Износостойкий сплав

 

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе железа, в частности к материалам для производства узлов и деталей, подвергающихся при эксплуатации динамическим нагрузкам в условиях интенсивного абразивного изнашивания, например мелющие тела и бронефутеровочные плиты трубных мельниц. Целью изобретения является повышение пластичности и трещиноустойчивости при сохранении уровня ударно-абразивной износостойкости. Сплав содержит, мас.%: углерод 2,8-3,8

кремний 1,5-2,5

марганец 1-5

никель 0,5-2,5

хром 8-12

алюминий 0,05-0,15

титан 0,05-0,15

ванадий 1-0,5

бор 0,005-0,05

кальций 0,03-0,15

сурьма 0,008

железо остальное, при этом соотношение марганца и никеля составляет 2:1. Внедрение в производство предлагаемого сплава обеспечивает получение отливок с повышенным уровнем пластичности, трещиноустойчивости и ударно-абразивной износостойкости, что способствует повышению качества деталей при производстве и увеличению долговечности при эксплуатации. Срок службы быстроизнашивающихся узлов и деталей дробильно-размольного оборудования (бронеплит, перегородок, мелющих тел и др.) из предлагаемого сплава увеличивается на 50-70%. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ())5 С 22 С 37/1О 38/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2,8-3,8

1,5-2 5

1,0-5,0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4495343/27-02

1 (22) 17.10.88 (46) 07.12.90. Бюл. № 45 (71) Государственный всесоюзный научно-исследовательский институт цементной промышленности (72) В.А.Самойленко, Е.Н.Мухин, B.Г.Волков, Н.Е.Тарусин, Д,В.Новиков, В.Г.Хромов и Б.Д.Плотников (53) 669.13.018(088.8) (56) Asторское свидетельство СССР

¹ 1268632, кл. С 22 С 37/00, 1985 °

Авторское свидетельство СССР №- 1315511, кл. С 22 С 37/10, 1985. (54) .ИЗНОСОСТОЙКИЙ СПЛАВ (57) Изобретение относится к металлургии сплавов на основе железа, в частности к материалам для производства узлов и деталей, подвергающихся при эксплуатации динамическим нагрузкам в условиях интенсивного абразивного изнашивания, например мелющие тела и бронефутеровочные плиты трубных мельниц. Делью изобретения являИзобретение относится к металлургии сплавов на основе железа, в частности к изысканию материалов для производства узлов и деталей, подвергающихся при эксплуатации динамическим нагрузкам в условиях интенсивного абразивного изнашивания, например мелющие тела и бронефутеровочные плиты трубных мельниц.

Целью изобретения является повышение пластичности и трещиноустойчи1

ÄÄSUÄÄ. 161 74 А 1

2 ется повышение пластичности и трещиноустойчивости при сохранении уровня ударно-абразивной износостойкости.

Сплав содержит, мас.%; углерод 2,83,8; кремний 1,5-2,5; марганец 1-5; никель 0,5-2,5; хром 8-12; алюминий

0,05-0, 15; титан 0,05-0, 15; ванадий

1-0,5; бор 0,005-0, 05; кальций 0,030,15; сурьма 0,008; железо остальное, при этом соотношение марганца и никеля составляет 2: 1 ° Внедрение в производство предлагаемого сплава обеспечивает получение отливок с повышенным уровнем пластичности, трещиноустойчивости и ударно-абразивной иэносостойкости, что способствует повышению качества деталей при производстве и увеличению долговечности при эксплуатации. Срок службы быстроизнашивающихся узлов и деталей дробильно-размольного оборудования (бронеплит, перегороцок, мелющих тел и др.) иэ предлагаемоro сплава увеличивается на 50-70%.

2 табл. вости при сохранении уровня ударноабразивной износостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что сплав содержит углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, никель, алюминий, титан, бор, сурьму и железо Ф» при следующем соотношении компонентов, мас.:

Углерод

Кремний

Марганец

1611974

Никель 0,5-2,5

Хром 8-12

Алюминий О, Оэ-О, 1 5

Титан О, 05-0, 15

Ванадий О, 1-0,5

Бор 0,005-O 05

Кальций О, 03-0, 15

Сурьма 0,005"0,05

Железо Остальное 10 а бтношение марганца и никеля 2:1.

Легирование известного сплава ванадием в пределах О, 1-0,5 мас./ способствует повышению дисперсности продуктов распада аустенита, а перлит приобретает сорбитообразную форму, что в значительной степени стабилизирует карбидную фазу сплава и одновременно благоприятно сказывается на повышение пластичности предлагаемого сплава.

Введение бора, сильного дегазатора и раскислителя сплава воздействует эффективно на сложные тугоплавкие окислы хрома, титана и ванадия, повы- 25 шая жидкотекучесть сплава. Добавка бора в пределах 0,005-0,05 мас,/ оказывае":ся весьма влиятельной для образования твердого раствора внедрения и задеря.ания процесса структурных цревращений. Нераствор-алый бор связывается в нитриды и карбиды и в таком состоянии не влияет на температуру начала роста зерна и нрокаливаемость, но в значительной мере повышает плас- 5 тические и HslsKocTHbIe свойства сплава, при "òîì резко снижаются трещинообразов ания при отливке и термообработке деталей сложной конфигурации.

Присадка кальция в качестве модифизирующего элемента в пределах 0,030,15 мас. / приводит к уменьшению степени загрязненности сплава как строчечными включениями глинозема,так и окислами с кислородом и сульфидами с серой,которые весьма тугоплавки(18002700 С)и выплывают на поверхность рас 0 плава в шлак,что,в конечном результате, положительно сказывается на повышении жидкотекучести, пластических свойств, а также увеличивает трещиноустойчивость сплава даже при перегреве металла, Обработка жидкого сплава сурьмой в пределах 0,002-0,008 мас.X совмест55 но " такими раскислителями как крем— ний, алюминий, титан, кальций позволяет заметно повысить литейные свойства сплава эа счет резкого снижения загрязнения как стро чными включениями, так и ликвипации интергранулярных включений (сульфидов и оксидов) .

Такое сочетание раскисления и микролегирования сплава обеспечивает получение высоких пластических и вязкостных свойств, а также износостойких хао рактеристик сплава за счет образования новых тугоплавких соединений и перераспределения их при термической обработке. Причем способность сурьмы препятствовать образованию дополнительных фаз, одной из которых являются образования графита„приводит к торможению их роста, изменению формы, уменьшению дисперстности перлита и термодинамической активности кремния, титана и алюминия, способствующих свободному выпадению углерода в виде графита. Эти указанные факторы стабилизируют высокие механические характеристики ударостойкости и износостойкости.

Выбор количественного содержания марганца в пределах 1-5 мас./ никеля в пределах 0,5-2,5 мас.Е и кремния до 1,5-2,5 мас./ объясняется следующим образом.

Марганец активно подавляет перлитное превращение аустенита высокохромистых сплавов, при этом полное торможение перлитного превращения наблюдается при 5 мас.Е, а количество остаточного аустенита и его стабильность увеличиваются с ростом содержания марганца, что оказыва т сильное влияние на механические характеристики.

Вместе с тем марганец в сочетании с никелем в предлагаемом сплаве настолько стабилизирует аустенит и снижает температуру мартенситного превращения, что металлическая основа преимуществечно аустеыитная, а мартенсит и продукты диффузионного распада не образуются,. Причем, повышение литейчых и технологических свойств наблюдается при оптимальном соотношении марганца и никеля, равном 2;1. Это объясняется

"ем, что комплексное рациональное легирование сплава марганцем и никелем при указанном соотношении приводит к максимальному увеличению прокаливаемости сплава, равномерному распределению карбидной состав.-яющей структуры и аустенитнои матрицы и имеет практически перлитно-трооститную структуру.

S 161197

Кремний в указанных пределах положительно сказывается на увеличении прокаливаемости, а также обеспечивает стабильную ударо-абразивную изно5 состойкость.

Содержание алюминия 0,05-0, 15 мас..". и титана 0,05-0,15 мас.Е обеспечива, ет снижение хрупкости сплава за счет снижения литейных и термических напряжений в отливках и, как следствие, задержания процесса структурных превращений.

Выбранное соотношение марганца к никелю 2:1 является оптимальным для предлагаемого сплава, так как эти компоненты в соотношении более 2 и менее 1 резко снижают как литейно-технологические, так и механические характеристики. Это объясняется тем, что при указанном соотношении марганца к никелю обеспечивается максимальная прокаливаемость высокохромистого сплава и подавляет перлитное превращение в сечениях до 200 мм, а также способствует снижению трещинообразования в отливках, особенно при отливке в металлические кокильные формы..

Пример. Выплавку сплава производят в индукционной печи ИЧТ-6. 30

Химический состав предлагаемого сплава и известного приведены в табл.1, литейные, технологические и механические характеристики предлагаемого сплава и известного — в табл. 2.

На трещиноустойчивость образцы в виде мелющих цилиндров 25 мм и длиной 38 мм из предлагаемого сплава и известного испытывают в процессе их отливки на конвейерно-кокильной маши- щ0 не, с применением поверхностного душевого — водяного охлаждения в течение 1 мин.

На ударно-абразивный износ испытания производят таких же мелющих ци- 45 линдров из предлагаемого сплава и известного в центробежно-метательной машине при вращении барабана

550 об/мин и наличии сырьевой абразивной смеси для получения клинкера 50 и длительностью 20 мин.

Испытания на удяроуетойчивость мелющих цилиндров из предлагаемого

4 б сплава и известного проводят на маятниковом копре МК ПМ3-14, с динамическим ударом бойка 14 кгм.

Как видно из табл. 2, образцы из предлагаемого сплава при указанном диапазоне легирования и рациональном соотношении марганца и никеля, равном

2:1, обладают более высокими свойствами пластичности и трещиноустойчивости, при сохранении высокого уровня ударно-абразивной износостойкости.

При содержании легирующих присядок ниже нижнего предела к предлагаемому химическому составу и выше верхнего предела наблюдается ухудшение комплекса свойств.

Таким образом, предлагаемый сплав обладает боге высокими литейными, технологическими и механическими характеристикями по сравнению с изв» тным износостойким сплавом, и можа быть использован в промышленности для быстроизнашивающихся деталей, эксплуатирующихся в условиях динамических нагрузок и абразивного изнашивания.

Формула изобретения

Из но со стойкий сплав, соде ржящий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, алюминий, никель, кальций, титан и железо, о т л и ч я ю шийся тем, что, с целью повышения пластичнос-: ти и трещиноустойчивости при сохранении уровня ударно-абразивной износостойкости, он дополнительно содержит бор и сурьму при следующем соотношении компонентов, «ас.Л:

Углерод 2,8-3,8

Кремний t,5-2,5

Марганец 1-5

Хром 8-12

Ванадий 0,1-0,5

Алюминий 0,05-0,;5

Никель 0,5-2,5

Кальций 0,03-0,15

Титан 0,05-0,15

Бор 0,005-0,050

Сурьма 0,005-0,050

Железо Остальное при этом соотношение марганца и никеля составляет 2:1.

1611974

Te блица 1

1,8 0>5

2,6 0

3,5 1,5

1,0 15 0 0,1 0,1 0,03

25 185, 2 ° О 04 05

40220300810

0 1 0 1 О 005 О 4

0,17 0 3 0,009 0,7

0 ° 25 О 5 0 015 1,0

Осталъыое и

2,8 1,5

3,3 2,0

3,8 2,5

1 ° О 81 - О130 102 03

50 )20 05.

0,05 - 0,5 0 05 0,005 0,005

0>10 1э5 Оэ09 Оэ10 Оэ025 Оэ03

0 15 - 2,5 0,15 0 15 0 05 0 05

Та блица2 честь, мм

Число ударов до разрушения

Трещиноустойчивость количестУдарноабраS HB HhIH

ОтносительСостав ное удлинение износ во влажной среде, г во горя" чих трещин

3298

2442

2138

О, 101

О, 140

0,165

6

484

388

357

2,2

1,2

Ов7

4516

4588

4574

0,074

0,070

О, 065

Нет

2,9

3,8

6,3

543

611

638 и

Составитель Н.Шепитько

Редактор Н. Гунько Техред М.Дидык

Корректор Л. Бескид

Заказ 3815 Тираж 485 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101

ИэеестяйФ

2

Предла гаемнй

2

Известный

2

Предлагаемый

2

Содериаиие компоыеытов, мас.Х г V No А1 РЗИ Ni Ca Ti В Sb Pe