слой наплавкой, металлизацией, в т.ч. с носили и др, вышеперечисленными использованием порошковой проволоки, 55 способами. Ге — Mn =1: 0,17(см. табл, 2). электроискрового легирования, лазерной и Пример 2. Шихту, содер>кащую 21,5 электронно-лучевой обработкой, наплавкой мас.% чугуна передельного, 11,8 мас.% марпри печном нагреве и нагреве ТВЧ, центро- ганца металлического, 11,9 мас.% ферробобежной биметаллизацией с нагревом ТВЧ, ра, 6,4 мас.% ферросилиция, 8,7 мас.% хрома, 39,7 мас.% железа, помещают в ти1793000

I гель

I печй атм с бол е пла мм/о — а r даю ли

Fe мас ган ра, фер вти ной ца ( рас ь дер

Cr; пла м

140

30 ча щи и подвергают нагреву в индукционной до расплавления чугуна, ферромарганарганца(1250 С), выдерживают3 мин, распыляют, Состав полученного спладержит, мас. : 0,5 С; 2,5 В; 8 Мп 3 5

Cr, 0,03 S; 0,03 Р; 77,34 Fe. Полый порошковый сплав наносят метоплазменной наплавки в защитной фере на детали диаметром 55 мм и . Сила тока 140-160 А, скорость наки 75 м/ч, подача плазмотрона 3 б, плазмообразующий и защитный газ он, Затем упрочненную деталь охлажна воздухе. Упрочненный слой наносидр. вышеперечисленными способами.

Mn - 1: 0 1 (см. табл. 2).

Пример 3. Шихту, содержащую 7,2

% чугуна передельного, 2,9 мас.% мара металлического, 5,6 мас.% ферробо77 мас. железа, 2,2 мас.% осилиция и 5 мас,% хрома, помещают ель и подвергают нагреву в индукционпечи до расплавления чугуна и марган1250 С), выдерживают 3 мин, ляют, Состав полученного сплава соит, мас.%; 0,2 С; 1,2 В, 2 Мп; 1,2 Si, 4,5

0,03 S; 0,03 Р; 90,84 Fe. Полученпорошковый сплав наносят методом енной наплавки в защитной атмосфедетали диам. 50 мм и более. Сила тока

160 А, скорость наплавки 75 м/ч, подалазмотрона 3 мм/об, плазмообразуюи защитный газ — аргон.

Затем упрочненную деталь охлаждают на оздухе. Упрочненный слой наносили и др. вышеперечисленными способами, Ге:

Мп = 1: 0,02 (см. табл. 2).

При необходимости получения электродов для ЭИО расплав разливают в специальны формы, а при получении порошковых мат риалов распыляют, В случае создания пок ытия наносят на поверхность детали нап авкой, напылением, электпоискровым лег рованием, намораживанием и др, способ м. Воэможность уменьшения концентрации углерода в сплаве до 0,2 — 0,5 .и марганца до 2 ... 12 мас.% позволяет испол зовать его при плазменной наплавке в за итной атмосфере аргона деталей диамет ом более 50 мм без образования трещи . Увеличение содержания углерода вызывает появление трещин в наплавленно слое.

С целью изучения возможности расширен я номенклатуры легирующих элементов для создания сплавов эвтектического

55 типа с регулируемыми морфологией и функциональными свойствами в указанный состав шихты системы Fe — Мп — С вЂ”  — Sl—

Сг, в частности по примеру 2 (возможно 1 и

3), вводили последовательно, или в определенном соотношении (сочетании), V, Cu, Nl, Tt, At, Sb, W и др. металлические элементы периодической системы в широком интервале концентраций, В результате реализации указанных в примере режимов были получены эвтектические сплавы типа перлит (аустенит) — карбид с определенной структурой, а соответственно целенаправленной регулируемыми физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

Получение эвтектического сплава типа перлит-карбид системы Fe — Mn — С вЂ”  — Sl и возможность его легирования в частности и другими металлическими элементами периодической системы позволяет уменьшить содержание бора в сплаве до 1.2 — 2,8 мас.% при сохранении или увеличении физико-механических и эксплуатационных свойств эвтектических сплавов, Структура получаемых сплавов системы

Fe — Mn — С вЂ”  — Si — Cr состоит из эвтектики типа перлит (или аустенит) — карбид ((Fe, Мп)гз(С,В)о) и у-Fe+ РезС+, СгтСз

Износные испытаний проводили по схеме вал-вкладыш. На вал наносили методом плазменной наплавки в защитной атмосфере эвтектический слой толщиной не менее

0,5 мм, а вкладыш использовали из закаленной и низкоотпущенной стали 45. Микроструктура стали 45 после закалки и низкого отпуска состояла из мартенсита отпуска твердостью 48-52 HRC. Испытания проводили в индустриальном масле МИ-20 с добавлением 0,1 мас,% абразива. В качестве абразива использовали кварцевый песок зернистостью до 100 мкм, Режимы испытаний; удельная нагрузка 7 МПа, скорость скольжения 0,4 м/с, путь трения 1440 м.

Относительная ошибка при определении износа образцов гравиметрическим способом не превышала 12%. Как видно из резул ьтатов исп ытаний (см. табл.), износостойкость эвтектических сплавов си- . стемы Fe — Мл — С вЂ”  — Sl — CI при изнашивании со сталью 45 выше в 2,5-43.7 раза в сравнении с износостойкостью сплава, nor ученного по известному, а также выше 2 — 21 раза, чем флюсующихся сплавов ПГ-СРЗ, ПГ-СР4 и ПГ-10Н-01 (фирма "Кастолин", Швейцария). Твердость предлагаемых сплавов превышает таковую для известных (см. табл. 2).

1793000

Таблица 1

Состав шихты для получения эвтектического сплава

Таблица 2

Состав автевтическото сплава и его свойства

Формула изобретения

Эвтектический сплав преимущественно для покрытий, содержащий углерод, бор, марганец, кремний, хром и железо, о т л и ча ю шийся тем, что, с целью повышения износостойкости, твердости, и исключения трещинообразования в покрытиях, îí содержит компоненты в следующем соотношении, мас. : л Исследоеаиил проводили е влИ-20+ 0.1 g абразивах

Р 7МПа: ч 04 l4/с.

Углерод

Бор

Марганец

Кремний

Хром

Железо при этом соотношение Fe:

1: (0,02 — 0,07).

0.2-0,5

1.2 — 2,8

2,0 — 12,0

1,2 — 3,5

4,5 — 12,0

Остальное

Мп составляет