Износостойкий чугун

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве деталей, работающих в условиях ударно-абразивного износа при воздействии нагрузок. Цель изобретения - повышение механических свойств и ударно-абразивной стойкости в термообработанном состоянии. Новый чугун содержит, мас.%: C 3,6-3,8

SI 1,6-2,1

MN 0,5-0,7

NI 0,8-1,2

MO 0,5-0,6

CR 0,2-0,4

CE 0,10-0,16

CU 0,15-0,30 и FE остальное. Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна CU и повышение в нем содержания MO позволило повысить по сравнению с известным чугуном механические свойства: δ<SB POS="POST">в</SB> в 3-3,3 раза, δ в 3,7-6,8 раза, KCV в 1,5-2,0 раза, а также ударно-абразивную стойкость более чем в 3,2 раза. 2 табл.

СООЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ6ЛИК (У1) С 22 С 37/ОО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

00 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21 ) 431 7913/31 -02 (22) 20. 1 О, 87 (46) 30, 04. 90, Вюл. Р.. 16 (71) Херсонский индустриальный институт и Ново-Каховский электромашиностроительный завод им. 50-летия Великой Октябрьской революции (72) А.В.Троилина, А.А.Лотаков и В.А.Пантелеев (53) 669.15-196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 505736, кл. С 22 С 37/00, 1974, Литейное производство, 1971, 11 5, с. 27-28, (54) износостойкий чу1 ун (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при

Из о б ре те н ие о тно сит с я к ме т аллургии, в частности к разработке составов чугуна для деталей, работающих в условиях интенсивного ударно-абразивного износа под воздействием нагрузок. цель изобретения — повьппение механических свойств и ударно-абразивной стойкости в термообработанном состоянии.

Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предложенного состава обусловлен следующим.

Углерод необходим для улучшения литейных свойств чугуна. При содержании углерода выше 3,8 мас.% снижаются механические свойства чугуна в результате значительной ферритизации

„„80„„1560605 А 1

2 производстве деталей, работающих в условиях ударно-абразивного износа при воздействии нагрузок, 1гель изобретения — повьшгение механических свойств и ударно-абразивной стойкости в термообработанном состоянии. Новый чугун содержит, мас,%: С 3,6-3,8;

Si 1, 6-2, l; Nn О, 5-0,7; Ni 0,8-1, 2;

Мо 0506; Cr 0204; Се 0100! 6;

Си О,! 5-0,30 и Fe остальное, Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна Си и повьппение в нем содержания fo позволило повысить по сравнению с известным чугуном механические свойства: б в 3 — 3,3 раза, и в 3,76,8 раза, KCV в l 5-2,0 раза, а также ударно-абразивную стойкость более чем в 3,2 раза ° 2 табл. матрицы, При содержании углерода менее 3,6 мас.% ухудшаются литейные свойства чугунов особенно для тонко- р стенных деталей, ухудшается обрабаты- © ваемость, понижается износостойкость, так как в структуре пояВляется свободный цементит, который выкрашивает- ©! ся при ударном воздействии нагрузок.

Содержание кремния l, 6-2,1 мас,% Ql установлено экспериментально из условий получения структуры, необходимой для обеспечения высокой иэносостой- крсти при интенсивном ударно-абразивном воздействии нагрузок, При содер жании кремния ниже 1,6 мас,% резко возрастает твердость материала с уменьшением вязкости, а выше 2,1 мас.% увеличивается доля свободного ферри1560605 та в структуре, что тоже снижает ударно-абразивную износостойкость.

При содержании марганца ниже нижнего предела в структуре чугуна появ:1 ляется феррит, снижается при этом твердость и ухудшаются физико-механические характеристики. При концентрации марганца свыше 0,7 мас.% возрастает вероятность появления хрупкости при высоких температурах.

Содержание никеля также установлено экспериментально с целью обеспечения высокой ударно-абразивной износостойкости, например, лопаток дробе- 15 метного очистного аппарата, Нижний предел содержания никеля О,З мас,% определен способностью его формировать достаточное количество аустенита, что обеспечивает высокую ударно"абра" 20 зивную износостойкость материала.

Верхний предел (1,2 мас.X) содержания никеля определен с целью достаточного и оптимального количества его для аустенизации матрицы и экономии этого 2 металла.

Для повышения уровня механических свойств чугуна содержание хрома предусмотрено в прсделах 0,2-0,4 мас.X.

При более низком содержании хрома его -.0 влияние на структуру и свойства чугу-;. на мало заметно, особенно при повышенных содержаниях углерода, Увеличение концентрации хрома выше 0,4 мас,X ведет к увеличению степени деформации, необходимой ударно-абразивной износостойкости, Пределы содержания меди установлены при испытаниях образцов чугуна с целью улучшения иэносостойкости мате- @ риалов. В металлическом расплаве медь хорошо диффузирует и растворяется, . Нижний предел (0,15 мас.X) способствует расширению области существования гомогенной 2I -фазы, а выше верхнего предела (0,3 мас.X) вследствие ограниченной растворимости самого ком онента в железе исключается однородная область ) -фазы. Наличие небольшой цобавки меди не .снижает тенлостой50 .кость материала, что повышает его ударно-абразивную износостойкость, стабилиэует матрицу, упрочняя металпическую фазу ее.

Пределы содержания никеля, хрома,, Э мар "анца и меди связаны с формированием мартенситной структуры при за калке и обеспечением достаточно высокого уровня ударно-абразивной износостойкости. Наличие хрома и марга «.«а в оптимальных соотношениях обеспечи-. вает получение стабильной структуры в отливках без дополнительного введения ванадия.

Введение молибдена продиктовано повышением устойчивости переохлажденного аустенита. При содержании молибдена ниже 0,5 мас. не реализуется эффект упрочнения материала, а выше

0,6 мас.X увеличивается эффект упрочнения со значительной потерей пластичности и вязкости.

Для улучшения структуры.в состав чугуна вводится ферроцерий, предель« остаточного содержания которого установлены о««ь«тнь«м путем. Ферроцерий вводится в жидкий расплав чугуна в. количестве 0,3-0,5 мас.X с тем, что,4 бы остаточное содержанйе церия составило 0,1 -0,1 6 мас,X.- Введение ферроцерия способствует образованию компактной формы шаровидного графита, стабилизирует повышение механических и эксплуатационных свойств чугуна.

Содержание церия "чиже 0,10 мас.X. ухудшает образование графитных включений глобулярной формы, что существенно снижает ударно-абразивную износостойкость чугуна. Легирующие элементы при этом подавляют действие ферроцерия на формообразование графита, Содержание церия вь;ше

0,16 мас.% нецелесообразно из-за повышения стоимости чугуна при совершенно незчачительном эффекте увеличения ударно-абразивных износостойких свойств.

В качестве примесей предлагаемый износостойкий чугун может содержать не выше О, 05 . серы, не выше О. 09% фосфора. Особенно строго необходимо соблюдать содержание серы, так как большая часть ферроцерия уходит на обессеривание чугуна.

Плавку вели в индукционной печи

Ж ПЛ-1 02 емкостью 200 кг т«о известной техчологии. В качестве шихтовых материалов использовали литейный чугун

МО-2 с повышенным содержанием серы, .поэтому проводилось двойное обессеривание, стальной..лом, ферросплавы марганца, хрома, кремния и церия. Затем добавляли никегп, медь и молиб" ден-. Шихтовые материалы последовательно по технологии загружали в печь, расплав перегревали до 3480+10 С, 1«одификатор вводили в ковш во время выТà6лица1

Содержание, компонента, мас,K

Чугун Пределы, l 1 fbi

3,62 1,675

0,805

0,15

0,453 ОстальИаве стный

Предложенный

Средний

0,4 1,15 ное

3,6

3,7

3,8

1,6 0,5

1,85 0,6

2,1 0,7

0,2 0,5

0,3 0,65

0,4 0,8

Н ижний

Средний

Верхний

0,5

0,55

0,6

0,15

0,22

0,3

0) l

0,13

0,16

Таблица 2

Средняя ударно-абразивная износостойкость, Гс/с

Механические свойства

Чугун Пределы

7. а, МДж/м

Н

НВ ба, 1".Па

0 20 . )68

4,9631

0,7

137

Средний

Известный

Предложенныйй

0,1536

0,1558

0,158

0,31 570

0,36 610

0,41 650

2,6

3,7

4,8

418

452

Нижний

Средний

Верхний

5 15606 пуска металла при 1420И 0 С, Чугун разливали в разовые песчано-глинистые формы. И пробы и детали подвергались изотермической закалке от

900 С при изотерме .300 С .в селитровой о о 5 ванне состава 1007-.ного KN0 . По стандартным методикам определяли предел прочности при,. растяжении, относительное удлинение, твердость на образцах диаметром 30 и длиной 300 мм, Ударноабразивную износостойкость определяли на установке для исследования материалов нри ударно-абразивном приложении нагрузки. Скорость вращения многогранной шайбы составила 450 об/мин, сила давления эа один оборот изменялась от 1 до 0,9 кН, скорость относительного скольжения изменялась от

0,84 до 0,75 и/с. Динамический коэф- 20 фициент при э том со ставил 4, 5, Химические составы и уровень свойств известного и предложенного чугуна приведены в табл. 1 и 2.

Как следует из табл. 1 и 2, допол- 25 нительный ввод в состав предложенного чугуна Си и повышение в нем содержания Мо позволило повысить механи05 6 ческие свойства 0 < в 3-3,3 раза, в 3,7-6,8 раз, KCV — в 1,5-2,0 раза, и ударно-абразивную стойкость более чем в 3,2 раза.

Формула и з о б р е т е н и я

Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, молибден, хром, церий и железо, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения механических свойств и ударно-абразивной стойкости в термообработанном состоянии, он дополнительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас ° 7:

Углерод 3,6-3,8

Кремний 1,6 — 2,1

Марганец 0,5-0,7

Никель 0,8-1, 2

Молибден 0,5-0,6

Хром 0,2 — 0,4

Ue рий 0,10-0, 16

Медь 0,15-0,30

Железо Остальное а в качестве примеси чугун содержит серу до 0,05K и фосфор до 0,09г,