Чугун

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к износостойким чугунам, используемым для изготовления деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания. Цель изобретения - измельчение карбидной фазы и повьшение теплостойкости. Чугун предложенного состава содержит, мас.%: углерод 2,0- 3,5j кремний 0,8-1,0; марганец 0,3- 0,6; хром 12,0-20,0; ванадий 3,2-4,0; молибден 0,5-0,9, алюминий 0,05-0,15; кальций 0,001-0,05J церий 0,11-0,2; иттрий 0,05-0,09; железо - остальное. Совместное модифицирование хромованадиевого чугуна иттрием и церием сопровождается повышением его теплостойкости , измельчением структуры, измельчением карбидной фазы при изменении среднего размера карбидных частиц до 2,01 мкм, сохранением мелкозернистой структуры до повьппенных температур нагрева (1150 С). 1 табл. а СЛ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

9 А1 (51)4 С 22 С 37/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) ЧУГУН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3698274/22-02 (22) 03.02.84 (46) 30.12.86. Бюл. У 48 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Т.И.Корягина, О.В.Чернецкий и Ю.Д.Корягин (53) 669.15.196(088.8) (56) Патент Японии Р 44-741, кл. 10 J 173, 1969.

Авторское свидетельство СССР

У 1014964, кл. С 22 С 37/10, 1981. (57) Изобретение относится к области металлургии, в частности к иэносостойким чугунам, используемым для изготовления деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания. Цель изобретения — измельчение карбидной фазы и повышение теплостойкости. Чугун предложенного состава содержит, мас.Ж: углерод 2,03 5 кремний 0,8-1,0 марганец 0,30,6 хром 12,0-20,0 ванадий 3,2-4,0 молибден 0,5-0,9, алюминий 0,05-0,15, кальций 0,001-0,05, церий 0,11-0,2; иттрий 0,05-0,09; железо — остальное.

Совместное модифицирование хромованадиевого чугуна иттрием и церием сопровождается повышением его теплостойкости, измельчением структуры, измельчением карбидной фазы при изменении среднего размера карбидных 3 частиц до 2,01 мкм, сохранением мелкозернистой структуры до повышенных температур нагрева (1150 С). 1 табл. о

I 1280039 2

Изобретение относится к металлург èè, в частности к износостойким чугунам, используемым для изготовления деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания.

Целью изобретения является измельчение карбидной фазы и повышение теплостойкости чугуна.

Пример . Чугун выплавляют в индукционной печи емкостьб 60 кг с основной футеровкой. В качестве шихты используют стальные отходы, ферросплавы и специальные присадки.

Предлагаемый состав чугуна можно получить любым из известных способов

15 вводом элементов или их соединений в ковш или в электропечь, Для получения .мелкозернистой мар.тенситно-аустенитной структуры с рав20 номерно распределенными в неи дисперсными карбидами хрома, молибдена и ванадия, определяющими высокую твердость и износостойкость, отливки

0 подвергают закалке 1000-1050 С и часовому отпуску при 180+5 С, а для .;обеспечения теплостойкости — закалке от 1150+5 С и двукратному головному отпуску при 540+5 С.

Химический состав чугуна выбран, 3р исходя иэ следующих соображений.

Содержание кремния составляет 0,81,0 . Верхний предел по содержанию кремния 1,0 определен, исходя из прокаливаемости чугунов данного состава, которая резко снижается при увеличении содержания кремния более

1Х Снижение прокаливаемости отрицательно сказывается на износостойкости чугунов. 40

Введение в чугун хрома в количестве 12,0-207 при заданном в указанных пределах содержании углерода и ванадия оказывает решающее воздействие на формирование структуры, износо- 4 стойкость и теплостойкость чугуна.

В предлагаемом чугуне образуются карбиды тригонального типа (Cr, Fe) C > с микротвердостью 13000-21000 МПа и кубический карбид VC с микротвердостью 30000 МПа. При кристаллизации чугуна укаэанного состава, содержа- щих карбиды (Cr Ре). С» формируется аустенитохромистокарбндная эвтектика, имеющая скелетное строение, в ко-5> торой матричной фазой является аустенит. Эти особенности эвтектики и наличие высокотвердых дисперсных карбидов хрома и ванадия определяют высокую износостойкость и теплостойкость чугуна.

Введение в чугун кальция основано на его взаимодействии с серой. При содержании серы в чугуне до 0,037. для полной десульфурации достаточно до O 057 кальция. Более высокое содержание кальция приводит к образованию большого количества неметаллических включаний, в том числе и с Р3М, что сопровождается снижением механических свойств. Поэтому верхнее содержание кальция ограничивается пределом 0,057.

Модифицирование иттрием в предло.женных пределах обеспечивает резкое измельчение структуры, что сопровождается повышением механических свойств чугуна, в частности предела прочности на изгиб.

Церий повышает эффективность действия иттрия, способствует его более глубокому усвоению жидким металлом и оказывает также модифицирующий эффект, создавая цополнительные центры кристаллизации. Кроме того, церий способствует очищению границ зерен от неметаллических включений и измельчает зерно, повышая механические свойства сплава.

Нижний предел содержания иттрия и церия обеспечивает наличие модифицирующего эффекта и повышение свойств

Ф чугуна а верхний предел (соответственно 0,09Х и 0,27) является границей положительного воздействия этих ингредиентов на структуру и свойства чугуна, т.к. дальнейшее повышение их концентрации приводит к снижению механических свойств и ударной вязкости.

Нижний предел по содержанию алюминия определяется его минимальным количеством, начиная с которого алюминий является не только раскислителем, но и оказывает влияние на размер зерна, измельчая его, а также способствует рафинированию межфазных границ и увеличивает однородность состава, Введение алюминия более 0,15Х в предлагаемый чугун нежелательно, так как это приводит к росту зерна при нагреве и способствует появлению ряда дефектов: наблюдаются "сколы" в изломе и увеличивается склонность к хрупкому межкристаллическому разрушению.

1280039

Введение молибдена в чугун способствует улучшению прокаливаемости сплава, повышению износоустойчивости и устойчивости против отпуска.

Нижний предел содержания молибдена (0,5 ) установлен с учетом его влияния на прокаливаемость чугуна и минимально необходимого количества, необходимого для заметного повышения устойчивости чугуна против отпуска.

Верхний предел по содержанию молибдена для предлагаемых составов (0,9 ) определяется, исходя из того, что повышение концентрации молибдена свыше 0,9 приводит к интенсивному 15 обезуглероживанию сплавов при нагреве под закалку и понижению их износостойкости.

Химический состав, размеры карбидных частиц и теплостойкость предлага- 20 емых и известных чугунов приведены в таблице. Для определения теплостойкости термообработанные образцы чугунов указанных составов термообра ъ батывали на вторичную твердость (закалка от » 50 5 С и двухкратный часовой отпуск при 540+5 С) и подвергали их часовому нагреву при 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590 и

600 С, а затем в охлажденных до комнатной температуры образцах замеряли твердость. . Для исследованных чугунов принимали, что теплостойкость должна обеспечить твердость не менее 58HRC пос- 35 ле 4-часового нагрева при указанных температурах.

Анализ таблицы показывает, что чугун составов 1-» имеет размеры . карбидных частиц в литом состоянии 40 значительно меньше, чем чугун составов 12 и 13.

Теплостойкость чугуна составов

1-», обеспечивающая твердость не ме нее 58 HRC после 4-часового нагрева, 45 составляет 570-580 С, а теплостойкость чугуна составов 12 и 14 — 550 и

560 С соответственно, Наиболее низкая теплостойкость у чугуна состава

13 (530 С). 50

Изучение микроструктуры сплавов (немодифицированного и модифицированного чугуна 280Х19Ф3,5) в литом состоянии показало, что модифицирование

Ce+Y уменьшает дендритность структу- 55 ры. Наблюдается утонение осей дендритон и их дробление. Изменилась структура эвтектики: эвтектические карбиды при модифицировании дробились и принимали форму, близкую к округлой. Средний размер карбидных частиц уменьшился с m = 5, » мкм и 1

»,56 мкм, до m = 3,62 мкм и 1

= 8 04 мкм. В целом по сечению структура стала более однородной.

Структура закаленных от 1050 С о немодифицированных и модифицированных сплавов отличается как размерами карбидных частиц, так и степенью однородности. Средний размер карбидных частиц составляет у немодифицированного чугуна 3,56 мкм, а у модифицированного — 2,01 мкм.

Кроме того, структура модифицированного чугуна сохраняется мелкозернистой после закалки от температуры

1150 С, тогда как в немодифицировано ном чугуне наблюдается укрупнение зерна. Таким образом, модифицирование хромованадиевых чугунов сопровождается: измельчением структуры, нри одновременном увеличении ее однородности по сечению отливки, измельчением карбидной фазы при изменении среднего размера карбидных частиц с 3,56 до

2,01 мкм, сохранением мелкозернистой структуры до повышенных температур нагрева (»50 С).

Формула из обретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, алюминий, кальций, церий и железо, отличающийся тем, что, с целью измельчения карбидной фазы и повышения теплостойкости, он дополнительно содержит иттрий, при следующем соотношении компонентов, мас.Х:

Углерод 2,0-3,5

Кремний 0,8-1,0

Марганец 0,3-0,6

Хром 12 0-20,0

Ванадий 3,2-4,0

Молибден 0,5-0,9

Алюмйний 0 05-0 15

Кальций 0 001-0 05

Церий 0,11-О,2

Иттрий 0105 Ов09

Железо Остальное.

1280039

Содержание, вес,% (() Чугун, ¹

С Si Mn Cr v (мо

А1

1,0

3,2

0,4

20,0

0,5

2,0

0,05

2,8

0,8

f9,1

3,5

0,5

0,3

0,08

16,5

0,9

0,4

3,3

0,7

2,5

0,10

0,9

0,4

13,7

3 5

0,65

2,9

0,10

0,3

0,7

0,85

14,0

3,4

5 е

3,0

0,10

0,9

3,6

0,8

0,3

13,7

0,12

2,7

18,1

i 0

0,4

3,2

0,9

0,12

2,7

0,14

0,9

1,0

12 5

3,3

0,5

3.3

18,2

0,5

0,8

0,5

3,9

0,11

2,8

0,9

12,0

4,0

0,15

0,6

0,8

3,5

0 15

13,7

3,2

0,8

0 5

0,9

3,0

2,8

0,5

3,0, 1,0

2 5

6,2

3,1

0,01

1,8

2,7

14,0

3,4

0,1

0,8

0,3

3,05

Продолжение таблицы

Чугун, №

Y Cl Cu Fе

Са

Остальное 3,50 8, 11

580,!! 3,62

8,04

580

То же

8,53

3,70

570

580

8,35

0,01 0,06 0,15

3,92

004 006 014

3,88

8,29

580

0,03 0 05 О, 19

3,82

8,94

570

8,22

3,60

580

3,84

8,37

570

Содержание, вес.% (T

0,001 0,05 О, 12

Оэ005 0 05 Оэ11

О 008 О 07 0 15

0,03 0 08 0,20

О 04 О 08 О 18

Средний размер кар- Теплостойбидных частиц мкм кость, 1

Т С*

1280039

Продолжение таблицы

Чугун, У

Средний размер карбидных частиц мкм

Са и !е

m ) !

580

9,21

3,91

570

9,50

4,06

8,95

3,95

570

14, 96

11,56

5,80

550

0,02

0,7

5 11

530

0,08

3,99

9,60

560

* Принимали, что теплостойкость должна обеспечить твердость не менее 58 HRC после 4-часового нагрева при указанных температурах.

Корректор М. Шароши

Подписное

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

Содержание, вес.й

Y CI С

9 005 005 0 20

10 0 05 0,09 0,20

11 0,04 0,09 0,20

12

13 0,01

14 003 01

Составитель Н.Шепитько

Редактор М.Келемеш Техред Л.Олейник

Заказ 7024/25 Тираж 567

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Теплостойкость, Т С*