Износостойкий чугун

 

Изобретение относится к металлургии , в частности к изысканию низколегированных износостойких чугунов для цилиндрических трубных и других заготовок. Целью изобретения является повьшение стабильности микротвер-, дости и гидроабразивной износостойкости . Предложенный чугун содержит, мас.%: углерод 2,4-3,3; кремний 0,2- 1,0; марганец 0,8-2,6; хром 15,7- 27,0; молибден 0,2-0,6; ванадий 0,8- 2,5; никель 0,5-1,0; медь 0,22-1,4; цинк 0,02-0,1; бориды редкоземельных металлов 0,05-0,2; нитриды бора 0,03- 0,1; железо осталь ное. Предложенный чугун обладает высокой эксплуатационной стойкостью в условиях гидроабразивного изнашивания, что достигается за счет получения мелкодисперсной мартенситно-аустенитной матрицы с комплексными карбидами. 2 табл. а (Л со СП СП О5 со со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 22 С 37/08

ФЭ

ВСЕМВЗЙЛЯ, l3 I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н двтоеском саидкткльствм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР.

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4 108796/22-02 (22) 12.08.86 (46) 30.11.87. Бюл. М 44 (71) Производственное объединение

"Гомсельмаш" (72) Ф.И.Титко, M.È.Êàðïåíêî, Е.И.Марукович, Т.И.Кныш и А.П.Мельников (53) 669.15-196 (088 ° 8) (56) Заявка Японии Р 57-155345, кл. С 22 С 37/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 973655, кл. С 22 С 37/10, 1982. (54) ИЗНОСОСТОИКИЙ ЧУГУН (57) Изобретение OTHOgHTcH к металлургии, в частности к изысканию низколегированных износостойких чугунов

„.,SU,» 1355639 А 1 для цилиндрических трубных и других заготовок. Целью изобретения является повышение стабильности микротвердости и гидроабразивной износостойкости. Предложенный чугун содержит, мас.7.: углерод 2,4-3,3; кремний 0,21,0; марганец 0,8-2,6; хром 15,727,0; молибден 0,2-0,6; ванадий 0,82,5; никель 0,5-1,0, медь 0,22-1,4; цинк 0,02-0,1; бориды редкоземельных металлов. 0,05-0,2; нитриды бора 0,030 1 железо остальное. Предложенный чугун обладает высокой эксплуатационной стойкостью в условиях гидроабраэивного изнашивания, что достигается за счет получения мелкодисперсной мартенситно-аустенитной матрицы с комплексными карбидами. 2 табл.

1355639

Ми кр ол е гир ов а ни е чугуна О, 05—

0,2 мас.7. боридов РЗМ обусловлено упрочняющим их влиянием на матрицу, иэмельчением и изменением морфологии карбидов и повышением микротвердости матрицы. При увеличении боридов Р3М более 0,2 мас.X снижаются трещиностойкость и износостойкость, а при концентрации до 0,05 мас.X отмечается недостаточная микротвердость матрицы, низкие пластические свойства и

45 удароустойчивость.

Соцержание легирующих добавок (хром 15,7-27, никель 0,5-1,0, молибден 0,2- 0,6, ванадий 0,8-2,5мас.X) определено экспериментально и ограни50 чено пределами, .уиже которых микротвердость карбидов и матрицы, прочностные свойства, глубина прокаливаемости и износостойкость недостаточны, а выше которых снижается стабильность структуры, увеличивается коли55 чество крупных карбидов, снижаются динамическая прочность и другие свойства в отливках.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к изысканию низколегированных износостойких чугунов для цилиндрических, трубных и других заготовок, используемых в химическом машиностроении.

Целью изобретения является повышение стабильности микротвердости и гидроабразивной износостОйкости. 1Î

Предлагаемык чугун содержит углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий, никель, медь, бориды

РЗМ, цинк и нитриды бора и железо при следующем соотношении компонентов, мас.X.: о

Углерод 2, 4-3,3

Кремний 0,2-1, О

Хром 15, 7-27,0 Марганец 0826 2О

Молибден 0,2-0,6

Ванадий 0,8-2,5

Никель 0,5-1,0

Медь 0,22-1,4

Цинк 0,02-0,1 25

Бориды Р3М 0,05-0,2

Нитриды бора 0,03-0,1

Железо Остальное

Дополнительное введение меди в количестве 0,22-1,4 мас.X микролеги- 30 рует и упрочняет металлическую основу, измельчает структуру, уменьшает ее охрупчивание, блокирует дефекты кристаллической структуры, снижает ликвацию, повышает микротвердость .карбидов и стабильность и однородность структуры и механических свойств, что обеспечивает повышение стабильности гидроабразивной износостойкости, прочности и других механических и служебных свойств в отливках. При концентрации меди до 0,22 мас.X мик. ролегирующий эффект проявляется слабо, существенного упрочнения металлической основы не достигается и стабильность твердости, износостойкости и служебных свойств в отливках низкая. При концентрации меди более

1,4 мас.Е снижаются пластические свойства, прокаливаемость и стабильность механических свойств чугуна в отливках, увеличивается количество неметаллических включений по границам зерен, увеличивается ликвация и снижается стабильность свойств.

Введение цинка в количестве 0,020,1 мас.% повышает твердость, измельчает структуру, повышает трещиностойкость и износостойкость матрицы, прокаливаемость, микротвердость карбидов и матрицы, ее стабильность в отливках, что обеспечивает снижение гидроабразивного износа и повышение стабильности механических свойств.

Содержание цинка принято от концентрации (0,02 мас.Х), с которой отмечается повышение твердости и иэносостойкости в отливках, и ограничено концентрацией О,i мас.Х, выше которой отмечается снижение динамической прочности и стабильности структуры и свойств чугуна.

Содержание основных компонентов (углерод 2,4-3,3, кремний 0,2-1,0 и марганец 0,8-2,6 мас.X) определено исходя из практики производства белых износостойких чугунов для износостойких литых деталей. При снижении содержания углерода менее 2,4 и кремния ниже 0,2 мас.ь и повышении концентрации марганца более 2,6 мас.7 снижаются литейные свойства, трещиностойкость, увеличивается ликвация и снижается стабильность структуры и свойств, а при концентрации углерода более 3,3, кремния более 1,0 и марганца менее 0,8 мас.X структура в отливках становится грубой, снижаются микротвердость карбидов и матрицы, их износостойкость и стабильность механических свойств в отливках.

3 13556

Нитриды бора (0,03-0,1 мас.Ж),имеющие высокую прочность и твердость, являются эффективными модифицирующими добавками сохраняющими твердость при

У

В отпуске, измельчающими структуру и повышающими твердость и микротвердость чугуна, механические свойства, прокаливаемость, износостойкость.При концентрации их до 0,03 мас.7 модифн- 10 цирующий эффект проявляется слабо, а при концентрации их более О, 1 м;гс.7 они полностью не растворяются в матрице, повышается концентрация неметаллических включений, их графитизирующее влияние и неоднородность структуры, что приводит к снижению износостойкости, трещиностойкости и механических свойств чугуна в отливках.

Пример. Опытные плавки чугуна 20 проведены в индукционной печи с использованием литейных чугунов марки

ЛК-4 и ЛК-5, передельных чугунов М2 и ПЛ-1, лома чугунного 17 А, силикомарганца СМН-17, стального лома, бри- 2В кетов боридов РЗМ, азотированного ферробора, феррохрома, феррованадия, ферросилиция и других ферросплавов. Чугун перегревали до 1550-1570 С и выпускали при 1500-1520 С в литейные ковши с цинком, медью, брикетами боридов РЗМ, нитридов бора и другими микрслегирующими и модифицирующими добавками. Из чугунов отливали цилиндрические образцы диаметром 30 мм, 35 технологические ступенчатые пробы с максимальной толщиной 500 мм и отливки заготовок в металлические формы и отливки деталей насосов. Усвоение меди составило, 7: 68-75; цинка 5964; боридов РЗМ 82-89; нитридов бора 86-92Х. формулаизобретения

Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий, никель и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности микротвердости и гидроабразивной износостойкости, он дополнительно содержит медь, цинк, бориды редкоземельных металлов и нитриды бора при следующем соотношении компонентов, мас.Е:

Углерод 2,4-3,3

Кремний 0,2-1,0

Марганец 0,8-2,6

Хром 15,7-27, О

Молибден 0,2-0,6

Ванадий 0,8-2,5

Никель 0 5-1,0

Медь 0,22-1,4

Цинк 0,02-0,1

Бориды редкоземельных металлов 0,05-0,2

Нитриды бора 0,03-0,1

Железо Остальное

В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок.

Испытания образцов и отливок проводят после закалки с 970-1050 С и отпуска при 560-580 С.

39

4 .В табл. 2 приведены данные о микротвердости, износостойкости, механических и эксплуатационных свойствах, полученных литьем в металлические формы.

Микротвердость определяли на приборе ПМТ-З, а трешиностойкость — на технологической пробе ЛПИ им.М.И.Калинина.

Как видно из данных табл. 2, предлагаемый чугун обладает более стабильной стойкостью и однородной структурой в сравнении с базовым чугуном.

Высокая эксплуатационная стойкость в,условиях гидроабразивного изнашивания достигается за счет получения мелкодисперсной мартенситно-аустенитной матрицы с комплексными карбидами.

Оптимальные значения твердости, износостойкости и механических свойств в литых изделиях достигаются при нормализации с температуры 970-1050 С.

1355639

Таблица 1

Компоненты

Предлагаемый

Известный Углерод

2,3

2,4

2,9

3,3

2,1

3,5

0,3

0,2

0,6

1,0

0,1

14,8

28,2

15,7

27,0

28,0

0,4

0Ä8

3,2

0,5

1,2

1,0

0,5

0,7

1,0

0,2

0,22

0,9

0,1

Медь

0,02

0,05

0,1

Цинк

0,04

0,3

0,5

Ванадий

0,5

0,8

2,5

2,7

0,5

0,4

0,2

0,6

0,8

0,02

0,4

0 05

0,08

0,2

0,03

0,03 0 05

0,01

0,12

0,1 ное,. ное ное ное ное ное

Та блица 2

Показатели

Предлагаемый

Известный

1430 1470

67 68

Предел прочности при изгибе, МПа

1020 1280 .

60 65

960 1405

60 67

Твердость, HRC

Коэффициент износостойкости

13,4

8,7

16,0

15,9

8„6 15,8

Микротвердость, МПа:

13780 18280

5020 5840 карбидов

5180 5760

5900 5920 матрицы

Кремний

Хром

Марганец

Никель

Молибден

Бориды РЗМ

Нитриды бора

Железо

Содержание компонентов в чугуне, мас.X

Осталь- Осталь- Осталь- Осталь- Осталь- ОстальСвойства износостойких чугунов

18430 18710 14080 16940

1355639

Продолжение табл. 2

Свойства износостойких чугунов

Показатели

Извест-! ный

Предлагаемый

7,8

146

Трещиностойкость, 7

144

4480 4610

1430 3880

1400 4160

Стабильность струк.туры, Ж

93

65 88

Составитель Н.шепитько

Редактор Ю.Середа Техред Л.Олийнык Корректор И.Эрдейи

Заказ 5753/25 Тираж 605 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Износ цилиндровых втулок при скорости пульп 3,5 м/с, мг/см ч

Эксплуатационная (стойкость, ч

52,2 8,4

100 142

51,0 18,4

102 134