Чугун

 

1. ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никельу ванадий, алюминий, кальций, медь, азот и железо, о т л и ч а. ющ и и с я тем, что, с целью повышения износостойкости, ударостойкости и уменьшения остаточных напряжений в наплавленном слое, он диполнительно содержит молибден, при следующем с ротношении компонентов , вес . % : Углерод 1,6-3,65 Кремний 0,6-2,2 Марганец 8,5-14,0 Хром 0,05-0,6 Никель 0,05-0,8 Ванадий 0,08-0,65 Алюминий 0,1-1,20 Кальций 0,02-0,15 Медь 0,05-0,40 Азот 0,01-0,1 С Молибден 0,06-0,75 Железо Остальное (Л 2. Чугун по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 0,04-0,08% магния и 0,030 ,06% редкоземельных металлов цери евой или иттриевой группы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ц51) С 22 С 37/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

1 (21) 3462936/22-02 (22) 13.05.82 (46) 23,10.83, Бюл. Р 39 (72) В.Г.Горенко, Д.Б.Джалилов, Б.И.Шварцман, В.Г.Лильбок, В.Д.Вишневский, В.И.Куэенков, В.С.Мельник, В.В.Качурин, М.М.Агеев и A.Ñ.Ãàëÿíòè÷ (71) Институт проблем литья AH

Украинской ССР (53) 669.15-.196(088.8) (56) 1. Жуков А.А. и др. Отливки из железоуглеродистых сплавов легированных ванадием; Обзор "Технология литейного производства", МИНИМАШ, 1979, с. 37.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 876763, кл. С 22 С 37/10, 1982. (54)(57) 1. ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель ванадий, алюминий, кальций, медь, азот и железо, о т л и ч а.ю-

„„SU„„1049557 А шийся тем, что, с целью повышения износостойкости, ударостойкости и уменьшения остаточных напряжений в наплавленном слое, он диполнительно содержит молибден, при следующем сротношении компонентов, вес.Ъ:.

Углерод 1,6-3,65

Кремний 0,6=?,2

Марганец 8,5-14,0

Хром 0;05-0,6

Никель 0 05-0,8

Ванадий 0,08-0,65

Алюминий 0,1-1,20

Кальций 0,02-0,15

Медь 0,05-0,40

Азот 0,01-0,1

Молибден 0,06-0,75

Железо Остальное

2. Чугун по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что он дополнительно содержит 0,04-0,08% магния и 0,030,06Ъ редкоземельных металлов цериевой или иттриевой группы.

1049557

Изобретение относится к металлур- гии, в частности к разработке сортов ! чугуна, используемого для наплавки зубьев экскаваторов.

Известен чугун, содержащий, вес,В: углерод 2,2-3,0; кремний 0,6—

1,8, марганец 10-14,0, хром 0,.2-0,-5, никель 0,2-0,5, ванадий 0,2-0,35 и железо остальное 1 J.

Однако этот чугун имеет в литом состоянии крупное аустенитное зерно и большие размеры графитовых включений, что приводит к получению низкой износостойкости и ударостойкости сплава и повышенному уровню остаточных напряжений в наплавленном слое.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является чугун следующего состава, вес.В: углерод

3,2-3,8; кремний 1,5-2,0; марганец

0,3-0,7; хром 0,1-0,3, никель 0,10,5; ванадий 0,05-0,2, алюминий

0,1-0,5; кальций 0,01-0,1, медь

0,1-0,5; азот 0„006-0,025 и железо остальное (23.

Однако известный чугун имеет низкие износостойкость и удаоостойкость, а также высокие остаточные напряжения в наплавленном слое.

Цель изобретения — повышение износостойкости, ударостойкости и уменьшение остаточных напряжений в наплавленном слое.

Поставленная цель достигается тем, что чугун содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, алюминий, кальций, медь, азот и железо, дополнительно содержит молибден, при следующем соотношении компонентов, вес.;-:

Углерод 1,6-3,65

Кремний 0,6-2,2

Марганец 8,5-14,0

Хром 0,05-0,6

Никель 0,05-0,8

Ванадий 0 08-0,65

Алюми ний 0,1-1,2

Кальций 0,02-0,15

Медь 0,05-0,4

Азот 0,01-0,1

Молибден 0,06-0,75

Железо Остальное

При этом чугун может дополнительно содержать 0,04-0,08В магния и

0,03-0,06В редкоземельных металлов (РЗМ) цериевой или иттриевой группы.

Марганец в состав сплава вводится с целью получения аустенитной микроструктУры сплава. Аустенизация микроструктуры обеспечивается при содержании марганца в количествах, превышающих 8,5В. При увеличении содержания больше 14,0В дальнейшего улучшения микроструктуры и повышения свойств сплава не наблюдается.

При оптимальном содержании углерода в сплаве обеспечивается образоВвод в состав сплава алюминия позволяет регулировать получение оптимальных количеств карбидов и структурно свободных графитовых вклю1вание в сплаве карбидной фазы и выпадение графитовых включений, обес- печивающих повышение износостойкости и уменьшение уровня остаточных напряжений в наплавляемом слое.

Минимальное содержание углерода, обеспечивающее выпадение карбидной фазы, превьппает 1,65В ° При увеличении содержания углерода больше

3,65В в микроструктуре получается О повышенное количество графитовых включений, что приводит к снижению прочностных и эксплуатационных свойств сплава.

Ввод в состав сплава кремния спо"

15 собствует выделению графита в свободном состоянии и позволяет снизить уровень остаточных напряжений. При| содержании кремния меньше 0,6В свободный графит не выделяется, что о. повьпаает уровень напряжений в наплав. ленном слое сплава. При Повьппении, содержания кремния больше 2,2о наблюдается повышенное выделение структурно свободного графита, что привоцит к снижению свойств сплава.

Хром способствует повышению количества карбидной фазы и повышает износостойкость сплава. Положительное влияние хрома на микроструктуру ,и свойства сплава проявляется при его содержании в сплаве в количествах, превьппающих 0,05В. При увеличении содержания хрома до количеств, превышающих 0,6В карбиды начинают выделяться в виде сетки

35 ледебурита, что повышает хрупкость сплава.

Ввод в состав сплава никеля повьпаает прочностные <-войства металлической матрицы сплава. Положитель40 ное влияние никеля проявляется при его содержании в сплаве в количествах, превышающих 0,05В. При повышении содержания никеля больше 0.8В наблюдается значительное упрочнение аустенитного зерна сплава и при ударных нагрузках наблюдается неэна-:èòåëüHûé наклеп и измельчение аустенитных зерен, что приводит -к снижению износостойкости и эксплуатационных свойств сплава.

5О Ванадий в сплаве. приводит к образованию мелкодисперсных карбидных включений, повышению микротвердости карбидов и увеличению износостойкости сплава. Влияние ванадия на. микро55 структуру и свойства сплава начинает проявляться при его содержании в сплаве в количествах,, превьпаающих

0,08В, При увеличении содержания ванадия до количеств, превышающих

0,65В, дальнейшее повышение свойств сплава наблюдается слабо.

1049557 чений. При содержании алюминия меньше 0,1Ъ его влияние на микроструктуру сплава проявляется слабо. При увеличении содержания алюминия больше 1,2Ъ наблюдается значительное уменьшение количества карбидной фазы и появляются окисные пленки алюминия, что приводит к снижению прочностных и эксплуатационных свойств плава.

Ввод в состав сплава кальция обусловлен его модифицирующим дейст- 1Î вием, определяющим улучшение формы графитовых включений и уменьшение зерен аустенина металлической основы сплава.. Модифицирующее действие кальция начинает проявляться при его 15 содержании в сплаве в количествах, превышающих 0,02Ъ. Верхний предел по содержанию кальция определяется его растворимостью в: данном сплаве.

Поэтому получить содержание в сплаве кальция больше 0,15Ъ практически невозможно.

Медь вводится в состав сплава для повышения его жидкотекучести. Оптимальное содержание меди находится в пределах 0,05-0,4Ъ. При содержании в сплаве меди в кОличествах меньше

0,05Ъ ее влияние на жидкотекучесть сплава проявляется слабо. При повышении содержания меди больше 0,4Ъ набюдодается ликвидация меди по грани- 3О цам аустенитного зерна и уменьшается ударостойкость сплава.

Ввод в состав сплава азота повышает аустенизацию микроструктуры, значительно измельчает аустенитное зерно и резко повышает ударостойкость сплава. Микролегирование сплава азотом дает положительные результаты по улучшению микроструктуры и свойства сплава при содержании азота больше О, 01Ъ. Получить в сплаве содер- жание азота больше 0,1Ъ представляет значительные трудности вследствие содержания в сплаве большого количества углерода и легкрующих компонентов.Поэтому содержание азота огра- 45 ничивают 0,1Ъ.

Молибден повышает прочностные свойства сплава. Повышение твердости аустенитных зерен и прочности сплава $Q наблюдается при содержании молибдена больше 0,02Ъ. При увеличении содержания молибдена больше 0,75Ъ аустенитные зерна достигают такой прочности, что плохо наклепываются, а это приводит к снижению износостойкости сплава. Ввод в сплав молибден cnoсобствует уменьшению уровня напряжений в наплавленном слое.

Магний вводится в состав сплава с целью улучшения формы графитовь.х включений. Благоприятное влияние магния на форму графита проявляется при его содержании в сплаве в количествах больше 0,04Ъ. При увеличении

=î"öåp>àéèÿ магния больше 0,08Ъ набтподается ухудшение формы карбидных включений и снижается ударостойкость сглава.

Ввод в состав сплава РЗМ цериевой илк иттриевой группы позволяет уменьшить размеры аустенитного зерна и карбидной фазы, повысить дисперсность ч улучшить форму графитовых включений. Ощутимое влияние РЗМ на микроструктуру сплава проявляется при его содержании больше 0,03Ъ. При увеличении содержания РЗМ больше О,ОБЪ .уменьшается его влияние на повышение дисперсности, карбидной фазы и графитовых включений.

Плавку исследуемых сплавов проводили в индукционной печи HCT-016 и электродуговой печи ДСП-0,5. В качестве шихтовых материалов использовали отходы и возврат стали Г13Л, ферросплавы, гранулированный никель, катодную медь и необходимые модификаторы.

Химические составы известного и предлагаемого чугунов приведены в табл. 1, свойства чугунов приведены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, чугун предлагаемого состава имеет повышенные износостойкость и ударостойкость, а так,,;. уменьшенные остаточные напряжения в наплавленном слое. уменьшаются в 1,2-1,45 раза величк а графитовых включений, в 1,3-1,8 раза величина зерен аустенита и увеличиваются количество и микротвердость карбидных включений. Исследование переходной зоны в наплавленных зубьях к исследование работоспособности зубьев на карьере показало их высокое качество.

Использование изобретения обеспечивает повышение прочностных свойств, износостойкостк,. ударостойкости, уменьшенке уровня остаточных напряжений и сокращение расхода сплава на восстановление зубьев экскаватора, о до .ОЪ Ъо= кх веса.

Экономический эффект составит

267-324 руб. на 1 т деталей-зубьев экскаватора.

1049557

4 (., (Г(Ет (!3 о о.

O x,-(сГ (Ут т-4 о о тГ (Л с о

LA 01 т-4 г4 с

o o

Ю !

Ю (A м о т(т-(Ю

СО СО

М тГ м т(т-(1 (3

Ц (0 (!3 о о

О х

М CO

o o

М о о

ch cO м ю с

o o (Π— Ch м

« т-(Ю

СО т-4

o o

Г (Г о

Ch

Ю

Г N

«.4 (С(М

М СЧ,-(01

С 4

1 д

Ц (0 (!3 оо

O x

Г

Ю о

Г (33 о ь о о ((3

М о (4 т3 тО М о г- (A

СЧ О о (o

1 м

Г

Ф СО (Ч СЧ т-(СО м о

1 о о

O x т3 с3 в о

М о о т3 (3\ (С) (Ч

% о (Г3

М

Ю Ф (Ч

Ch т-(М

o o сй т3 о о о о

СО о

% М м м т-1 т-( м

Г 33

I (« ((3

Э о о

О х

1 I

1 1

1 I

I сО 1.1

I 1

I I

1- 1

1 1

I I

1 I

1 м

Ю

1 о

СЧ (A

Ю (О (Ч

«.

С3

M т3

CO

М о о

CO гч м с

СЧ Ю

CO

Ю

Ю сО

Ch

М т-(тф т-4

А

Г ((I (I3 и о

О х

СЧ

3 с о т(7

3 О

М о о

N м

°, о (О (A со о

« о м (О 00 с . с т-(СЧ т 1 тФ (О

01 т

I

1 1 — — 3

1

1

1

1

I 1

1

1

1

1 : ((3

5 о о

О х

00 М т3« тФ ,-(. С3 л

М (О с о о (Л

° I

Ю со тО т-1 о о

Ch LO м (ч

« м т-( 3 (Ъ

Ю т-1! м

1

v3

О х м (Ч

Ю (A тФ (О LA

Ь м ю т-т

\О т3«

М М о о (Ч (О

«(Г о

М о о о

Ю т3 о

Ю

СО о

Ch CO

СЧ

М о о

Ц ((3

Ф о о

Ох тО М (Ч \О

М М м О\

U1 т-1 3« (33 Ф

М М

o....о (Л

Ю о

СЧ

Ю

1 : ((I

Ф ио

О х

Ul о (Ч СО

Ю LA

М о

Г

СО (A

М

СЧ 00 т.0 (Г) . о о о

CO т 1

Ю тФ м о (A

М о

«О

Г (6

Ет Ф о о

О х :3

m о

СЧ сР \О м ю (A 01 т-4

СЧ

1 м

Ю м

СЧ

Ю тЧ Г

m т-( о о

1 I

A (., ((I

Ет !33 о о

Ох (т( м m

М « о

СЧ (Зт т-(СЧ

o o (О «Ф (3\ СЧ

Ю тО

СЧ о тй т (М о 47 м с

1 I

I I

К по о я

Д 9 э х ха а е

Й1хи

Г» ях»

Г(3 (а

Г(т Х Г-(н о (т) с

-(1

I

I

1

1 ! ((3

1

1

I

1 !

I

1

1

I

I I ! С 4 т-(I

1 I

1 1

1 — — 3

1 1

1

1 т-(! т-4

1

1 I

I ! Ю 1

1

I 1

I- 3

1 1

1

1

I 1

1 1

3 — 4

1

1 м

1 !

I

I 1

1

1 С 4 1

1 I

1 1

I 1

1, 3

1 I

I I

1 1 ! т 1

I !

1 М3 и ! Э

1 Р

1

1 (б

1 Х

1»

I Г-(1

I Х

I (Ц

1 ((3

I Ет о о

I u

1 !

I

1

1

I

I ° — т

Е Ф ц Ф х е х о х (3 Х Х а, (0 х . ц Ц

6 Гт Е Е 6 ((3 Е ц а в о х х

Гт ((3 f4 G4 Х ((3

Х Х Х (О х (g S х Ц (3 у lo x ь(3 «(3 Х Х

Ц Ц (-, (4

Е О (3

Х Я Е Е

I (Ю!

СЧ

Ю с

1 1

1049557

;Таблица 2

Свойства

1 2

Предел текучести, мПа

Твердость

НВ (10 Па); кгс/мм2

253 265

265

260

255

267

0,32

0,37

46-,54 48-59

530 517 539

547

104

108

80

83, Продолжение табл. 2

Свойства

Чугун

Предел текучести, мПа

Предел прочности при растяжении, мПа

Модуль упругости. (10 Па), кгс/мм2

Относительная износостойкость

Ударостойкость (количество ударов до образования трещин) Величина остаточнык напряжений в наплавленном слое, мПа

Характеристика графитовых включений

Предел прочности при растяжении, мПа

25,3-26,1 25,7-26,6 753-758 748-756 773-786 784-797

564-581 558-561 595-619 593-627

10850 11100 16600 16600 16650 :1б700

1 62 1 59-. 1 64 . 1 67

Граз 180 Граэ 180 — Граэ 25 Граэ 15 Граэ 25

738-741 731-737 773-749 760-763 741-775 698-729

537-546 532-541 581-588 576-583 578-586 541 557

10 49557

Чугун

9 10

Свойства

7 8

Твердость

НВ 10 Па кгс/мм

250

250

250

250 253

250

Модуль упругости

10 Па кгс/мм 16450 16400 16500 16550 16500 16350

Относительная иэносостойкость

1,50 1,48 1,60

1,51

1,56

Ударостойкость количество ударов до образования трещин

486

481

526

512

483

Величина остаточных напряжений в направленном слое, мПа

61

72

Характеристика графитовых включений

Граз 25 Граэ 25 Граэ 15.

Заказ 8363/28

Тираж 627

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г„ Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н. Косторной

Редактор Г. Безвершенко Техред Т.фанта Корректор Л Патай