Износостойкий чугун

Износостойкий чугун

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве чугунных отливок методом непрерывного литья. Цель - повышение микротвердости по сечению непрерьшнолитых заготовок, износостойкости и термостойкости. Чугун содержит,мае.%: углерод 2,5-3,5; 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; РЗМ 0,02-0,08; кальций 0,03-0,07; карбиды бария 0,05-0,25; вольфрам 0,02-0,35; никель 0,07-0,25; азот 0,13-0,27; железо - остальное. Введение в состав чугуна карбидов бария и вольфрама, никеля и азота обеспечивает повьпаение износостойкости чугуна в 2,5-6 раз, термостойкости в 3,1-4 раза и микротвердости в отливках с сечением 030 и 120 мм с 2680 до 3100-3860 Н/х. 2 табл. (Л со со со о оэ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1331903 А1 (51)4 С 22 С 37/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4035564/31-02 (22) 07.03.86 (46) 23.08.87. Бюл. ¹ 31 (71) Всесоюзный заочный политехнический институт (72) Б.К.Святкин, M.È.Êàðïåíêo, Е.И.Марукович, А.П.Мельников и Ю.Г.Серебряков (53) 669.15-196 (088.8) (56) Патент Японии ¹ 57-155345, кл. С 22 .С 37/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 831851, кл. С 22 С 37/10, 1981. (54) ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве чугунных отливок методом непрерывного литья. Цель — повышение микротвердости по сечению непрерывнолитых заготовок, износостойкости и термостойкости. Чугун содержит,мас.X: углерод 2,5-3,5; 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; РЗМ

0,02-0,08; кальций 0,03-0,07; карбиды бария 0,05-0,25; вольфрам 0,02-0,35; никель 0,07-0,25; азот 0,13-0,27; железо — остальное. Введение в состав чугуна карбидов бария и вольфрама, никеля и азота обеспечивает повышение износостойкости чугуна в 2,5-6 раз, термостойкости в 3,1-4 раза и микротвердости в отливках с сечением ф 30 и 120 мм с 2680 до 3100-3860 Hp.

2 табл.

1 1331

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов серых износостойких чугунов, применяемых для изготовления заготовок (1 методом непрерывного литья.

Цель изобретения — повышение микротвердости по сечению непрерывнолитых заготовок, износостойкости и термостойкости.

Выбор граничных пределов компонентов обусловлен следующим образом.

Содержание основных компонентов (углерод 2,5.-3,5 мас. ; кремний 1,22,6 мас.7 и марганец 0,3-0,8 мас.7) опрецеляют из практически производства износостойких и термостойких чугунов с повышенной микротвердостью матрицы и со стабильной структурой. При концентрации углерода до 2,5 мас.7., кремния до 1,2 мас. и марганца более 0,8 мас. увеличивается количество цементита в структуре, снижаются ее стабильность и термическая стойкость. При содержании углерода более 2, 3,5 мас.7, кремния более 2,6 мас. u марганца менее 0,3 мас.7. увеличивается ликвация, загрязненность чугуна .неметаллическими включениями и снижается стабильность структуры и микротвердости по сечению заготовок.

Содержание микролегирующих добавок (хром 0,2-0,7 мас.7.; титан О, 15 — 0,5; медь 0,35-0,85;ванадий 0,05-0,15;P3N

0,02-0,08;алюминий 0,05-0,26 мас. ) определяют экспериментально и ограничиваются пределами, обеспечивающими однородную структуру и оптимальные прочностные и пластические свойства, стабильную. микротвердость и повышенную теплостойкость. При более низком их содержании прочностные и фрикционные свойства недостаточны, а при увеличении их концентрации -(выше верхних пределов) снижаются удароустой-, 4> чивость, динамическая стойкость и стабильность структуры, что приводит к снижению микротвердости и других свойств и их стабильности, Верхние пределы концентрации отбеливающих

60 элементов (хрома, ванадия, РЗМ) снижены, а графитизирующих повышены.

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

Верхний предел концентрации кальция ограничен его растворимостью в

903 2 перлите, а при концентрации его

0,03 мас. . модифицирующий эффект недостаточен.

Введение в известный чугун карбидов бария в пределах 0,05-0,25 мас.7. обеспечивает повышение дисперсности структуры, твердости внутри профилей, степени перлитизации металлической основы отливок, увеличение однородности структуры, ударостойкости, теплостойкости, износостойкости и микротвердости, что приводит к повышению стабильности механических свойств.

Содержание карбидов бария выше верхнего предела нецелесообразно, так как в этом случае в связи с малой их растворимостью увеличивается их ликвация в аустенит, что снижает однородность структуры и динамическую прочность чугуна. Введение в чугун карбидов бария в количестве ниже нижнего предела не обеспечивает получение .желаемых преимуществ по однородности структуры, износостойкости и теплостойкости.

Введение в чугун вольфрама 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 вольфрама в количествах менее 0,02 мас.7 существенного влияния на повышение стабильности микротвердости, теплостойкости и физико-механических свойств не оказывает, а содержание вольфрама выше

0,35 мас./ нецелесообразно, так как в этом случае значительно возрастает длительность плавки чугуна и усложняется технология внепечной обработки, снижаются удароустойчивость, однород-. ность структуры и свойств.

Азот в износостойкий чугун в количестве 0,13-0,27 вводят как эффективный легирующий компонент, который связывает титан, редкоземельные 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 О, 13 мас.7 не обеспечивается

13319

0,02-0,08

0,03-0,07

0,35-0,85

0,05-0,25

0,02-0,35

0,07-0,25

О, 13-0,27

Остальное

45 существенное повышение микротвердости и ее стабильности по сечению непрерывно-литых слитков, заметное повышение термической стойкости чугуна. Увели5 чение концентрации азота (более

0,27 мас.Е) снижает однородность структуры, ударную вязкость, стабильность механических свойств.

Никель в заданных пределах 0,07

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.7 стабильности структуры, микротвердости и термической стойкости не достигается, а при увеличении его содержания (более 0,25 мас.Ж) снижаются уда- 0 роустойчивость и микротвердость.

Введение в состав известного чугуна карбидов бария, вольфрама, никеля и азота в заданных соотнбшениях обеспечивает получение в отливках более однородной структуры, стабильной микротвердости, комплекс новых свойств, сочетающих в себе высокие значения эксплуатационных свойств, динамической прочности, износостойкости и тер- З0 мической стойкости.

Чугун выплавляют в индукционных печах. Для микролегирования чугуна используют ферросплавы. Модифицирование чугуна РЗМ, карбидами бария и

35 алюминием производят в литейных ковшах при выпуске чугуна из печи после продувки азотом.

Температура металла перед выпуском из электропечи для модифицирования в ковш емкостью 2 т 1480-1500 С, а температура чугуна при заливке расплава в кристаллизатор установки для непрерывного литья 1410-1430 С.

На установках УНГЛ-2 вытягивают круглые заготовки 30 и 120 мм.

Механические свойства и термостойкость чугунов определяют на образцах, вырезанных из профилей ф 30 мм. Микротвердость металлической ocHoabr on03

4 ределяют на микротвердомере IIMT-3 на образцах, вырезанных из заготовок ф 30 и 120 мм.

Химический состав исследованных чугунов приведен в табл. 1; механические свойства, микротвердость и теплостойкость — в табл. 2.

Угар Р3М составляет 26-32Х, карбидов бария 12-16Х. Усвоение вольфрама из ферровольфрама, присаживаемого в печь, 100X., никеля 89-93Х.

Как видно из табл. i и 2, дополнительный ввод в состав чугуна карбидов бария, вольфрама, никеля и азота обеспечивает повышение микротвердости по сечению непрерывно-литых заготовок, износостойкости в 2,5-6 раэ и термостойкости в 3, 1-4 0 раза.

Формула изобретения

Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, титан, алюминий, редкоземельные элементы, кальций, медь и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения микротвердости по сечению непрерывно-литых заготовок, износостойкости и термостойкости, он дополнительно содержит карбиды бария, вольфрам, никель и азот при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Углерод 2,5-3,5

Кремний 1,2-2,6

Марганец 0,3-0,8

Хром 0,2-0,7

Ванадий 0,05-0,15

Титан О, 15-0 5

Алюминий О, 05-0, 25

Редкоземельные элементы

Кальций

Медь

Карбиды бария

Вольфрам

Никель

Азот

Железо

1331903

Таблица

Компоненты предлагаемом известном

3 5

3,2

2,5

2,3

2,6

2,8

1,2

1,2

1,0

0,8Марганец 0,8

0 5

0,3

1,0

0,2

0,2

0,8

Хром

0,7

1,0

0,5

0,1

0,4

Титан

0,6

0,2

0,5

0,15

0,02

0,15

0 05

Ванадий

0,2

0,18

0,02

Алюминий 0,3

О, 05.

0,27

0,1

0,25

0,01

0 5

0,85

1,2

0 35

1,05

0,1

0,12

0,25

0,05

0,28

0,03

0,05

0,03

0,3

0,07

0,10

0,02

0,1

0,02

0 05

0 09

0,08

0,01

РЗМ

0,02

0,47 0,01

0,03

0 35

Вольфрам

0,15

0,27

0,13

0,32

0,07

Азот

0,07

Никель

0,28

0,04

0,25

0,,12

Железо ное ное ное ное ное ное

Т а б л и ц а

Свойства

Предел прочности при растяжении, МПа 258 378 415

263

287

425

Динамическая прочность, Мдж/м2

0,09

0,17

0„32

64 б 96

-в центре профиля

4 30 мм

Углерод

Кремний

Медь

Карбиды бария

Кальций

Износ, мг/м ч

Микротвердость, Н

Содержание компонентов, мас.% в составе чугуна

Ос таль- Ос таль- Остал ь- Ос таль- Ос таль- Ос тальПоказатели для состава чугуна

1 i I

1 1

3 4 5

0,09 0,26 0,34

182,2 62,0 43

2680 3280 3360 3460 3070 2710

1331903

Продолжение табл.2

Свойства

5 6

1 2 в поверхностной зоне профиля ф 30 мм

3620 5140

3710 3820 3840 3860 в центре профиля ф120 мм в поверхностной зоне профиля ф 120 мм

1718 1830 2160 1212

590

543

Удароустойчивость, циклов

1164 920

1192 1236 1268

887

Составитель Н. Косторной

Редактор Н.Гунько Техред М.Ходанич Корректор Л.Бескид

Заказ 3771/24 Тираж 604 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Yæãoðîä, ул.Проектная,4

Термическая стойкость при нагреве до 1000 С, циклов

Показатели для состава чугуна

) 3 (4 j j

2430 3100 3140 3280 2890 2450

3580 3680 3700 3790 3140 3570