Сплав на основе железа

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик нн836192 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 2803,78 (21) 2595587/22-02 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 070681. бюллетень bio 21 (51)м. Кд

С 22 С 38/36

Государственный комИтет

СССР по делам изобретений н открытнй (53) УДК 669.14-018. 2 (088. 8) Дата опубликования описания 070681

P1) Заявитель (54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА

Изобретение относится к металлургии, в частности к литым износостойким материалам, и может быть использовано для изготовления дробеметных лопаток, защитных плит, импеллеров и других отливок.

Известны износостойкиЕ хромистые сплавы, характеризующиеся высоким содержанием углерода и хрома (1Q.

Эти сплавы в основном предназначены для изготовления деталей, к которым предъявляются высокие требования по износостойкости и механическим свойствам. Однако низкий уровень указанных свойств существенно снижает эффективность применения хромистых сплавов- в промышленности.

Известен сплав на основе железа следующего химического состава, вес.Ъ:

Углерод 1-3,5

Кремний О, 3-2,8

Марганец 0,3-8,0

Хром 12-36

Алюминий О, 05- 3, 5

Кальций О, 01-Oi 2

Магний О, 01-0, 1

Редкоземельные металлы 0,03-0,3

Бор О, 001-0, 1

Ванадий 0,1-1,5

Молибден О, 1-3,0

Барий 0,001-0,1

Железо Остальное (2), Недостатком данного сплава являет-, ся наличие в его составе дефицитных

Металлов, таких как молибден, ванадий. Присутствие бария в сплаве ïîâûшает токсичность и введение его в сплав нарушает санитарные условия выплавки сплавов и требует дополнительных устройств.

Применение алюминия до 3,5Ъ в высокохромистых сплавах вызывает появление прочных окисленных пленок, которые охрупчивают металл. Наличие кремния свыше 1Ъ вызывает трещины.

Большое количество марганца в сочетании с высоким количеством углерода и хрома приводит к образованию структуры, исключающей применение деталей, работающих в абразивно-ударной среде (стойкость лопаток иэ известного сплава с элементами на верхнем пределе 8 часов).

Наиболее близким к описываемому, изобретению по технической сущности и достигаемому результату является сплав на основе железа следующего химического состава, вес.Ъ:

836192

Углерод 1,9-2,4

Хром 20-25

Кремний До 1,0

Марганец 0,6-0,9

Титан 0,2-0,3

Железо Остальное «ГЗ .

Существенными недостатками извест,,ного хромистого сплава являются относительно низкие литейные свойства, износостойкость, долговечность и качество изготовленных из него отливок, 10 что во многом связано с крупнокристаллической структурой, остроугольной формой и неблагоприятным характером распределения в сплаве неметаллических включений, а также,химической неоднородностью. 15

Цель изобретения — повышение литейных свойств сплава, износостой- кости, долговечности и качества отливок.

Для достижения поставленной цели 20 в известный сплав на основе железа, содержащий углерод; хром, кремний, марганец, титан, дополнительно введены алюминий, кальций, магний, редкоземельные металлы и бор при сле- д5 дующем соотношении компонентов, в вес.Ъ:

Углерод 1, 9-2,4

Хром 20-25

Кремний 0,3-1,0

Марганец 0,6-0,9

Титан О, 01-Oi 3

Алюминий 0,01-0,1

Кальций 0 005-О,О5

Магний 0 005-0 05

Редкоземельные металлы 0,001-0,08

Бор 0,0005-0,005

Железо Ос т аль нсе

Дополнительное введение в состав сплава алюминия благоприятно влияет 40 на его структуру и литейные свойства. Как и титан, алюминий связывает свободный азот в нитриды, которые, являются регуляторами аустенитного зерна. При этом нитриды алюминия и 4а; титана препятствуют протеканию процессов собирательной рекриеталлизации, что в итоге, наряду с их модифицирующей способностью, обеспечивает получение более мелкодисперсной структуры, что весьма важно для износостойкости и долговечности.,В таком плане совместное влияние алюминия и титана на структуру сплава более эффективно, чем введение одного из них, Эффективность введения в сплав алюминия повышается при условии до-. полнительного введения кальция, магния и РЗМ. На частицах глинозема осаждаются другие включения, пред- 6Q ставляющие собой продукт взаимодействия вводимых элементов с серой, железом и другими элементами, в результате чего сложные многофаэные включения более легко удаляются из расплава, а оставшиеся приобретают глобулярную форму и равномерно перераспределяются в сплаве, что существенно повышает жидкотекучесть и трещиноустойчивость отливок.

Вместе с тем, кальций, магний и

РЗМ являются эффективными модификаторами структуры и обеспечивают глубокое рафинировайие и раскисление сплава. Все эти факторы способствуют повышению литейных свойств, износостойкости и, в первую очередь, долговечность изготовленных из него отливок.

Оптимальное содержание в сплаве .алюминия, кальция, магния и РЗМ определяется пределами 0,01-0,1;

0,005-0,08 0,005-0,05 и 0,001-., 0,08 вес.ЪЪ соответственно. Меньшее их содержание (ниже нижнего предела) не обеспечивает положительного влияния на включения, структуру и другие факторы, поэтому неэффективно, а большее (свыше указанного верхнего предела). крайне неблагоприятно влияет на весь комплекс свойства сплава.по причине образования избыточного количества окислов, "серых фаз" РЗМ, силицидов и других вредных примесей, скапливающихся целыми колониями на границах зерен.

Введение бора в состав сплава повышает его износостойкость за счет способности бора благоприятно воздействовать одновременно на матрицу и карбидную фазу. При этом обеспечивается получение мелкодисперсных или пластинчатых карбидов бора и измельчение структуры, что в комплексе предопределяет более высокую износостойкость сплава. Кроме того, бор способствует повышению прокаливаемости сталей и сплавов.

В связи с тем, что бор обладает высокой раскислительной способностью, его совместное введение в сплав с более сильными раскислителями, какими являются кальций, РЗМ, магний, обеспечивает практически полное израсходование бора на образование карбидов.

Оптимальное содержание бора в сплаве определяется пределами

0,0005-0,005 вес.Ъ. Это связано с тем, что меньшее остаточное содержание бора не обеспечивает образования необходимого количества карбидов и измельчения зерна, а большее, свыше верхнего предела, напротив, вызывает проявление избыточного их количества в виде эвтектических колоний, что резко снижает исследуемые свойства сплава.

Для определения оптимального состава предлагаемого хромистого сплава были исследованы его литейные свойства, износостойкость, долговечность и качество изготовленных из него дробеметных литых лопаток при

836192 чи емкостью 300 кг. Химический состав выплавленных опытных и контрольных сплавов приведен в табл. 1. различном содержании дополнительно вводимых компонентов. Каждый сплав выплавлен отдельно в индукционной пеТаблица 1

Известный сплав P3f

О, 7 0,2

1 2,1 21 0 5

Предлагаемый сплав

0,6 0,1 0,03

0 8 0,04 0 01

0,9 0,01 0,1

0,6 0,01 0,01

0,9 0,3 0,1

0,005

0,02

0,05

0i03

0,005

0,05

При исследовании литейных свойств сплавов определяют их жидкотекучесть и трещиноустойчивость отливок. Испытания на износостойкость проводили на машине ИУИ-1. В качестве контртела применяли ролик из стали Х13 с твердостью 42-43HRC. 30

Испытания на,-долговечность литых лопаток проведены непосредственно на дробеметных установках ДБ-4 и ДБ-6 при вращении турбины со скоростью

2,5 тыс. об/мин.

Термическая обработха образцов и литых лопаток состоит иэ нагрева до 1100 С, выдержки 1,5-2 часа и охлаждения под воздушной струей.

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Таблица 2 т Относительный износ

Сплав Повышение свойств, Ъ

Долговечность лопаток, ч

Класс чистоты поверхности жидкоте- трещиноускучести тойчивости

35 28

38

80

40

48

30 30

30

35

При этом износостойкость литых лопаток повысилась в 1-,25 раза, долговечность в 3-5 раз, жидкотекучесть на 30-45%, трещиноустойчивость на

25-35%. Одновременно заметно улучшается качество отливок за счет повышения геометрической точности и класса чистоты поверхности.

Весьма важным является то, что технология выплавки предлагаемого иэносостойкого хромистого сплава для отливок практически не изменилась по сравнению с.известной. Некоторое отличие состоит лишь в том, что расплав в процессе фракционной разливки обрабатывают комплексным модификатором, содержащим алюминий, кальций, магний, Р3М и бор.

Предлагаемый износостойкий хромистый сплав для отливок найдет широкое применение при изготовлении лопаток, защитных плит, импеллеров и других литых деталей дробеметных установок, а также различного рода отливок, к которым предъявляются высокие требования по износостойкости.

2 1,9

3 2,3

4 2,4

5 2,2 б 1,9

7 2,4

24 ° 0,7

25 О,б

22 0,3

20 1,0

20 0,3

25 1,0

0 08

0,005

0,04

0,007

0,005

0,08

1,0

0 72

0,72

0,70

0,73

0,72

0,70

0i 001

0,006

0,04

0,08

0,001

0,08

0,003

0,005

0,002

0,0005

0,0005

0,005

836192

Формула изобретения

Составитель Г. Дудик

Техред С. Мигунова Корректор Н. Стец

Редактор С. Титова

Заказ 2842/15 . Тираж 681 .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ожидаемый экономический эффект составит около 25 тыс.. руб в год эа счет повышения долговечности отливок, особенно лопаток, в 3-5 раэ и снижения брака по литейных дефектам на 5-10%.

Сплав на основе железа, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, отличающийся тем, что, с целью повышения литейных свойств сплава, износостойкости, долговечности и качества отливок, он дополнительно содержит алюминий, кальций, магний, редкоземельные металлы и бор при следующем соотноше% нии компонентов, вес.%:

Углерод 1,9-2,4

Кремний 0, 3-1,0

Марганец 0,6-0, 9

Хром 20,0-25,0

Титан 0i01-0,3

Алюминий 0,01-0,1

Кальций О, 005-0, 08

Магний 0,005"0,05

Редкоземельные металлы 0,001-0,08

Бор 0,0005-0,005

Железо Остальное

Источники информации,. принятые во внимание при экспертизе

1. Справочник литейщика, M., 1962/.

15 2. Авторское свидетельство СССР

Р 489808, кл. С 22 С, 37/00, 1974.

3. ТИ 115.4, 59-74 (прототип).