Износостойкий чугун

 

Изобретение предназначено для получения профильных заготовок с однородной структурой. Износостойкий чугун содержит, мас.%: углерод 3,6-4,0; кремний 1,2-2,6: марганец 0,3-0,8: 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, медь 0,35-0,85: бор 0,05-0,25; кальций 0,03-0,07; редкоземельные металлы 0,02-0,08, ниобий 0,02- 0,35; магний 0,03-0,07; железо - остальное. Чугун обладает повышенной термостойкостью, высокими технологическими и эксплуатационными свойствами. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s))s С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

И (21) 4950447/02 (22) 26.06.91 (46) 23.03.93, Бюл, ¹ 11 (71) Производственное объединение "Гомсельмаш" (72) M.È. Карпенко, Р. Н,Адамович, Т.И. Соленова и А.П.Былинский (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 831851, кл. С 22 С 37/10, 1981. (54) ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН (57) Изобретение предназначено для получения профильных заготовок с однородной

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

Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, ванадий, алюминий, редкоземельные металлы, кальций, 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

Бор 0,05-0,25,. Ж,„1803461 А1 структурой, Износостойкий чугун содержит, мас. : углерод 3,6 — 4.0; кремний 1,2-2,6; марганец 0,3 — 0,8: хром 0,02 — 0,07; титан

0,15 — 0,5; ванадий 0,05 — 0,15; никель 0,070,25; алюминий 0,05 — 0,25; медь 0,35 — 0,85; бор 0,05-0,25; кальций 0,03 — 0,07; редкоземельные металлы 0,02-0,08, ниобий 0,020,35; магний 0.03 — 0,07: железо остальное. Чугун обладает повышенной термостойкостью, высокими технологическими и эксплуатационными свойствами, 2 табл, Кальций . 0,03 — 0,07

Никель 0,07 — 0,25

Редкоземельные металлы 0,02-0,08

Ниобий 0,02 — 0,35

Магний 0,03 — 0,07

Железо Остальное

Введение в известный чугун бора в пределах 0,05 — 0,25 мэс,% обеспечивает повышение дисперсной структуры, степени перлитизации металлической основы отливок, улучшение однородности структуры, ударостойкости, теплостойкости и твердо- Ф сти, что приводит к повышению стабильности механических свойств. Содержание бора выше верхнего предела нецелесообразно, так как в этом случае; в связи с малой их растворимостью увеличивается их ликвация в аустенит коагуляции, что снижает однородность структуры и динамическую прочность чугуна. Введение в чугун бора в количестве ниже нижнего предела не обеспечивает получение желаемых преимуществ по однородности структу1803461

35 ность и термическая стойкость. При содержании углерода более 4,0 мас.%, кремния более

2,6 мас.%, и марганца менее 0,3 мас,% увеличивается ликвации, загрязненность чугуна неметаллическими включениями, 40 снижается стабильность структуры, микротвердость по сечению заготовок, служебные свойства.

Содержание микролегирующих добавок (хром 0,02-0,07 мас.% титан 0,15-0,5, 45 медь 0,35 — 0,85, ванадий 0,05 — 0,15, РЭМ

0,02 — 0,08, алюминий 0,05 — 0,25 мас,%) определены экспериментально и ограничены пределами, обеспечивающими однородную структуру и оптимальные прочностные и

50 пластические свойства, стабильную микротвердость и повышение теплостойкости и износостойкости. При более низком их содержании прочностные и фрикционные свойства недостаточны, а при увеличении их

55 концентрации выше верхних пределов снижается удароустойчивость, динамическая стойкость в стабильность структуры, что приводит к снижению микротвердости и

Чугун выплавляют s индукционных печах. Для микролегирования чугуна использовали ферросплавы. Модифицирование других свойств и их стабильности. Верхние чугуна РЗМ, магнием, ферробором и алюми- пределы концентрации отбеливающих элеры, износостойкости, телостойкости и служебных свойств, Введение в чугун ниобия обусловлено тем, что он упрочняет матрицу и измельчают литое зерно в центральной зоне слитка, измельчает графит, изменяя его форму, структуру металлической основы s отливках, повышает теплостойкость, стабильность микротвердости, динамической прочности . и других физико-механических свойств.

Введение в чугун ниобия в количестве менее 0,02 мас.% существенного влияния на повышение стабильности микротвердости, теплостойкости и физико-механических 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. снижается удароустойчивость, однородность структуры и свойств.

Магний в износостойкий чугун в количестве 0,03 — 0,07 мас.% введен как эффективный модифицирующий компонент, обеспечивающий повышение однородности структуры, сфероидизацию графита, теплопрочность, микротвердость термическую стойкость. При содержании магния менее

0,03 мас,% не обеспечивается существенное повышение микротвердости и ее стабильности по сечению непрерывнолитых слитков, заметное повышение технических свойств и стойкости чугуна. Увеличение концентрации магния более 0,27 мас.% снижает однородность структуры, ударную вязкость стабильность механических свойств.

Никель в заданных пределах от 0,07 до

0,25 мас.% способствует повышению пластических свойств, измельчению и стабилизации структуры, что обеспечивает повышение стабильности микротвердости и термической стойкости, При содержании никеля ниже 0,07 мас.% стабильности структуры, микротвердости и термической стойкости не достигается. а при увеличении его содержания более 0,25 мас.% снижается ударо. устойчивость и микротвердость.

Введение всостав чугуна бора,,ниобия, никеля и азота в заданных пределах обеспечивает получение в отливках более однородной структуры, стабильной микротвердости, комплекс новых свойств, сочетающих в себе высокие значения "эксплуатационных свойств, динамической прочности, износостойкости и термической стойкости. нием производится в литейных ковшах при выпуске чугуна из печи, Химический состав исследованных чугунов приведет в табл.1; механические свойства и термическая стойкость — e табл.2.

Угар PM3 составляет 26 — 32%, карбидов бора 14-18%. Усвоение ниобия. присажива.емого в печь, составляет 76-80%, никеля

89 — 93%, магния из лигатуры 47 — 51%.

Температура металла перед выпуском из электропечи для модифицирования в ковш емкостью 2 тонны составляла 1480—

1500 С, а температура чугунов при заливке расплава в кристаллизатор установки

15 для непрерывного литья — 1410 — 1430 С. На установках УНГЛ-2 вытягивают круглые заготовки диаметром 30 и 120 мм. Механические свойства и термостойкость чугунов определяется на образцах, вырезанных из профилей диаметром 30 мм, Микротвердость металлической основы определяют на микротвердомере ПМТ-3 на образцах, вырезанных из заготовок диаметром 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, снижает ее стабиль1803461

Формула изобретения

Износостойкий чугун. содержащий углерод. кремний, марганец, хром. ванадий, титан, алюминий, редкоземельные метал5 лы, кальций, медь и железо, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения термостойкости, технологических и эксплуатационных свойств, он дополнительно содержит бор, ниобий, никель и магний при

10 следующем соотношении компонентов, мас, ;

Углерод 3,6 — 4,0

Кремний 1,2 — 2,6

Марганец 0,3-0,8

15 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

20 Медь 0,35 — 0,85

Бор 0,05 — 0,25

Кальций 0,03 — 0,07

Редкоземельные металлы

25 Ниобий

Магний

Железо ментов (хрома, ванадия. РЭМ) снижены, а графитивирующих — повышены.

Магний и кальций введены как эффек- тивные модификаторы, очищающие границы зерен от неметаллических включений и повышающий стабильность структуры и микротвердости, оказывает сфероидиэирующее влияние.

Верхний предел концентрации кальция ограничен его растворимостью в перлите, а при концентрации его 0,03 мас.7(, модифицирующий эффект недостаточен.

Как видно из таблицы 2, предложенный иэносостойкий чугун обладает однородными и стабильными значениями микротвердости и износостойкости, чем базовый иэносостойкий чугун, Термическую стойкость определяют в условиях термоциклирования в интервале температур 20 — 900 С.

Технологические свойства определяют на стандартных технологических пробах.

Эрроэийную стойкость определяют на струеударной испытательной установке с использованием в качестве эталона стали 45 л после закалки ее с 840 С в воду и отпуска при 200 С.

0,02-0,08

0,02 — 0,35

0,03 — 0,07

Остальное

Таблица 1

Со е жание компонентов, мас.

Компоненты

Чгн и е лагаемый известный

3,2

1,2

0,8

0,8

0,4

0,2

0,3

1,2

0,3

0.1 ост

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Титан

Ванадий

Алюминий

Медь

Бор

Кальций

РЗМ

Ниобий

Магний

Никель

Железо

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

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

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

4,3

2,8

1,0

0,2

0,6

0;18 0,27

1,05

0,28

0,1.

0,09

0,47

0,02

0,28 ост

2,6

1,0

0,2

0,01

0,02

0;02

0,01

0,1

0,03

0,02, 0,01

0,01

0,10

0,04 ост

1803461

Таблица 2

Составитель Г, Дудик

Техред М.Моргентал

Корректор С. Пекарь

Редактор

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

Заказ 1035 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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