Чугун

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЩИАЛИСТИ1ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

С 22 С

1Ю 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3748)33/22-02 (22) 30 ° 05.84 (46) 23.01.86.Бюл.Ф 3 (71) Научно †исследовательск и проектно-конструкторский институт по добыче полезных ископаемых открытым способом (72) Т,И.Корягина, О.В.Чернецкий и В.Ф.Полянский (53) 669.15-196 (088.8) (56) Японский патент N9 23706, кл. 10 Ю 173, опублик.1967.

Авторское свидетельство СССР

9 973655, кл. С 22 С 37/!О, 1982. (54)(57) ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, никель и железо, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью

„„SU„„4 206332 повышения абразивной иэносостойкости при сохранении высокой твердости при повышенных температурах, он дополнительно содержит кобальт, алюминий, кальций и церий при следующем соотношении компонентов, масЛ:

Углерод 2,6-3,2

Кремний 0,4-0,8

Марганец 0,3"0,6

Хром 12,2-22,0

Ванадий 2,6-3 5

Молибден 0,4-0,6

Никель 0,3-0,4

Кобальт 1,8-2,0

Алюминий 0,05-0,14

Кальции 0,002-0,05

Церий 0,12-0,2

Железо Остальное

1 1

Изобретение относится к металлургии, в частности к износостойким, сплавам, предназначенным для изго товления деталей, работающих в условиях абразивного истирания, в том числе и при повышенных температурах.

Цель изобретения — повьппение абразивной износостойкости и сохранение высокой твердости при повышенных температурах.

Сплав выплавляют в индукционной печи емкостью 60 кг с основной футеровкой, в качестве шихты используют стальные отходы, ферросплавы, электрический никель. Температура жидкого металла в момент разливки составляет 1380-1410 С.

- Химический состав исследованных сплавов приведен в табл. 1.

В предлагаемом сплаве, по сравнению с иэвестн4м, повьппено содержание ванадия и уменьшена концентрация хрома, а также дополнительно введены кобальт, алюминий, кальций и церий.

Повышенное содержание ванадия в указанных концентрационных пределах

2,6-3,57 обеспечивает требуемую износостойкость сплава благодаря образованию дисперсных карбидов ванадия, обладающих высокой твердостью, При содержании ванадия менее

2,67 мала вероятность образования самостоятельных карбидов ванадия.

Введение ванадия более 3,57 нежелательно, так как происходит резкое снижение содержания углерода в мартенситной матрице, что сопровождается понижением твердости и износостойкости сплава.

Более низкое содержание хрома в предлагаемом сплаве (12,2-227) при заданном содержании углерода, позволяет. исключить в структуре . грубые заэвтектические карбиды, которые уменьшают износостойкость сплава. Нижний предел хрома (12,2%) обеспечивает образование карбидов (Сг, Fe) С, которые обладают наиболее высокой микротвердостью

1 НЧ1500-18001 из всех карбидов хрома. Введение Ст более 22,0Х влечет за собой охрупчивание сплава из-за большого количества карбидной фазы, что снижает механические свойства.

Введение кобальта в укаэанном концентрационном диапазоне (1,82,07) способствует измельчению .

206332 2

45 дена и ванадия, определяющими высо50 кую твердость и износостойкость, 5

f0

40 пластин первичных карбидов, задерживает рост зерна аустенита, кобальт полностью растворяется в твердом растворе, повьппая теплостойкость сплава, замедляет выделение вторичных карбидов и ведет к более тонкому распределению выделений. Содержание кобальта менее 1,87 не обеспечивает необходимой легированности твердого раствора и требуемой теплостойкости. Увеличение содержания кобальта более 2 0Х стабилизирует аустенит и уменьшает его микротвердость, что приводит к снижению износостойкости.

Нижний предел по содержанию алюминия (0,05%) определяется его минимальным количеством, начиная с которого алюминий измельчает зерно, рафинирует межфазные границы-и увеличивает однородность сплава.

Введение алюминия более 0,14Х оказывает отрицательное воздействие на сплав, так как сопровождается ростом зерна при нагреве под закалку, при этом увеличивается склонность сплава к хрупким межкристаллическим разрушениям.

Содержание церия (0,12-0,207) в указанных концентрационных пределах производит модифицирующее действие, сопровождающееся иэмельчением структурных составляющих сплава начиная с содержания 0,12Х. Верхний предел (0,20% ) по содержанию церия является граничным значением положительного воздействия этого ингредиента на структуру и свойства сплава, так как дальнейшее повьппение его концентрации приводит к снижению механических свойств сплава.

Предлагаемый сплав предназначен для изготовления литых деталей и инструмента, подвергающихся абразивному износу.

Для получения мелкозернистой мартенситно-аустенитной структуры с равномерно распределенными в ней дисперсными карбидами хрома, молиботливки подвергают закалке от 1000о

1050 С.Твердость чугуна после такой обработки достигает 66,67 HRC.

Износостойкость сплавов, термообработанных на максимальную и вторичную твердость, определяют при абразивном изнашивании в условиях ,испытаний по схеме Бриннелля-Хаворта, Таблица I компонентов, мас.Ж, в составе и значения показателей

Компоненты и показатели

Содержание

1 з

I 2

4 Известный

2,60

2,85

Углерод

Кремний

3,0

3,20 с

0,80

3,0

0,40

0,45

0,60

0,45

0,45

0,30

Марганец

0,55

О ° 60

0,60

12,20

22 ° О

14,20

Хром

Молибден

18 0

26,0

0,40

0,42

0,50 о,бо

0,60

Ванадий

2,60

2,95

3,10

3,50

0,60

3 12 т,е. при истирании абразивом, проходя щим между вращающимся диском с резиновым кольцом и испытуемым образцом (пластина 70х20х8), прижатым к диску

В качестве эталона используют

Ст.3 в нормализованном состоянии.

Сохранение твердости при повышен,ных температурах эксплуатации оценивают, замеряя твердость после 50 ч: выдержки при 550Ы 0 С.

Результаты испытаний выплавленных сплавов на износостойкость приведены в табл.l.

Сохранение высокой твердости и износостойкости при повышенных тем,пературах эксплуатации (до 540 C) обеспечивается закалкой от высоких температур (1150-1170 С) и 2-3-кратным отпуском при 550-560 С. После о такой обработки сплав имеет твердость 64-66, HRC.

Сохранению высокой твердости и износостойкости способствует легирование сплава кобальтом, который в указанных концентрационных пределах повышает химическую активность углерода и молибдена в феррите, что проявляется в уменьшении их растворимости в феррите и увеличении количества дисперсных карбидов, выделяющихся при отпуске, вследствие чего повышается твердость и теплостойкость сплава. Кроме того, кобальт увеличивает стойкость упрочняющей . карбидной фазы против коагуляции при последующих нагревах сплава в процессе эксплуатации за счет усиления прочности межатомной свяэи в решетке матрицы сплава и в карбидной фазе.

06332 4

Высокая износостойкость предлагае мого сплава достигается еще тем, 1 что при введении алюминия, церия, кальция и повышении содержания ванадия упрочняется матрица, измельчаются карбиды и увеличивается их количество, вследствие чего сплав после закалки на максимальную твер,дость (от 1000-1050 С ) имеет прочную

10 мартенситную матрицу с вкрапленнымив нее вторичными карбидами хрома, молибдена и ванадия и небольшое ко личество (10-12X) нестабильного остаточного аустенита.

15 Твердость сплавов после закалки от 1150-1160 С и 2-кратного часовоо го отпуска при 550210 С, а также о после нагрева при 540 С в течение

20 ч приведена в табл.2.

2б Приведенные в табл.2 данные показывают, что предлагаемые сплавы обладают высокой твердостью и иэносостойкостью при абразивном изнашивании, а также сохраняют высокую твер25 дость в процессе эксплуатации при повышенных температурах.

Введение в состав сплава дорогое стоящих ингредиентов, таких как кобальт и ванадий, не сказывается на повышении себестоимости инструмента, так как при их введении повышаются износостойкость и долговечность инструмента. Кроме того, изношенный инструмент можно переплавлять и изготовлять из него новый путем до-. легирования и заливки в формы.

Предлагаемые сплавы могут битв: использованы в качестве, инструмента . для разрушения вгорных пород и измельчения абразивных материалов.

1206332

Продолжение табл !

Компоненты и показатели

Содержание

Из в ес тный

1 2

0,32

0,40

0,55

0,31

0,30

Никель

Кобальт

1,8 1,85

0,002 0,01

2,0

0,03

0 05

Кальций

0,14

0,08

0,10

0,05

Алюминий

0,18

0,20

0,16

0,12

Церий

Остальное

Остальное Остальное Остальное Остальное

Железо

66

Твердость, HRC отпуска при

550 С, HRC

65

64

Коэффициент иэносостойкости 10,20 10,25

10 40 10,35

8,90

К образцов, обработанных на вторичную твердость 10 10 10,2Q

10,40

8,60

10,30

Ф

К вЂ” изностостойкость сплавов выражена коэффициентом, равным отношению потери веса эталона к потере веса исследуемого образца при износе.

Т а блица 2

Сплав

Известный

-Предлагаемый

64

61

60

ВНИИПИ Заказ 8654/27 Тираж

Подписное филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная, 4

Вторичная твердость после закалки от

1150 С и 2-кратного часового компонентов, мас.Х, в составе и значения показателей

Твердость после Твердость после о термообработки, нагрева при 540 С

HRC 20 ч, HRC