Чугун

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для отливок, работающих в условиях износа и коррозии. Цель изобретения - повышение износостойкости и коррозионной стойкости. Чугун содержит, мас.%: С 3-4; Si 1,5-3,0; Мп 0,2-1,2; Р 0,1-0,5; Сг 0,001-0,5; Си 0,42-3,0; РЗМ 0,01-0,04; Мо 0,001-0,5; V 0,001- 0,5; А1 0,001-0,5; Ti 0,001-0,1; Mg 0,001-0,07; N 0,001-0,03; Nb 0,001- 0,25; Sn 0,0001-0,1; Ва 0,001-0,02; Fe - остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна Mg, N, Nb, Sn и Ва обеспечил повышение в 2,3-2,5 раза износостойкости и в 1,4-2,0 раза коррозионной стойкости. 2 табл. (Л 4 СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„80„„1310451 A 1 (51)4 С 22 С 37 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3950754/22-02 (22) 30.08.85 (46) 15.05.87. Бюл, У 18 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт технологии арматуростроения (72) С Ж.Жалимбетов, Б.М.Лепинских, Т.Рысбеков, П.П.Алифер, Е.И.Гринберг, Г.И.Севастьянихин, А.И.Земзеров, P.M.ÀðçóìàHÿí, M.È.Àáäóëëàåâ, В.П.Попов и В.А.Соколов (53) 669.15"196(088.8) (56) Чугун легированный для отливок со специальными свойствами. ГОСТ

7769-82;

Авторское свидетельство СССР

N 1109459, кл. С 22 С 37/08, 1984. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для отливок, работающих в условиях износа и коррозии. Цель изобретения повышение износостойкости и коррозионной стойкости. Чугун содержит, мас.%: С 3-4; Si 1,5-3,0; Ип 0,2-1,2;

P 0,1-0,5; Cr 0,001-0,5; Си 0,42-3,0;

P3M О, 01 "О, 04; Ио О, 001-0, 5; V О, 001О, 5; Al 0,001-0, 5; Ti 0,001-0, 1;

Mg 0 001-0,073 N 0,001-0 031 Nb 0 0010,25; Sn 0,0001-0,1; Ва 0,001-0,02;

Fe — остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна Mg, N Nb, Sn и Ва обеспечил повышение в 2,3-2,5 раза износостойкости и в 1,4-2,0 раза коррозионной стойкости. 2 табл.

1 1310

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам чугуна для отливок в условиях износа и коррозии.

Цель изобретения — повышение из5 носостойкости и коррозионной стойкости.

Совместное легирование чугуна азотом, магнием, ниобием, оловом и барием упрочняет металлическую основу, измельчает структуру и повышает микротвердость перлита и карбонитридных включений. В результате этого повышается износостойкость и коррозионная стойкость чугуна. 15

Азот в количестве 0,001-0,03% введен как эффективный микролегирующий и модифицирующий элемент, связывающий алюминий, титан, ванадий и барий в термическистойкие тугоплавкие 20 соединения: нитриды и карбонитриды, которые являются центром кристаллизации и повышают дисперсность пластин перлита. Растворенный в сплаве азот повышает стабильность перлита и упроч- 25 няет его. В результате этого повышается износостойкость чугуна. При концентрации азота менее 0,001Х его влияние на структуру и свойства чугуна не проявляется, а при концентрации 30 азота более 0,03% образуются крупные скопления нитридов, увеличивается опасность появления газовой (азстистой) пористости и ухудшается коррозионная стоикость и износостоикость 35 чугуна.

Алюминий как легирующий и сильный графитизирующий элемент при концентрации 0,001-1,50% повышает износостойкость и коррозионную стойкость за10 счет микролегирования металлической основы чугуна и измельчения твердых карбидов и карбонитридов. Кроме того, в процессе работы на истирание в паре с закаленной сталью на поверхности чугуна образуются защитные пленки оксидов алюминия, которые уменьшают схватывание металлов и увеличивают износостойкость и коррозионную стойкость чугуна. При концентрации менее

0 001Х алюминий не влияет на структуру и свойства чугуна, а при содержании алюминия более 1,5% усиливается пленообразование и появляются крупные включения оксидов и нитридов, понижающие литейные и эксплуатационные свойства чугуна.

Титан в количестве 0,001-0,10% введен как эффективный микролегирую51 2 щий и модифицирующий элемент, связывающий кислород, азот и углерод в тугоплавкие твердые оксиды, нитриды и карбиды, которые при затвердевании расплава служат центром кристаллизации, повышают дисперсность перлита и увеличивают износостойкость и коррозионную стойкость чугуна. При концентрации титана менее 0,001Х его влияние на структуру и свойства чугуна незначительное, а при концентрации титана более 0,1% увеличивается склонность чугуна к пленообразованию, выделяются крупные скопления оксидов и карбонитридов титана, ухудшается износостойкость и коррозионная стойкость чугуна.

Ниобий в количестве 0 001-0 25Х введен как эффективный легирующий и модифицирующий элемент, связывающий углерод в стойкие мелкодисперсные карбиды, упрочняющие чугун. Ниобий одновременно повышает растворимость азота в чугуне, что приводит к дополнительному .упрочнению его, и улучшает трещиноустойчивость сплава при тепловой обработке его (сварке, наплавке и огневой резке) ° При концентрации ниобия менее 0,001%. он не влияет на структуру и свойства чугуна, а при содержании ниобия более 0,25Х увели чиваются размеры зерен карбидов в чугуне и ухудшается коррозионная стойкость чугуна.

Олово в концентрации 0,0001-0,10% введено как микролегирующий и модифицирующий элемент с целью повышения износостойкости чугуна в массивных толстостенных отливках за счет полной перлитизации металлической основы и улучшения формы включений графита.

При содержании олова ниже 0,0001% оно не оказывает влияние на структуру и свойства чугуна, а при концентрации его выше О, 1% образуются свободные карбиды,, ухудшаются формы включений графита и снижаются эксплуатационные свойства чугуна.

Барий в количестве 0 001-0 02Х введен как эффективный графитизирующий модификатор, связывающий серу, кислород и азот в стойкие сульфиды, оксиды и нитриды, которые увеличивают число центров кристаллизации и повышают дисперсность структурных составляющих чугуна. Барий усиливает модифицирующее действие магния и редкоземельных металлов и позволяет дольше сохранить эффект модифицирования, 5l 4 дой фосфидной эвтектики повышает износостойкость чугуна °

Верхний предел концентрации меди в чугуне увеличен до З,OX с целью повышения износостойкости и коррозионной стойкости чугуна за счет упрочнения перлита, повышения дисперсности его, предупреждения выделения структурно-свободного феррита и образования плотной защитной пленки оксидов меди на поверхности чугуна в процессе эксплуатации его.

Нижний предел концентрации магния в предлагаемом чугуне снижен до

0,001Х для получения вермикулярного графита и увеличения теплопроводности и износостойкости чугуна в зависимости от удельного давления на контактной поверхности истирания.

Содержание марганца расширено (О, 2-1, 2Х) с целью предупреждения отбела чугуна в тонкостенных отлив- 40

I ках при содержании марганца на нижнем пределе и повышения дисперсности перлита, а также для предупреждения выпадения феррита в толстостенных массивных отливках при содержании 4 марганца на верхнем пределе.

Верхний предел содержания фосфора увеличен до 0,5Х с целью повышения жидкотекучести чугуна при изготовлении тонкостенных сложных по конфигу- р рации отливок, работающих в условиях преобладающих нагрузок на истирание.

Содержание фосфора устанавливается. с учетом скорости затвердевания чугуна, условий эксплуатации отливок, содержания кремния и карбидообразующих элементов.

Присутствие в чугуне равномерно распределенных мелких включений твер3 13104 в результате улучшается стабильность микроструктуры и повышается износостойкость и коррозионная стойкость чугуна. При концентрации менее 0 001Х барий не влияет на структуру и свойства чугуна, а при содержании более

0,02Х увеличивается количество выделяемых оксидов, сульфидов и нитридов и понижается износостойкость и коррозионная стойкость чугуна. 10

В предлагаемом чугуне по сравнению с прототипом, пределы содержания углерода,.кремния, марганца, фосфора, хрома,.меди, магния, молибдена и ва- надия расширены с целью повышения износостойкости и коррозионной стойкости чугуна с учетом взаимного влияния элементов, условий кристаллизации чугуна и эксплуатации отливок.

Верхний предел содержания углерода увеличен до 4 0Х с целью повышения жидкотекучести расплава и исключения выпадения крупных карбидов при изготовлении тонкостенных отливок, нижний предел содержания его снижен до З,ОХ 25 с целью получения перлитной металлической основы в массивных отливках.

Концентрация кремния в чугуне 1 53 0Х выбрана с целью предупреждения образования структурно-свободного феррита в толстостенных отливках при содержании кремния на нижнем пределе и исключений выпадания скоплений карбидов или образования отбела в чугуне тонкостенных отливок при содержании кремния на верхнем пределе ° !

Пределы концентрации молибдена и ванадия в чугуне расширены (0,0010,50K) с целью повышения износостойкости и коррозионной стойкости чугуна в массивных толстостенных отливках при содержании молибдена и ванадия на верхнем пределе за счет повышения прокаливаемости чугуна, упрочнения металлической основы и повышения дисперсности структурных составляющих в условиях медленной скорости затвердевания и охлаждения отливок. Ванадий, также как и ниобий сильно повышает растворимость азота в чугуне и предупреждает образование азотистой пористости в отливках. Нижний предел содержания молибдена и ванадия рекомендуется для тонкостенных отливок сложной конфигурации, склонных к образованию отбела и трещин.

Таким образом, введение в металлический расплав в установленных пределах концентрации комплекса элементов: карбонитридообразующих (Ti V Nb

Sn, Mo), графитизирующих (Al, С, Si, Си) и модифицирующих (Mg, P3M и Ва) наряду с легированным азотом и медью позволяет повысить износостойкость и коррозионную стойкость чугуна за счет получения мелких равномерно распределенных прочных карбидов, карбонитридов и компактных включений графита в шаровидной или вермикулярной формах на основе мелкодисперсного легированного и упрочненного перлита.

В табл. 1 и 2 приведены химические составы и результаты испытания предложенного чугуна.

1 310451

5 о!

ССЪ

Ф» о

СЧ о а о о

D о л о о

О

ССЪ о

О ь о а о

4Ъ о а

СР4 о

A о

Ю а о

CO о о о о о а о о а о о а о

ССЪ

СЧ о

34Ъ о л о м о

С4 а о

an

О л

С4

44Ъ о о

СЪ а о о и о

an о а о о са4 а о

СЧ о а о о о о

44Ъ

СЧ о

CO

О о

Ю л о

\С\ о

* о

О а о х ь

Сч ь х

СЧ

О а о м о

О о

Се о х 1 !

" I

C4 I

С4 х 1 х

ЧЪ л» а

D, СO а

an л о

4Ъ

СЧ а

О о о о

С/Ъ

С Ъ а о о

С.Ъ л

СЧ

СЧ о о

С Ъ а о

4Ъ

СЧ

Я о о о а о

ССЪ о о

D л о

an о

О

О о о

С4 1 л о

С Ъ

D а о о

Ю о о

О о

3/\

Ю о м

Ю о

С \ ь

С Ъ

A о

С Ъ ь а о л

О а о О

Ъ

ЧЪ

an о

МЪ а о

Ю иЪ л о

3/Ъ

Ф а о

О

Ю м

СЧ л

СЧ

ССЪ

° Ф о. СГЪ

4п л

D

Ф о

4Ъ лС

Ch м

G) о

L1

Ю

СЧ л

СЪ м а

4Ъ

A о

С 4

О

D о о

СЧ л о

С Ч

ЧЪ

С 4 о

СЧ а

Ю о

СО

О а

С4 а

Ю ь

СЧ л о о

СЧ

О л

СЧ

С 4

О

СЧ

Ю о

С4 о

D .

О

СЧ

СЧ л

С 4

О

Ю

СЧ о

С \ л

С Ъ

Ю ю м

1

1 О

С Ъ л

С Ъ

СЧ сп

i 3

IaI 1

С4 а 1 (1

3 1

4a4

aaI 1 (»

С4 1 о

Q I

1 р х

И

С4

6!

X а

Ф о

f х

44

С4 х

С4

ЧС

С4 х х

СС

И о

0I ( о о

Г Ъ

1 !

t_#_1

Х

I Рл

I

1 2

1 O

Г„

1 Х

1

f 4а а о 3 т an о сч

О О а л

CI D

ССЪ Щ о

A а о о о о м а

О D о о

Ю а л

О О о о

СЪ и

О СЪ о о а о о о со ъ о а сь О о со (/Ъ а а

D О

D л о о л о о

С 4

О О л а о о

С 4 СЧ

Ф .Ф а о ю

1 1 о ю

D СЧ а

D О о аЪ а ю о

Ю о со а

О Ю

Ь О

an л

С 4

О ЧЪ

Ю С4 а

Ф м о о

СЪ СЧ л с Ъ м

1 1 я м ,D

i"

Л

1! ь л

1 P

1 1

I P л о!

1 2 а

1 С4

1! С4 х

1 44

1 IaI

1 а

1 44

1 «С о

1 O

ЧС

131045 f

Таблица 2

Результаты сравнительного анализа предложенного и,известного чугуна

Механические свойства

Чугун

Скорость коррозии

НвВ Износ, мкм/ч кгс/мм2

d ж

В промышленной В морской атмосфере воде

Предложенный

6,0

241 О, l8

255 0,17

269 О, l6

280 0,40

240 0,40

230 0,42

250 0,30

0,06

100

4,5

0,05

0,07

f10

4,5

1,0

0,10

0,5

0,11

0,11

0,1

1,0

0,15

Известный

0,1

240 0,41

230 0 42

0,083

0,083

0,10

0,5

0,11 ванадий, алюминий, титан и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости и коррозионной стойкости, он дополнительно содержит магний, азот, ниобий, олово и барий при следующем соотношении компонентов, мас.X:

Углерод 3-4,0

Кремний 1,5-3,0

Марганец 0,20-1 20

Фосфор 0,10-0 50

Хром 0,001-0,50

Медь 0,42-3 0

Редкоземельные элементы 0 01-0,04

Молибден 0,001-0,5

Ванадий 0,001-0 5

Алюминий 0,001-0,50

Титан О, 001-0, 10, Магний 0,001-0,07

Азот 0,001-0,03

Ниобий 0,001-0,25

Олово О, 0001-0, 10

Барий 0,001-0,02

Железо Остальное

Плавку чугуна проводили в индукционной печи. Медь, магний и редкоземельные металлы вводили в составе лигатуры в ковш перед выпуском расплава из печи. Барий вводили в составе силикобария также в ковш. Остальные элементы вводились в печь по ме.ре расплавления шихты. Для определения свойств чугуна отливались стан- 40 дартные цилиндрические и трефовидные пробы, которые подвергали нормализации при 860-880 С.

Как видно из табл. 2, предложенный чугун благодаря дополнительному вводу в его состав Mg, N, Nb, Sn и Ва имеет износостойкость в 2,32,5 раза и коррозионную стойкость в 1,4-2 раза выше по сравнению с известным чугуном. 50

Чугун, содержащий углерод, кремний марганец фосфор хроМ медь редкоземельные элементы, молибден, 1

ВНИИПИ Заказ 1870/27 Тираж 605 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула изобретения

0,032

0,031

0,033

0,075

0,083

0,080

0,088