Износостойкий чугун

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления отливок, работающих в условиях износа и трения. Цель изобретения - повышение жидкотекучести, твердости, предела прочности при изгибе и износостойкости. Чугун содержит, мас.%: C 2,7-3,6

SI 0,3-0,8

MN 0,4-0,8

CR 16-24

NI 0,2-0,6

CU 0,2-0,6

V 0,1-0,3

РЗМ о,01-0,10

AL 0,05-0,12

P 0,01-0,12

N 0,005-0,01

FE остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна AL,N и P позволяет повысить жидкотекучесть в 1,03-1,26 раза, σ<SB POS="POST">и</SB>-в 1,12-1,26 раза, HRC-В 1,09-1,16 раза, а также снизить износ в 4-9 раз. 2 табл.

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1571097 (51)5 С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТИРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

««1я:. t..

Н А ВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 4471300/27-02 (22) 08.08.88 (46) 15.06.90. Бюл. ¹ 22 (71) Научно-производственное объе" динение по тракторостроению "НАТИ" (72) В.И.Канторович, В.А.Гольдштейн, В,Ф.Дурандин, Ю.Д.Егоров, Н.А,Миронов, А .Г .Галков, М.П,Щебатинов, А.Л.Овсянников, И.И.Цыпин, С.С,Дмитриченко, А.Д .Зуев, Ю,А.Журавлев и В.Д.Ков ригин (53) 669-15-196(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1036785, кл. С 22 С 37/06, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 981427, кл. С 22 С 37/06, 1982. (54) ИЗНОСОСТОЙКИИ ЧУГУН

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для отливок, работающих в условиях износа и трения, Цель изобретения — повышение жидкотекучести, твердости, предела прочности при изгибе и износостойкости.

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

Содержание углерода (2,7X) и кремния (О,ЗХ) меньше нижнего предела снижает твердость и износостойкость. Содержание каждого из этих элементов больше верхнего предела (3,6Х С и 0,8 Si) резко снижает износостойкость из-за образования в структуре чугуна хрупких сложных эвтектических карбидов больших размеров.

2 (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления отливок, работающих в условиях износа и трения. Цель изобретения — повышение жидкотекучести, твердости, предела прочности при изгибе и иэносостойкости. Чугун содержит, мас.Х: С 2,7-3,6; Si 0,3-0,8;

Мп 0,4-.0,8; Cr 16-24;.Ni 0,2-0,6;

Си 0,2-0,6; Ч 0,1-0,3; РЗМ 0,01-0,10;

Al Ов05 Оэ12ю P Оэ01 Оэ121 N -0 ° 005О, 01; Fe остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна Al, N и Р позволяет повысить жидкотекучесть в

1,03-1,26 раза, 6„ - в 1,12-1,26 раза, HRC — в 1,09-1,16 раза, а также снизить износ в 4-9 раэ. 2 табл.

Содержание марганца и меди в ука-, занных пределах обеспечивает достаточно высокую прокаливаемость и позволяет закаливать на воздухе с получением в структуре не более 5Х оста точного аустенита. При уменьшении содержания марганца и меди меньше нижнего предела (0 4Х и 0 2Х соответственно) не обеспечивает получение заданной твердости после термообработки. При увеличении содержа" ния марганца и меди вьппе верхнего предела (0,8Х и 0,6Х соответственно) количество остаточного аустенита возрастает, что приводит к уменьшению твердости, а следовательно, сни-. жению стойкости к абразивному воздействию

При выбранном пределе углерода введение хрома 16,0-24,0Х обеспечи-. вает образование тригональных кар, 1571097

1О

55 бидон типа М С с твердостью 1500021000 Н/мм в количестве до 40%.

Содержание хрома меньше 16,0Х приводит к образованию карбидов хрома типа М С з по количеству менее

30% и увеличению в металлической основе остаточного аустенита, что снижает стойкость к абразивному износу.

Увеличение содержания хрома вьппе верхнего предела (24,0%) приводит к образованию (при данном содержании углерода 2,7-3,6%.) карбидов хрома типа М С, микротвердость которых ниже микротвердости карбидов М Сэ.

Это приводит к увеличению не только карбидной фазы, но и к увеличению размера карбидов и изменению их формы, что существенно сказьвается на снижении износостойкости чугуна.

Присадка в чугун ванадия в указанном пределе (0,1-0,3%) способствует образованию мелкодисперсных карбидов типа VC и легированию карбидов хрома, уменьшая одновременно размер зерна металлической основы.

Содержание ванадия в чугуне меньше нижнего предела (О, 1%) неэффективно, а при содержании больше верхнего предела (.0,3%) приводит к увеличению размеров карбида VC что также отрицательно сказьвается на износостойкости.

При выборе химического состава предлагаемого чугуна экспериментально установлено, что соотношение суммы элементов (Cr + V) к сумме (С + N) находится в пределе 5,9-6,7, Cr+V т.е. — — -- = 5 9-6 7. Это соотношеС+ N ° ние обеспечивает износостойкость предложенному чугуну при абразивном износе.

Никель повышает трещиноустойчиность чугуна за счет содержания в структуре остаточного аустенита.

Содержание никеля в чугуне меньше нижнего предела (0,2), практически не оказывает влияния на сопротивление к трещинообразонанию, а содержание никеля вьппе верхнего предела (0,6%) приводит к увеличению количества остаточного аустенита, что снижает твердость, а следовательно, и износостойкость деталей.

Присадка алюминия и азота приводит к улучшению качества расплава и изменению процесса кристаллизации, за счет раскисления и образования дополнительных зародьппей, что обеспечивает образование мелкозернистой металлической основы.

Введение алюминия и азота меньше нижнего предела (0,05Х и 0,005%) не показьвает положительного эффек-. та, а вьппе верхнего предела (0,12Х и 0,01%) приводит к выделению окислов алюминия и нитридов алюминия на границах зерен, что отрицательно сказывается на свойства чугуна.

Наличие фосфора в составе предлагаемого износостойкого чугуна обеспечивает необходимую жидкотекучесть, чтобы получать отливки без дефектон. Содержание в чугуне фосфора меньше нижнег о предела (О, 01 Х) неэффективно, а вьппе верхнего предела (0,12%) хотя и приводит к повышению жидкотекучести, однако происходит охрупчинание получаемых деталей, что существенно сказывается на с тойк ос ти предла гаем ог о ч уг уна .

Для рафинирования расплава от вредных примесей, а следовательно, очищения границ зерен от неметаллических включений в чугун введены редкоземельные металлы (РЗМ). Снижая концентрацию примесных элементов, они увеличивают жидкотекучесть, повышают плотность металла, уменьшают внутренние напряжения в литой структуре.

Содержание РЗМ меньше нижнего предела (0,01%) недостаточно эффективно влияет на содержание примесных элементов. Присадка РЗМ больше верхнего предела (0,1 Х) приводит к появлению в структуре, чугуна значительного количества интерметаллидов на основе

РЗМ, отрицательно влияющих на прочностные свойства деталей.

Выплавку высокохромистого чугуна проводят в индукционной печи ИСТ-0,16 с основной футеровкой. В расплав чугуна при 1480-1520 C Híîäÿò легирующие элементы: никель, медь, феррованадий, фосфор и алюминий, а азот в виде азотированного феррохрома.

Перед заливкой н ковш вводят редкоземельные металлы. Жидкий чугун при

1430-1460 С заливают н облицованный кокиль, получая стандартные образцы для испытания, которые н дальнейшем подвергают термической обработке..

Составы данного чугуна и прототипа приведены в табл. 1, а результаты

1571097>

С Si Mn Cr. Ni Cu Ч Al P N РЗМ Fe

Известный

2,6 I 0 0,4 16,0 О ° 2 0,2 0,1

Предложенный

О; 01 Ос тальное

2э7 Оэ5 Оэ4 18 ° О Оэ2 Ов4 Овl Оэ05 О ° 05 Ов005

Зэ 2 ОвЗ Оэб I бв О ОэЗ Оэ б Ов 2 Ов 08 Ов О1 Ов 007

Звб Оэ8 Ов7 21 вО Oi4 ОвЗ ОвЗ 0,10 0,09 0009

ЗэО Оэб Оэ8 24вО Овб Оэ2 Ов 2 Ов12 0 ° 12 . 0 ° 010

0,01

0,05

О 09 в

0,10

Таблица 2

Свойства чугуна

Жидкоте Прочность Твер- Износ, кучестьэ на изгиб, достьэ г/м .ч

2 мм МПа HRC

Извес тный

435

20,3

750 55

Предлагаемый

860 60 3,5

950 62 2 7

910 64 2 1

840 63 5 О

450

470

500

550 испытаний свойств по известным методикам в табл. 2.

Испытания на износ ведут непосредственно на деталях на стенде СУ ,, в жидкой абразивной среде. Жндкотеку, честь определяют при 1400 С по длине

Как следует из табл. 1 и 2, до" полиительный ввод в состав чугуна

А1 N u P позволяет повысить жидкотекучесть в 1,03-1,26 раза, Й„ в

l,l 2-1,26 раза, HRC в 1,09-1,16; спирали трапециевидного сечения с основаниями 8,4 мм и 5 мм высотой

8,2 мм.

Химические составы сравниваемых

5 чугунов и уровень их свойств приведены в табл. I и 2.

Таблица 1 а также снизить износ в 4,06-9,06 раза.

Формула изобретенйя

Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, xpoN никель, медь, ванадий, редкоземель35 ные элементы и железо, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения жидкотекучести, твердости, предела прочности при изгибе и износостойкости, он дополнительно содержит

49 алюминий, азот и фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:

Углерод 2,7-3,6

Кремний 0,3 -0,8

Марганец 0,4 - 0,8

45 Хром 16,0 — 24,0

Ник ель 0,2- 0,6

Медь 0,2- 0,6

Ванадий Oв l - 0,3

Редкоземель50 ные элементы 0,01 — 0,10

Алюминий О, 05 — 0,12

Фосфор 0,01 — 0,12

Азот О, 005 — О, 010

Железо Ос таль ное