Износостойкий чугун

 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для изготовления термостойких и фрикционных изделий. Износостойкий чугун дополнительно содержит карбиды бора, ниобий, азот и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3,6-4,0; кремний 1,2-2,6; марганец 0,3-0,8; никель 0,07- 0,25; хром 0,02-0,07; титан 0,15-0,5; ванадий 0,05-0,15; алюминий 0,05-0,25, медь 0,35-0,85; кальций 0,03-0,07; РЗМ 0,02-0,08; карбиды бора 0,05-0,25; ниобий 0,02-0,35; азот 0,13-0,27 и железо - остальное . Чугун обладает высокой износостойкостью , прочностью, ударной вязкостью, его термостойкость составляет 1821-1936 циклов . 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4949222/02 (22) 25.06.91 (46) 23.03.93. Бюл; ¹ 11 (71) Производственное объединение "Гомсельмаш" (72) М.И.Карпенко, В.И.Левиков, Т.И.Соленова и С.М.Бадюкова (56) Авторское свидетельство СССР № 831851, кл. С 22 С 37/10, 1981„ (54) ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для изготовления термостойких и фрикционных

Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию серых износостойких чугунов, применяемых для изготовления профильных заготовок с однородной структурой методами непрерывного литья, Цель изобретения — повышение износостойкости и эксплуатационных свойств.

Износостойкий чугун, по данному изобретению, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, ванадий, алюминий, редкоземельные металлы, медь и железо; дополнительно содержит карбиды бора, ниобий, никель и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 3,6-4,0

Кремний 1,2-2,6

Марганец 0,3-0,8

Хром 0,2 — 0,7

Титан 0,15-0,5

Ванадий 0,05-0,15

Алюминий 0,05-0,25

Медь 0,35 — 0,85

„„5U„„1803460 А1 иэделий. Иэносостойкий чугун дополнительно содержит карбиды бора, ниобий, азот и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3,6-4,0; кремний 1,2 — 2,6; марганец 0,3 — 0,8; никель 0,070,25; хром 0,02 — 0,07; титан 0,15-0,5; ванадий 0,05 — 0,15; алюминий 0,05 — 0,25, медь 0,35 — 0,85; кальций 0,03-0,07; РЗМ

0,02 — 0,08; карбиды бора 0,05-0,25; ниобий

0,02 — 0,35; азот 0,13 — 0,27 и железо — остальное, Чугун обладает высокой износостойкостью, прочностью, ударной вязкостью, его термостойкость составляет 1821-1936 циклов, 2 табл, Карбиды бора 0,05 — 0,25

Kar ьций 0,03 — 0,07

Никель 0,07-0,25

Редкоземельные металлы 0,02 — 0,08

Ниобий 0,02 — 0,35

Азот 0,13 — 0,27

Железо Остальное

Введение в известный чугун бора в пределах 0,05 — 0,25 мас. Д обеспечивает повышение дисперсности структуры. степени ф, перлитизации металлической основы отливок, увеличение однородности структур=: ударостойкости. износостойкости и твг.рдости, что приводит к повышению стабильности механических свойств, Содержание карбидов бора выше верхнего предела нецелесообразно, так как в этом случае, в связи с малой их растворимостью увеличивается их ликвация в аустенит и коагуляция, что снижает однородность структуры и динамическую, прочность чугуна, Введение в

1803460

20

50 чугун карбидов бора в количестве ниже нижнего предела не обеспечивает получение желаемых преимуществ по однородности структуры, износостойкости, теплостойкости и служебных свойств, Введение в чугун ниобия обусловлено тем, что он упрочняет матрицу и измельчает литое зерно в центральной зоне слитков, измельчает графит, изменяя его форму, структуру металлической основы в отливках, повышает теплостойкость, стабильность микротвердости, динамической прочности и других физико-механических

СВОЙСТВ.

Введение в чугун ниобия в количествах менее 0,02 мас.% существенного влияния нэ повышение стабильности микротвердости, теплостойкости и физико-механических свойств не оказывает, а содер>кание 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 свойств.

Азот в износостойкий чугун в количест ве 0,13 — 0,27% введен как эффективный легирующий компонент, который связывает титан, редкоземельнь;е металлы алюминий,.ванадий и другие. элементы в чугуне в дисперсные нитриды и карбонитриды, обеспечивающие повышение однородности структуры, микротвердости, теплопрочности и термической стойкости. При содержании азота менее 0,13 мас,% не обеспечивается существенное повышение микротвердости и ее стабильности по сечению непрерывнолитых слитков, заметное повышение термической стойкости чугуна.

Увеличение концентрации азота более 0,27 мэс.% снижает однородность структуры, ударную вязкость, стабильность механических свойств, Никель в заданных пределах от 0,07 до

0,25 мас,% способствует повышанию пластических свойств, измельчению и стабилизации структуры, что обеспечивает повышение стабильности микротвердости и термиче ской стойкости, При содержании никеля ниже 0,07 мас.% стабильности и структуры, микротвердости и термической стойкости не достигается, а при увеличении его содержания более 0,25 мас.% снижаются удароустойчивость и микротвердость.

Введение карбидов бора, ниобия, никеля и азота в заданных соотношениях обеспечивает получение в отливках более однородной структуры, стабильной микротвердости, комплекс новых свойств, сочетающих в себе значения эксплуатационных свойств, динамической прочности. износостойкости и термической стойкости.

Чугун выплавляют в индукционных печах. Для микролегирования использовали ферросплавы. Модифицирование чугуна

РЗМ, карбидами бора и алюминием производят в литейных ковшах при выпуске чугуна из печи после продувки азотом.

Химический состав исследованных чугунов приведен в таблице 1, а механические свойства и термическая стойкость в табл,2.

Угар Р3М составляет 26-32%, карбидов бора 14 — 18%. Усвоение ниобия, присаженного в печь, составило 76-80, никеля 89—

93%.

Температура металла перед выпуском из электропечи для модифицирования в ковш емкостью 2 т составляла 1480-1500 С, а температура чугуна при заливке расплава в кристаллизатор установки для непрерывного литья — 1410 — 1430 С, Нэ установках УНГЛ-2 вытягивают круглые заготовки диаметрами 30 и 120 мм.

Механические свойства и термостойкость чугунов определяли на образцах, вырезанных из профилей диаметром 30 мм, Микротвердость металлической основы определяют на микротвердомере ПМТ-3 на образцах, вырезанных из заготовок диаметрами 30 и 120 мм, Содержание основных компонентов (углерод 3,6 — 4,0 мас.%, кремний 1,2 — 2,6 мас,% и марганец 0,3 — 0,8 мас.%) определены из практики производства износостойких и термостойких чугунов с повышенной микротвердостью матрицы и со стабильной структурой. При концентрации углерода до 3,6 мас.%, кремния до 1,2 мас.% и марганца более 0,8 мас.% увеличивается количество цементита в структуре, сни>каются ее стабильность и термическая стойкость. При содержании углерода более 4,0 мас,% кремния более 2,6 мас.% и марганца менее

0,3 мас.% увеличивается ликвация, загрязненность чугуна неметаллическими включениями и снижаются стабильность структуры и микротвердости по сечению заготовок, служебные свойства.

Содержание микролегирующих добавок (хром 0,02-0,07 мас,%, титан 0,15 — 0,5; медь 0,35 — 0,85; ванадий 0.05-0,15; Р3М

0,02 — 0,08; алюминий 0,05 — 0,25 мас.%) определены экспериментально и ограничены пределами, обеспечивающими однородную структуру и оптимальные прочностные и пластические свойства, стабильную микротвердость и повышенную износостойкость и теплостойкость. При боле» низком их годержании прочностные и фри ционные

1803460

0,02 — 0.08

0,02 — 0,35

0.13 — 0,27 остальное

Таблица 1

Содержание компонентов, мас.%

Ч гун

Компоненты и е ложенный известный

2,8

1,0

0,2

0,01

0,02

0,02

0,01

0,1

0,03

0,02

0,01

0.01

0,07

0.04

-ост

4,0

1,2

0,8

0,07

0,5

0,15

0,25

0.85

0,25

0,07

0,08

0,35

0,27

0,25 ост

3,2

1,2

0,8

0,8

0,4

0,2

0,3

1,2

3,6

2,6

0,3

0,02

0,15

0,05

0,05

0,35

0,05

0,03

0,02

0,02

0,13

0,07 ост

4,3

2,8

1,0

0,2

0,6

0,18

0,27

1,05

0.28

0,10

0,09

0,47

0.32

0.28 ост

3,8

1,6

0,5

0,05

0,2

0,1 . 0,1

0,5

0,12

0,05

0,05

0,03

0,15

0,12 ост

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Титан

Ванадий

Алюминий

Медь

Карбиды бора

Кальций

РЗМ

Ниобий

Азот

Никель

Железо

0,3

0,1 ост свойства недостаточны, а при увеличении их концентрации выше верхних пределов снижается удароустойчивость, динамическая стойкость и стабильность структуры, что приводит к снижению микротвердости и других свойств и их стабильности. Верхние пределы концентрации отбеливающих элементов (хрома, ванадия, РЗМ) снижены, а графитизирующих — повышены.

Кальций введен как эффективный модификатор, очищающйй границы зерен от неметаллических включений и повышающий стабильность структуры и микротвердости.

Верхний предел концентрации кальция ограничен его растворимостью в перлите, а при концентрации его 0,03 мас.$ модифицирующий эффект недостаточен.

Как видно из данных табл.2, предложенный износостойкий чугун обладает более однородным и стабильными значениями микротвердости и износостойкости, чем базовый чугун.

Термическую стойкость определяют в условиях термоциклирования.. в интервале температур 20 — 900 С.

Технологические свойства определяют на стандартных технологических пробах. Эрозионную стойкость определяют на струеударной испытательной установке с использованием в качестве эталона стали 45Л после закалки ее с 840 С в воду и отпуска при 200 С.

Исследование прочностных свойств определяют на цилиндрических образцах диаметром 10 мм, Формула изобретения

Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, титан, алюминий. редкоземельные метал10 лы, кальций, медь и железо, о т л и ч в юшийся тем, что, с целью повышения прочности, ударной вязкости и эксплуатационных свойств, он дополнительно содержит карбиды1 бора, ниобий, никель и азот при

15 следующем соотношении компонентов, мас, g,:

Углерод 3,6-4,0

Кремний 1,2-2,6

Марганец 0,3-0,8

20 Хром 0,02-0,07

Титан 0,15 — 0,5

Ванадий 0,05 — 0,15

Никель 0,07 — 0.25

Алюминий 0,05 — 0,25

25 Медь 0,35 — 0,85

Карбиды бора 0,05 — 0,25

Кальций 0.03 — 0,07

Редкоземельные металлы

30 Ниобий

Азот

Железо

1803460

Таблица 2

Составитель Г. Дудик

Техред M.Моргентал

Корректор В. Петраш

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1035 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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