Износостойкий чугун

 

ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН, содержащий углеродi кремний, марганец, хром, никель, медь, ванадий, ит.трий, церий и железо, отличают и йс я тем7 чтЬ| с целью повышения износостойкости при абразивном износе. он дополнительно содержит титан, алюминий , молибден и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: 3.2-,2 Углерод 2,25-3.0 Кремний 6,5-16,0 Марганец 2,5-«t.8 Хром 0,5-6,5 Никель 0,5-2,2 Медь 0,3-. 85 Ванадий 0,005-0,05 Иттрий 0,02-0,05 Церий 0,15-0,65 Титан 0,15-0,8 Алюминий 0,,80 Молибден 0,005-0,08 Бор § Остальное Железо

„„SU„„1013508

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Мя) С 22 С 3 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СФ

СЛ

4Р

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21.) 3341488/22-02 (22) 05. 10.81 (46) 23.04.83. Бюл. ь 15 (72) В.Г.Горенко, Н.В.Русаков, С.Г.Рябошапка и С.H.Ïðèìåðîâ (71) Институт проблем литья АН Украинской ССР (53) 669.13.018e2,(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке и 3283175/22-02, кп.. С 22 С 37/00, 1981. (54) (57) ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН, содержащий углерод; кремний, марганец, хром, никель, медь, ванадий, иттрий, .церий и железо, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения износостойкости при абразивном износе, он дополнительно содержит титан, алюминий, молибден и бор при следующем соотношении компонентов, мас.3:

Углерод 3,2"4,2

Кремний 2,25-3,0

Марганец 6,5-16,0

Хром 2,5-4,8

Никель 0,5-6, 5

Медь - 0,5-2,2

Ванадий 0,3-4 85

Иттрий 0,005-0,05

Церий . 0,02-0,05

Титан 0,15 0,65

Алюминий 0,15-0,8

Молибден 0,4-1,80

Бор 0,005-0,08

Железо Остальное

1013508 и2

55

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составам износостойких чугунов.

Известны износостойкие чугуны, содержащие углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, медь, титан, церий, магний, Gop олово и железо.

Наибалее близким по составу и достигаемым свойствам к предлагаемому является чугун, содержащий, мас.4:

Углерод . 1,8-3,2

Кремний 1 5 2 5

Марганец 0,4 0,9

Хром 0,3" 1,0

Никель 0,3-1,2

Медь 0,01-3,0

Ванадий 0,05-1,0

Иттрий 0,05-0,15

Церий 0,04-0,08

Железо Остальное

Чугун обладает высоким уровнем механических свойств 11 .

Однако износостойкость данного чугуна низкав.

Цель изобретения - повышение износостойкости чугуна, Поставленная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, ванадий, иттрий, церий и желез©, дополнительно содержит титан, алюминий, молибден и бор при следующем соотношении компонентов, мас. 4:

Углерод 3,2-4,2

Кремний 2в25 3 0

Марганец 6,5-16,0

Хром 2 5-4.„8

Никель 0,5-6,5

Ме.дь 0 5-2,2

Ванадий 0,3-4,85

Иттрий 0,005-0,05

Церий 0,02-0,05

Титан 0,15-0,65.

Алюминий 0,15-0,8 .

Молибден 0,4-1,8

6ор 0,005"0,08

Железо Остальное

Содержание компонентов в чугуне в указанных пределах обеспечивает высокий уровень механических свойств чугуна и износостойкость.

При содержании углерода менее 3,24 структура чугуна становится белой, при содержании углерода, превышающем 4,2 в структуре появляется большое количество свободного гра5

10 l5

30 и фита, что обуславливает снижение проч- . ности чугуна, При содержании кремния менее 2,254 образуется большое количество карбидов, а повышение более 3,03 сопровождается образованием большого количе" ства графита, что уменьшает прочност" ные свойства чугуна.

Марганец значительно понижает звтектоидное превращение железоуглеродистых сплавов и способствует аустенизации чугунов, При содержании марганца менее 6,5 ь матрица имеет мартенситную структуру.

При содержании в составе чугуна марганца более 16i образуется карбидная фаза в виде крупных включений.

Присутствие. в составе чугуна хро" ма обеспечивает оптимальное количество карбидной фазы и повышение ее микротвердости, Никель способствует аустенизации чугуна и повышает прочность металлической матрицы. При увеличении содержания никеля более 603 влияние его на свойства чугуна не выявляются.

Медь способствует аустенизации и повышает жидкотекучесть чугуна. Повышение содержания меди .больше 2,23 приводит к ее ликвидации по границам первичных зерен и уменьшению прочностных свойств чугуна.

Ванадий в составе чугуна приводит к инверсии микроструктуры, Благоприятное влияние ванадия на микроструктуру и свойства износостойкого чугуна начинает проявляться при содержании ванадия больше 0,34. При увеличении содержания ванадия в чугуне в количествах больше 4,853 дальнейшего улучшения микроструктуры и повышения свойств чугуна не наблюда- . ется.

Иттрий вводится в состав чугуна с целью измельчения карбидной фазы, повышения ее микротвердости, улучшения формы и уменьшения размеров графитовых включений. Влияние иттрия на структуру и свойства чугуна начинает проявляться при его содержании больше

0,0053. Оптимальное содержание иттрия находится в пределах 0,005-0,053.

При его содержании. больше 0,053 начи» нают образовываться крупные включе" ния карбидной фазы, что приводит к повышению хрупкости и. уменьшению износостойкости чугуна, Церий способствует измельчению первичных фаз структуры и получению

Т а б л и ц а 1

««!

Содержание компонентов, мас.3, в составе

Компоненты вестпредлагаемом

Углерод 3,08 3,51 3,2 4,09 4 2 3 84 3,97

2) 41 2,98 2,67 2 25 2,47 3,0 2,86

Кремний

Марганец

0,82 6,5 7 81 8,94 12 37 14 53 16 0

3 - .10135 компактной или шаровидной формы гра-фита. Его положительное действие на структуру и свойства чугуна проявляются при содержании больше 0,023.

При содержании церия более 0,053 значительно увеличивается количество карбидной фазы; хрупкость чуГуна повышается, Титан в используемых количествах является модификатором. Его модифици- 1D руемое действие начинает проявляться при содержании О, 154. При содержании титана больше 0,653 наблюдается ухудшение формы и увеличение размеров графитовых включений, что приводит к снижению прочностных свойств чугуна.

Введение s состав чугуна алюминия способствует стабилизации структуры и свойств чугуна. Содержанив в 2О чугуне более 0,153 алюминия приводит к улучшению формы графитовых включений и стабилизирует соотношение количества фаз микроструктуры. Увеличение содержания алюминия в чугуне больше гз ,б,83 приводит к ухудшению формы графита,„ проявлению пленок окиси алюминия и уменьшению прочностных и ан тифрикционных свойств чугуна.

Введение в состав чугуна молибдена 3g обеспечивает повышение прочности металлической матрицы,и увеличение из йосостойкости чугуна. Благоприятное . влияние молибдена на микроструктуру

:и свойства чугуна начинает проявлятьЗф ся при его содержании в чугуне боль;ше 9„44. При увеличении содержания

: молибдена больше 1,83 его влияние на свойства чугуна не наблюдается.

- Бор способствует измельчению кар" 46 бидной фазы и повышает ее микротвердость. Влияние бора на микротвердость, карбидной фазы проявляется при .ецио ! содержании: больше. 0,0053. При содер жании бора более 0,083 дальнейшего по1.

08 4 вышения микротвердости карбидной фазы не наблюдается

Плавку исследуемых чугунов проводят s индукционных печах ИСТ-0,16. В качестве шихтовых материалов исполь". зуют литейный и передельный чугуны, гранулированный никель, катодную.медь, вторичный алюминий, ферросплавы, молибдена, хрома, титана, бора, вана" дия, церия и иттрия. Из исследуемых чугунов отливают образцы для исследования микроструктуры и свойств чу-. гуна.

Химический состав чугунов приведен в табл. 1.

Исследование микроструктуры чугунов показало, что чугуны предлагаемого состава по сравнению с известНым имеют в 1,3-2,5 раза более мелкие включения карбидной фазы и в 1,2"1, 4 раза больше мелкие включения графита по форме близкие к шаровидным. Кроме карбидной фазы с микротвердостью

1145-1260 Н в чугунах имеется сильно измельченная фаза .с микротвердостью l865-1940 Н. Наличие этой фазы связано с образованием сложнолегированных карбидов, В табл. 2 представлены результаты механических свойств чугунов. При испытаниях на износостойкость в качестве .контртела используют закаленную сталь 40Х.

Как видно из таблицы, предлагаемый чугун при сохранении механических свойств на уровне известного обладает существенно более высокой износостойкост ью.

Экономический эффект от внедрения . предлагаемого чугуна за счет улучше" ния износостойкости чугуна составля" ет 24,7"26,1 на тонну готовой продукции.

1013508, Продолжение табл. 1

Содержание компонентов, мас.3, в составе

Компоненты-известном предлагаемом

1 2 3 4 5 6

2 5 3 91 21

Хром

695 5 67 095

Никель

0)84 1)82 1,28 0,93 0,65 0 5 2,2

0,73 0,51 0,3 0,96 2;39 3,57 4,85

Медь

Ванадий

Иттрий

0,07 0,05 0,043 0,035 0,028 0,005 0,014

0,05 0,05 0,046 0,>041 0,038 0,02 0,031

0 65 0 42 0 34 0 15 0 25 0 19

0,39 0,57 0,8 0,43

0,62 О, 15

0,69 1,04 0,4 1,29 1,8 1,67

Молибден

0,009 0,018 0,005 0,036 0,08 09064

Бор

Осталь-Ос- Осталь-Осталь-Осталь- Осталь-Остальное таль- ное ное ное ное ное

Железо

Таблица 2

Свойства

Состав

1 ) Т (известный

448-461 453-469 462-480 469" 483 481-494 486-512

Предел прочности при изгибе, МПа 558-666 672-679 674-683 680-687 686-692 691-695 693-696

Твердость! НВ 390-430 357 360 365 382 390 435

Износ, г/см км 1,84-1 96, — 0,23"0,27 0,17 0,19 "

ВНИИПИ Заказ 2946/35 Тираж 625 Подписное

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

Церий .

Титан

Алюминий

Предел прочности при растяжении, МПа

0,67 3,74

0,78 0,95

4,48 4,8

4,36 2,91