Износостойкий белый чугун

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5g 4 С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,.

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ - - -:- . /

/ ь, (21) 3858556/22-02 (22) 25. 02. 85 (46) 07.01.87. Бюл. У 1 (71) Горьковский автомобильный завод (72) M.Ï.Øåáàòèíoâ» И.В.Красильников, П.П.Сбитнев и А.A.Колпаков (53) 669.15-196(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 259390» кл. С 22 С 37/06, 1967.

Шебатинов M.Ï. и др. Износостойкий белый чугун для сменных деталей очистного оборудования. — Литейное производство, 1985, У 2, с. 7-8. (54) ИЗНОСОСТОЙКИЙ БЕЛЫЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к разработке составов износостойкого белого

„„SU„„1281600 А1 чугуна. Цель изобретения — повышение предела прочности при растяжении, ударной вязкости и абразивной стойкости. Чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас.7.:

С 2,4-3,2; Si 0,2-1,0; Мп 0,2-0,8;

Cr 12-20; Ч 1-4; Си 0,5-2,4; Ti 0,10,4; Се 0,03-0,08; Al 0,1-1,0; В

0,005-0,08; М 0,01-0,08 и Fe остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна алюминия, бора и азота обеспечивает повышение б с 590 до 603Ь

680 ИПа; улучшение ударной вязкости а с 0,3 до 0,8-1,4 кгс м/см и увелйчение абразивной стойкости с 130 до 140-220 ч. 2 табл.

12Я1ЮО

35 ганца выше верхнего предела падает твердость не только в литом состоянии, но и после термической обработки за счет повышенного содержания остаточного аустенита. Хотя это и приводит к увеличению вязкости материала, однако стойкость, как основное свойство, существенно снижается.

Для обеспечения высокой стойкости чугуна к воздействию абразивного износа его легируют большим количеством хрома и ванадия. Комплексное легирование чугуна этими элементами в определенном соотношении позволяет получить оптимальную мартенситнокарбидную структуру после термообработки с равномерным распределением .твердых и стойких к воздействию температур карбидов хрома (Cr,C ) и ванадия (VC).

Присадка этих элементов меньше нижнего предела (каждого в отдельности) приводит к изменению структуры, т.е. к резкому уменьшению карбидов

Изобретение относится к м T ;rëëóðruu, в частности к разработк» составов белого чугуна для отливок, работающих в условиях ударно-абразивного износа.

Цель изобретения — повышение пре— дела прочности при растяжении, ударной вязкости и абразивной стойкости в термообработанном состоянии.

Содержание углерода и кремния в указанных пределах обеспечивает получение равномерной структуры с оптимальным содержанием в ней наиболее твердых и теплостойких карбидов, обеспечивающих высокую стойкость получаемой детали, а также позволяет получать необходимую прочность и вязкость.

Уменьшение количества углерода и кремния меньше нижнего предела приводит к увеличению вязкости и уменьшению твердости (HRC) не только в литом состоянии, но и после термообработки, а следовательно, к снижению стойкости. Повышение их выше верхнего предела приводит к резкому спаду износостойкости за счет образования в структуре чугуна крупных эвтектических карбидов, а также легированного цемента Ие,С.

Содержание марганца меньше нижнего предела при охлаждении отливки способствует образованию в структуре чугуна перлита. При содержании мар40

55 и изменению Нх химическо о состава.

В результате стойкость чугуна к аб— разивному изнашиванию и ударным нагрузкам резко падает. При содержании хрома выше 20 мас.7 в структуре чугуна образуется эвтектика на основе карбида, уступающего по твердости и теплостойкости карбиду Сг С . Одно7 3 временно чугун приобретает склонность к трещинообразованию в литом состоянии и в процессе термической обработки. Присадка ванадия выше верхнеl o предела (совместно с Cr) приводит к образованию тройной эвтектики (типа A+VC+Cr С ) в литом состоянии.

2з б

Причем карбид хрома содержит и другие легирующие элементы, например

Fe и Мп, которые уменьшают его твердость и стойкость к воздействию абразивного износа. В результате резко падает стойкость деталей из чугуна с высоким содержанием хрома и ванадия °

Легирование чугуна медью приводит к получению однородной структуры и повышению теплопроводности, что непосредственно связано с увеличением износостойкости. Содержание меди меньше нижнего предела не оказывает влияния на изменение структуры а следовательно, и на свойства хромистого чугуна. Присадка этого элемента выше верхнего предела нецелесообразна, поскольку содержание меди более 2,5 мас. при таком химическом составе чугуна, оказывая воздействие на стабилизацию аустенита, резко увеличивает его остаточное содержание после закалки, что снижает твердость и износостойкость.

Присадка бора увеличивает прокаливаемость, стабилизирует карбиды, а также образует мелкодисперсные карбиды в процессе кристаллизации, способствуя тем самым формированию мелкодисперсной структуры чугуна. Содержание бора меньше нижнего предела не оказывает существенного влияния на структуру хромистого чугуна, а выше верхнего вызывает образование термических трещин, что приводит к резкому снижению стойкости детали.

Присадка алюминия и титана приводит к раскислению жидкого чугуна, образованию мелкодисперсных нитридов и карбидов, улучшению свойств расплава и изменению условий кристаллизации.

В итоге стабилизируются свойства чуi28i60u твердость и модуль упругости, что непосредственно связано с увеличе-.

Т а б л и ц а 1

Содержание химических элементов, мас.Е

T T". " "T T "Т

Чугун

Предлагаемый

1 2,4 0,2 0,2 18,0 1,0 0,5 0,005 0,05 0,07 0,005 0,01

2 2,4 0,2 0,2 16,0 1,0 0,5 0,005 0,10 0,1 0,01 0,03 гуна и повышае тся стойкость против механических и тепловых воздействий, а следовательно, и износостойкость.

В частности, введение алюминия, кроме раскисления, приводит к связыванию 5 серы и азота в тугоплавкие мелкодисперсные сульфиды и нитриды, а также к замещению углерода в твердом растворе, увеличивая стойкость матрицы к колебанию высоких температур.Содержание алюминия меньше нижнего предела не приводит к изменению расплава, а при содержании выше верхнего предела происходит загрязнение металла неметаллическими включениями, проявляется склонность к возцействию на распад карбидов хрома и снижаются литейные свойства.

Легирование чугуна титаном в количестве меньше нижнего предела приводит к образованию разветвленных первичных карбидов в виде дендритов, способствующих снижению абразивной стойкости. При содержании этого элемента выше верхнего предела создают25 ся большие технологические трудности при получении годных отливок. Одновременно формируются крупные нитриды титана резко ограненной формы,что вызывает охрупчивание металла.

Однако, как установлено экспериментально,.содержание титана 0,1—

0,4 мас./ обеспечивает высокую прочность (б ) и износостойкость чугуна за счет образования нитридов и карби- 35 дов, а также за счет легирования металлической основы. Присадка в чугун

0,01-0,08 мас.7. азота обеспечивает при данных концентрациях титана резкое увеличение стойкости структуры 40 к воздействию высоких температур, т.е.повышаются статистическая прочность, нием стойкости чугуна к абразивному воздействию.

Содержание азота меньше нижнего предела не обеспечивает повышение свойств легированного чугуна, а выше верхнего прецела приводит кохрупчиванию, а следовательно, к увеличению ударно †абразивно износа.

Для рафинирования расплава от примесей, связывания их в неметаллические включения округлой формы, удаления из жидкого чугуна и увеличения твердости в процессе закалки и равномерности ее по толщине стенки отливки, а также для снижения хрупкости чугуна за счет очищения границ зерен при кристаллизации от неметаллических включений вводится церий.

При исследовании поверхности разрушения удалось установить, что неметаллические включения на основе церия, имея размер менее 1 мкм округлой формы, оказывают непосредственное воздействие на кристаллизацию расплава, уменьшая размер первичного зерна.

Введение церия меньше нижнего предела недостаточно эффективно, а выше верхнего предела приводит к появлению в металлической основе интерметаллических фаз,.располагающихся по границам фаз что приводит к охрупчиванию.

Детали, отлитые из предлагаемого чугуна, не склонны к трещинообразованию за счет возможности получения оптимальной мартенситно-карбидной структуры после термообработки с равномерным распределением твердых и стойких к воздействию температур карбидов хрома (Cr,С ) и ванадия {YC).

Составы предлагаемого чугуна и его свойства по сравнению с известНым приведены в табл. 1 и 2, !

281600

Продолжение табл.1

Чугун

Содержание химических элементов, мас.7

Si Mn Cr U Cu В Al Ti

С N )Ce!

2,6 0,4 0,5 12,0 3,0 1,2

0,03 0,50 0,2 0,03 0,05

2,9 0,6 О,б 14,0 2,5 1,8 0,05 0,40 0,3 0,05 0,06

3 2 1 0 0 8 20 0 4 0 2 4 0 08 1 0 0 4 0 08 0 08

3,2 1,0 0,8 20,0 4,0 2,4 0,08 1,2 0,6 0,10 0,10

Известный

7 2,6 0,5 1, 2 12,0 1, 0 0,5 — — О, 5 — 0,06

Таблица2

Сплав

Предел статической прочности 7

У

ИПа

Ударная вязкость после термообработки а

Э кгс. м/см2

СтОЙкОсть, ч

Литое состояние После термообработки

Предлагаемый

0,57

98

1,2

140

1,4

105

200

120

1,0

220

)40

0,8

190

100

0,61

Известный

0,63

590

730

Формула изобретения

Углерод

Кремний

2,4-3,2

0,2-1,0

506,0

603,0

645,0

680,0

628,0

559,0

Как следует из табл. 2, дополнительный ввод в состав чугуна алюминия, бора и азота способствует повышению предела прочности, ударной вязкости и абразивной стойкости, Износостойкий белый чугун, содержащий углерод,, кремний, марганец, хром, ванадий, медь, титан, церий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения предела прочности при растяжении, ударной вязкости и абразивной стойкости в термообработанном состоянии, он дополнительно содержит алюминий, бор и азот при следующем соотношении компонентов, мас.У:

12Я1600.

Составитель М.Косторной

Техред А.Кравчук Корректор Л.Патай

Редактор В.Петраш

Заказ 72 17/21 Тираж 6С4 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производс гвенпо-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4

Мар анен

Хром

Ваналий

Медь

Титан

0,2-0,8

12-20

1-4

0 5-2,4

0,1-0,4

1Jeрий

Алюминий

Бор

Азот

5 Железо

0,03-0,08

0,1-1,0

0,005-0,08

0,01 0,08

Остальное