Износостойкий белый чугун

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ БЛИН

255659 А 1 (19) (11) (58 4 С 22 С 37 !О

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АSTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3807340/22-02 (22) 01.10.84 (46) 07.09.86. Бюл. !(33 (71) Горьковский ордена Трудового

Красного Знамени институт водного транспорта (72) И.И,Прохоров, М.П.Шебатинов, В.А.Ермолин и П.П.Сбитнев (53) 669.15-196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 779428, кл . С 22 С 37/!О, 1978.

Авторское свидетельство СССР

В 794086, кл. С 22 С 37/08, 1978.

Авторское свидетельство СССР

У 1082854, кл. С 22 C 37/08, 1983. (54)(57) ИЗНОСОСТОЙКИЙ БЕЛЫЙ ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, титан, медь, алюминий, никель, бор, иттрий, железо, отличающийся тем, что, с целью повьппения пластичности и ударной вязкости при сохранении статической прочности, износостойкости при гидроабразивном изнашивании и коррозионной стойкости, он дополнительно содержит азот и молибден при следующем соотношении ингредиентов, мас.7:

Углерод

Кр емний

Марганец

Хром

Ванадий

Титан

Медь

Алюминий

Никель

Бор

Иттрий

Азот

Молибден

Железо! 255659 2

4 ÐP

Изобретение относится к металлур-" гии, в частности к износостойким чугунам, работающим в условиях интенсивного ударно-абразивного и гидро- струйного износа.

Цель изобретения — повышение пластичности и ударной вязкости при сохранении статической прочности, изностойкости при гидроабразивном изнашивании и коррозионной стойкости, Выплавку чугуна проводят в ин- . дукционной печи с кислой футеровкой.

В расплав чугуна при 1340-1360 С вводили легирующие элементы: никель, медь, бор, алюминий, феррованадий, ферромолибден, феррохром и ферротитан. Перед заливкой на дно ковша вводят иттрий, Азот вводят совместно с феррохромом. Заливку в разовые о формы проводят при 1530-1510 С.

Химический состав выплавленных чугунов приведен в табл.!, свойства чугунов после термической обработки, 0 включающей нагрев до 950 С, выдержку 2 ч, закалку на воздухе и отпуск при 250 С 3 ч — в табл .2.

Содержание углерода и кремния в пределах 1,6-2,8Х и 0,2-1,2% соответственно при правильно выбранных содержаниях карбидообразующих элементов позволяет получить аустенитно-карбидную структуру чугуна в литом состоянии, Уменьшение количества углерода и кремния меньше нижнего предела приводит к увеличению вязкости, пластичности и уменьшению твердости (НКС) не только в литом состоянии, но и после термической обработки.

Увеличение их выше верхнего предела приводит к резкому спаду износостойкости за счет образования в структуре чугуна эвтектических карбидов и сложных карбидов типа Ме С, обладающих низкой тв ердост ью.

Введение марганца в указанных пределах способствует формированию аустенитно-карбидной структуры чугуна в питом состоянии, При содержании марганца меньше нижнего предела образовавшийся при кристаллизации аустенит в процессе быстрого охлаждения (при выбивке отливки из формы) частично превращается в перлит. При концентрации марганца выше верхнего предела снижается прокаливаемос тт „ повьппается температура «устеиитного превращения и опасность»воявлеETTTB трещин при закалке. В результате пластичность чугуна увеличивается, его износостойкость существенно снижается, Легирование чугуна хромом способствует образованию структурносвобод— ных карбидов, резко повьш ающих износостойкость. Вместе с тем он препят ствует перлитному превращению при охлаждении отливок, а при достаточно высоких концентрациях повьппает коррозионную стойкость. При этом содержание углерода в чугуне должно быть îграничено с целью устранения возможности образования хрупких первичных карбидов.

Присадка хрома меньше нижнего предела приводит к образованию карбидов (Fe, Cr)> С, что непосредственно связано с умепьшением износостойкости, а следовательно, и эксплуатационной стойкости получаемых деталей.

Содержание эт ого элемента вьппе в ерхнего предела также неэффективно, так как происходит выделение эвтетики на основе карбида Ме С (например, Fe,Cr»

С ), обладающего низкой твердостью и, следовательно, обуславливающего пониженную стойкость чугуна к абразив— ному изнашив анию.

Содержание в чугуне алюминия в количестве 0,1-1,07 приводит к раскислению расплава, образованию мелкодисперсных нитридов алюминия, улучшению свойств жидкого чугуна и изменению условий его кристаллизации. В итоге уменьшается зависимость свойств чугуна от толшины стенки отливки, возрастает вязкость разрушения, Одновременно алюминий уменьшает количество связанного углерода в метал— лической основе в результате замещения е.го атомов, способствуя тем самым увеличению количества карбидов.

Введение алюминия меньше нижнего предела не изменяет свойства расплава, а выше верхнего загрязняет расплав неметаллическими включениями, создавая дополнительные трудности в получении годных отливок, Легирование молибденом повышает прочность, твердость и другие свойства не только при комнатной, на и при высоких температурах за счет блокировки карбидами дислокаций, 0;п овремеино увеличивается прокаливаемость и износостойкость, 3 l?55

Присадка молибденом меньше нижнего предела приводит к резкому снижению стойкости чугуна к гидроабразивному изнашиванию и ударным нагруз— кам. При введении этого элемента 5 выше. верхнего предела происходит увеличение содержания углерода в карбидах, что резко снижает его содержание в твердом растворе, уменьшает износостойкость чугуна. l0

Содержание ванадия и титана меньше нижнего предела неэффективно, а их концентрация выше верхнего предела приводит к снижению твердости при закалке, повышенному выделению 15 шпака и усложнению технологического процесса получения отливок.

Комплексное легирование высокохромистого чугуна медью и никелем приводит к повышению прочности, плас-20 тичности и однородности структур, а также коррозионной стойкости, что непосредственно связано с увеличением эксплуатационной стойкости.

Введение добавок меди и никеля 25 меньше нижнего предела практически не оказывает влияние на изменение структуры, а следовательно, и свойств белого чугуна. Содержание этих элементов выше верхнего предела нецеле- З0 сообразно, поскольку никель в количестве более 1,0% повышает количество остаточного аустенита после закалки, что приводит к снижению твердости. Наличие меди более 2,5% (при данном соотношении легирующих эле- . ментов) приводит к ее локазизации в отдельных областях, что вызывает нарушение однородности структуры и твердости, а следовательно, увеличе- 40 ние износа деталей в процессе работы.

Бор измельчает структуру по всему сечению отливки и увеличивает прочностные свойства чугуна. Благодаря образованию боридов (FeB и Fe B), Т а блица!

Содержание элементов, мас.%

Состав

V Ti Mo Cu Al с fs I м Jci Ni В I Y N

0,8 0,2 0,5 0,03 0,05

0,6 0,05 0,1 0,001 0,0! 0,005

1,6 0,2 0,6 12 1,0 0,1 0,1

l,6 0,2 0,6 12 1,0 0,1 2,5 0,9 О,!О 0,1 0,006

0,0 0,0!

1(4)24041,51221,5

659 4 карбоборидов Fe (С, В) и нитридгв повышается твердость и износостойкость. Одновременно бор упрочняет и стабилизирует границы зерен, замедляет рост кристаллов, способствуя образованию мелкодисперсной структуры.

Присадка бора меньше нижнего предела неэффективна, а выше верхнего приводит к охрупчиванию и появлению термических трещин, которые служат центрами кристаллизации, увеличивая скорость и, как следствие, дисперсность структуры, что достаточно сильно сказывается на иэносостойкости чугуна.

Содержание азота меньше нижнего предела малоэффективно, а выше верхнего уровня приводит к охрупчиванию чугуна, что резко увеличивает гидроабразивный износ деталей .

Модифицирование чугуна иттрием приводит к связыванию кислорода, серы и фосфора в тугоплавкие неметаллические включения (Окислы, сульфиды и фосфиды) округлой формы. Располагаясь в металлической .основе, они способствуют повышению пластичности чугуна.

Введение иттрия меньше нижнего предела малоэффективно, а выше верхнего предела приводит к образованию интерметаллидных соединений с легирующими элементами, которые располагаются по границам зерен в виде включений неправильной формы, приводя к повышению хрупкости белого чугуна.

Как следует из табл.2, предлагаемый чугун обладает по сравнению с известным большей пластичностью и ударной вязкостью, что обуславливает больший срок службы, изготовленных из него деталей, при эксплуатации в условиях гидроабразивного изнашивания, 1255659

Продолжение табл, Сост

Ni В Y Н

Ст V Ti Ио Си А1

2,2 0,7 2,0 16 1,8 0,4 0,1 0,6 0,6 0,4 0,001 0,03 0,04

2,5 0,4 1,5 14 3,5 0,9 1,5 1,2 0,4 0,5 0,08 0,06 0,06

2,8 1,2 3,0 18 2,5 0,6 3,5 2,5 1,0 1,0 0,01 0,07 0,08

28 1,2 30 18 35 09 35 25 1,3 1,0 008 009 0,10

Таблица 2

Удлинение, h,z

Коррозийный износ, г/м ч

Ударная вязИзнос.

Опыт изнашивании, Г/м л

I,0 6,8 6,75

0,65 14,6 10,3

154016

2 44,9

3 65,0

0,87

2,0 6,5

5,0

4 68,3 2,0

5,3 4,3

I„3 40 34

1,2 4,6 4,1

5 . 750 1,8

6 70,1 1,5

756208

0,57 10,4

Составитель А. Османцев

Редактор Е.Гунько Техред И.Верес

Корректор Л.Патаи

Заказ 4788/30 Тираж 567

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, .4

Предел прочнос ти,б кгс/мм кость„ а„ кгсл

rg л м/см при гидроабразивном