Чугун

 

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан и железо , отличающий ся тем, что, с целью повышения механических свойств, износостойкости и трещинастойкости при литье и термообработке, он дополнительно содержит моли.бден, медь и ванадий при следукяцем соотношении компонентов, вес.%: Углерод2,9-3,1 Кремний0,6-0,8 Марганец1,5-1,7 Хром19,0-21,0 Титан0,3-0,5 Моли бден 0,3-0,5 Медь 2,0-2,2 Ванадий0,3-0,5 ЖелезоОстальное (Л с

СОЮЗ СОЯЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ЗИЮ С 22 С 37 06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НСННТВТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

OnHGAHNE ИЗОБРЕТЕНИЯ;

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3435335/22-02 (22) 07.05.82 (46) 23.08.83. Вюл. 9 31 (72) Е.Н. Вишнякова, С.И. Рудюк, A.A. Маслов и В.Ф. Пашинский (71) Украинский ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт металлов (53) 669.15.196(0&8.8) (56) 1. Авторское свилетельство СССР еВ 836192, кл. С 22 С 38/36, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР еВ 834199, кл. С 2? С 37/06, 1981. (54) (57) ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан и жеЯ0„„10367 A леэо, о т л и ч.а ю щ и и о я тем, что, с целью повышения механических свойств, иэносостойкости и трещиностойкости при литье и термообработке, он дополнительно содержит молибден, медь и ванадий при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:

Углерод 2,9-3,1

Кремний 0,6-0,8

Марганец 1 5-1,7

Хром 19,0-21;0

Титан 0,3-0,5

Молибден О, 3 -0,5

Медь 2,0-2,2

Ванадий 0,3-0,5

Желеэ о Остальное

1036785!

40

Изобретение относится к металлургии, s частности к изысканию составов чугуна, обладающего высокими механическими свойствами, иэносостойкостью и трешиностойкостью при литье и термообработке. 5

Известен чугун Г1 3 следующего состава, 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

Кальций 0,005-0,08

Магний 0,005-0,05

Редкоземельные металлы 0,001"0 08

Бор 0,0005-0,005

Желеэо Остальное

Недостатком известного хромистого сплава являются относительно низкая 20 изностостойкость, долговечность и ,качество изготовленных из него отливок, что связано с крупнокристаллической структурой, остроугольной формой и неблагоприятным характером 25 распределения в сплаве неметаллических включений. Крме того, следует отметить нетехнологичность сплава, так как он содержит сотые и тысячные доли процента большого числа 30 элементов, ввод которых в указанных количествах в процессе выплавки вызовет затруднения в производственных условиях.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является чугун (2 1 следующего химического состава, вес.%:

Углерод 2,9-3,2

Хром 20,0-22,0

Кремний 0,6-1, О

Марганец 0,4-0,8

Никель 1,2-3,2

Титан 0,2-0,4

Железо Остельное 45

Однако известного чугуна состав характеризуется недостаточно высоким уровнем прочностных и эксплуатационных свойств, и также низкой трещиностойкостью при литье и термо- 50 обработке, что связано с наличием

: весьма хрупких карбидов.

Целью изобретения является повы) мщение прочностных свойств износоI стойкости, твердости, трещиностойкос-55 ти при литье и термообработке высокохромистого чугуна для валков холодной прокатки.

Эта цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан и железо, дополнительно содержит молибден, медь и ванадий при следующем соотношении . компонентов, вес.%:

Углерод 2,9-3,1

Кремний 0,6-0,8

Марганец 1,5-1,7

Хром 19, 0-21,0

Титан 0,3-0,5

Молибден 0 3-О,5

Медь 2,0-2,2

Ванадий 0,3-0,5

Железо. .Остальное

ДЬполнительно введенные в чугун молибден, медь и ванадий позволяют . значительно улучшить комплекс проч-. ностных и эксплуатационных свойств материала, повысить его трещиностойкость при литье и термообработке.

Повышенная износостойкость предлагаемого чугуна достигается эа счет получения структуры, состоящей из дисперсных карбидов типа Ме > C> и мартенситной матрицы.

Введение молибдена в чугун в ко" личестве 0,3-0,5% повышает износостойкость сплава за счет того, что молибден, растворяясь в хромистых карбидах, способствует увеличению твердости этих карбидов. Кроме того, добавки молибдена измельчают зерно.

Введение молибдена в количестве до

0,3% существенно не влияет на износостойкость чугуна, а свыше 0,5% приводит к образованию стабильного аустенита вместо требуемого для иэносостойкости метастабильного аустенита, вследствие чего износостойкость снижает ся .

Совместное введение титана и ванадия в чугун, которые являются регуляторами роста аустенитного зерна,,препятствуют протеканию процессов ,собирательной рекристаллиэации и

I обеспечивают получение мелкодисперсной структуры, что является резервом повышения износостойкости и долговечности прокатных валков. Следует отметить, что совместное их влияние более эффективно, чем введение одного из них. Введение их в количестве до 0,3% не оказывает существенного влияния на износостойкость сплава, . а свыше 0,5% приводит к укреплению неметаллических включений, к получению их остроугольной формы и небла» гоприятному характеру распределения.

Введение меди в высокохромистый чугун в количестве 2,0-2,2% необходи-, мо, прежде всего, для улучшения обрабатываемости. Кроме того, медь способствует повышению и иэносостой . кости. Все это связано с тем, что медь существенно влияет на процессы формирования первичной структуры, изменяя строение и состав отдельных составляющих в направлении, перспективном для улучшения технологических свойств отливок, в частности увеличения протяженности межфазовых границ кристаллов избыточного аустенита и ледебурита, измельчения строения продуктов эвтектического и эвтектоидного превращения. Увеличение

1036785. твердости структурных составляющих при легировании медью весьма полезно для прокатных валков, работающих в условиях интенсивного истирания.

Предлагаемый чугун, благодаря содержанию. углерода эвтектического состава и хрома в пределах 19-21%, характеризуется гетерогенной мелко-, зернистой структурой, в которой присутствуют, в основном С) 2з,. С6

Сг> С>, Ре. С) С 3 а каРбиды Fe3C 10 практически отсутствуют, в результате чего значительно поэыиается износостойкость. При содержании хрома ниже 19% уменьшается стойкость материала из-эа образования карбидов цементитного типа с более низкой иэносостойкостью. При увеличении содержания хрома свьые 21% уменьшается долговечность сплава за счет появления в структуре крупных первичных карбидов. Повышение стойкости чугуна обеспечивается при содержании углерода, близком к ээтектическому.

При увеличении содержания углерода свыше 3,1%, существенно снижается . ударная вязкость а следовательно, уменьшается стойкость чугуна. При содержании углерода менее 2,9% износостойкость понижается из-за уменьшения количества упрочняющей Фазы.

Кремний и марганец введены в чу- 30 гун для увеличения его трещиноустойчи» вости, повышение их количества приводит к охрупчиванию сплава, а сле»" довательно, и к снижению его износостойкости. 35

Для определения механических и эксплуатационных свойств предлагаемого чугуна отлиты шесть сплавов с граничными и оптимальными соотношениями всех ингредиентов. Для обеспе- 4

;чения сопоставительного анализа от- © литы три сплава с граничными и опти мальными соотношениями ингредиентов по известному способу.

Результаты сведены в табл. 1.

° каждый сплав приготовлен путем 4> выплавки в 200 индукционной печи. В качестве шихтовых материалов используютз стальной лом, РеЭ) (75%), Fe Mo (60%), медь гидролизную, Fe Cr (72% ), Fe Ti (33%), Fe Ио(45%) 50

РеЧ (46% ). Присадки титана производят непосредственно э ковш.

Результаты испытаний механичес- ких свойств, иэносостойкости, твердости, трещиностойкости при литье и термообработке чугуна приведены э табл. 2. ,Износостойкость чугуна определяют йа установке, обеспечивающей удельное давление - 50 кг/мм®, проскальзывание " 0,27 м/с, охлаждение дискоэ производят эмульсией, время испытания 2,5 ч. Относительный износ рассчитывают как отношение из разности конечного и начального веса дисков к начальному весу дисков.

Проведены исследования по влиянию легирующих элементов на трещиностойкость сплавов. Пробы отливают в виде квадратной решетки и оценивают размер трещин в местах перехода.

Как показали данные проведенных испытаний, образцы, подвергнутые отжигу с последующей закалкой на воздухе и отпуском для снятия напряжений имеют: 4н 600-620 ИПа, „11201140 ИПа, НЙС 63-65, относительная потеря веса при испытании на износо-0,0015-0,0020%, трещиностойкость при литье и термообработке возвростает в 3 раза.. Гаким образом, предлагаемое изобретение по сравнению с известным обеспечит повышение износостойкости в 3,5 раза, прочности на разрывв 1,4 раза, прочности цри изгибеэ 1,4 раза,, твердости - в 1,4 раза.

Кроме того, предлагаемое изобретение обладает следующими,преимущЕствамиг имея более высокий уровень свойств чугуна, прокатные валки обеспечивают более высокую производительность прокатных станов, сократится расход металла при производстве металлопроката, сократится объем работ, связанный с заменой изношенных валков новыми.

Ожидаеьый годовой зкономический эфФект от максимального объема использования изобретения по отрасли составит 2,202 тыс. руб. эа счет снижения расхода валков, -аоэьзнения ритмичности работы и производительности прокатных станов, выхода годного металла более высоких сортов, сокращения расхода металла и трудоемкости подготовки валков;

1036785

1 1

° В В

1 1 I

»Ч с-»»Ч с с с т» СЧ»1Ъ

»»ъ о о г1 Ch»сЪ с с с

»Ч т.»»Ч о. »ч с с с

»Ч»Ч»Ч

1 1 I о о

СЧ»О с с о о о»»ъ

»»Ъ Ф с с о о о о

»1Ъ с с о о

I I I

I I 1!

1

I

I

1

1

I

I

1 I

1

I

1

О»О О

»Ч»Ч Ф с с с о о о

»Ъ О О с о »»ч

СЧ»Ч N

О»О O

° !»»Ъ С0 с с с

»»Ъ »А 00 с с о а о

»Ч»»Ч о о о с с с о в »

»Ч тЧ»Ч "а

1

I 9

1 Ж

1 п3

I 0

Id

) Я 1

I 1

1 1

I C» 1

1 g I

1 Й I

I Х ! 9

1 OI I

I М 1

1 1

1 1

1 Ц I

1 О

1 OI

I 9 °

I »

I и 1

1 I

»»l »Ч

»ll e с с

» о»»ъ

»О»О с . с » о о

»fl 1 с с

° «» %» о о о

» а О

e» o с с с

О О

I

1

1

I

1

О»О О

В O»Ч с с с

»Ч»1Ъ С »

I

1

1

1

I !

О1 4

I

И, I

I

I

»

I

1

I !

4

I

1

I

I

1 1

I 1

I I

1 О

I »I» I

1 9 1

I Ф I

1 К I

1 I

I 1

11

I I

I I

1 I

I I»I I

1 и 1

I Х 1

1 Х 1

1Х

1 I

I 1

1 1

I I»I

1 9

1 Я

1 1

I I

I 1

1 Х

I Э 1

I Ц I

О I

1 М

1 5

I X

1

I»»I 1 I

° 1 Ф

1 Ю

I»I I I1I

О»

I 11

9 I 1

9 1 1

3 1

9 I 1

Ц I Ж I

Э 1 Ф I

1 Н 1

9 g 1

Х1Е» 1

Ж 1 I

»»I 1 I

I1

9 1

et!3

O I O

V I O, 1 Х

Э

О

1 1 I I

В ° S S ° л о

1 I I I 1 1 о î î»n о о

»»l э» ъ»ъ»ч е с с с с с с

О О О О О О о о о»»ъ а в

»1Ъ»»l CII » 1Ъ . Фф C»1 с с с с с с о о о о o o о о»»Ъ»»ъ»ч е

Ю СО» \О Г » с с с с с с с

О О О О О О о о о»»ъ»»ъ в о»» о с с с с с с

C4»11Ъ» 1Ъ» 1Ъ F1»1Ъ

»В ж

3 н о

9»с »О Ф

»»3 х

1036785,Таблица 2

Износ,Ъ

ТрециноСТОЙКОСТЬ при литье и термообработке

Предел . прочности при изгибе, МПа ю

Предел прочности на разрыв, МПа, .-6

Твердость, НЯС

Предлагаемый

0,0018

0,0020

0,0015

0,0019

0,0025

0,0027

4,0

1130

600

610

1120

3,5

3,0

1140

620

1125

5,0

1100

590

5,5

1115

570

Известный

0,0068

780

Сквозная (10 мм

400

390

0,0056

0,0064

790

880

800

Составитель Н. Косторной

Техред Ж. Кастелевич Корректор . Ильин

Редактор Н. Рогулич

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

Заказ 5945/27 Тираж 627 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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