Лигатура для чугуна
Изобретение относится к металлургии, в частности к составам лигатур для износостойких чугунов доэвтектического состава. Цель - снижение износа в условиях полусухого трения и повышения эксплуатационной стойкости чугуна. Лигатура содержит медь, алюминий, фосфор, углерод, нитриды хрома, карбонитриды титана, магний, бериллий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: медь 12 - 15 алюминий 6 - 8 фосфор 5 - 10 углерод 0,07 - 0,3 нитриды хрома 22 - 27 карбонитриды титана - 10 - 15 магний 6 - 11 бериллий 0,2 - 0,7 и железо остальное. Дополнительный ввод в состав лигатуры нитридов хрома, карбонитридов титана, магния и бериллия обеспечивает повышение на 20 - 30% эксплуатационных характеристик чугуна за счет комплексного модифицирующего и микролегирующего действия. 2 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СК ИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР РГ.- 1Р„ у ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ q л 12-15 6 — 8 5 — 10 0,07 — 0,3 22-27 10-15 6 — 11 0,2-0,7 Остальное Медь Алюминий Фосфор Углерод Нитриды хрома Карбонитриды титана Магний Бериллий Железо (21) 4676054/02 (22)11.04;89 (46) 15.07.91. Бюл. М 26 (71) Гомельский политехнический институт (72) М.И. Карпенко (53) 669.15-198(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР bh 773115, кл. С 22 С 35/00, 1980. Авторское свидетельство СССР М 960294, кл . С 22 С 35/00, 1982. (54) ЛИГАТУРА ДЛЯ ЧУГУНА (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к составам лигатур для износостойких чугунов доэвтектического состава. Цель изобретения — снижение износа в усИзобретение относится к металлургии, в частности к составам лигатуры.для получения износостойких чугунов. Цель изобретения — снижение износа в условиях полусухого трения и повышение эксплуатационной стойкости чугуна. Поставленная цель достигается тем, что лигатура, содержащая медь, алюминий, фосфор, углерод и железо, дополнительно содержит нитриды хрома, карбонитриды титана, магний и бериллий при следующем соотношении компонентов, мас, : „„ЫЛ „„1663040 A l ловиях полусухого трения и повышения эксплуатационной стойкости чугуна. Лигатура содержит медь, алюминий, фосфор. углерод, нитриды хрома, карбонитриды титана, магний, бериллий и железо при следующем соотношении компонентов, мас. : медь 12 — 15; алюминий 6 — 8; фосфор 5-10; углерод 0,07-0,3; нитриды хрома 22 — 27; карбонитриды титана 10-15; магний 6 — 11; бериллий 0,2-0,7 и железо остальное, Дополнительный ввод в состав лигатуры нитридов хрома, карбонитридов титана, магния и бериллия обеспечивает повышение на 20-.30 эксплуатационных характеристик чугуна за счет комплексного модифицирующего и микролегирующего действия, 2 табл. Дополнительное введение в состав лигатуры нитридов хрома обеспечивает повышение стабильности структуры и коэффициента трения, твердости и прочностных свойств, что способствует повышению эксплуатационных характеристик чугуна. При концентрации нитридов хрома до 22 мас. износостойкость в условиях полусухого трения и эксплуатационные свойства недостаточны, а верхний предел -их концентрации (27 мас, ) обусловлен увеличением содержания неметаллических включений по границам зерен и снижением эксплуатационных свойств чугуна. Магний модифицирует структуру чугуна, что повышает его механические и эксплуатационные свойства. При ° концентрации магния до 6 мас. его модифицирующий эффект и эксплуатационные свойства низкие, а при увеличении его содержания более 11 мас. усиливается пироэффект при обработке чугуна, снижается 1663040 стабильность структуры, механических и эксплуатационных свойств, Бериллий измельчает и отбеливает структуру, повышает содержание зернистого перлита, механические и эксплуатационные свойства, но при его концентрации более 0,7 мас, увеличивается содержание цементита, что снижает предел выносливости при изгибе и эксплуатационные свойства. При содержании его до 0,2 мас. повышается содержание феррита, снижаются твердость, износостойкость и эксплуатационные свойства чугуна. Карбонитриды титана повышают стабильность структуры и коэффициента трения, что увеличивает износостойкость и эксплуатационные свойства. Микролегирующий эффект карбонитридов титана и повышение фрикционных свойств отмечаются их минимальной концентрацией в лигатуре 10 мас, /„а при увеличении их концентрации более 15 мас. повышаются хрупкость чугуна и нестабильность структуры, что снижает пределы прочности и выносливости при изгибе и эксплуатационные свойства. Концентрация алюминия снижена до 6— 8 мас, и меди до 12 — 15 мас., так как при более высоких их концентрациях усиливаются ликвационные процессы и возрастает нестабильность структуры, что снижает предел прочности при изгибе, износостойкость и эксплуатационные свойства. При их концентрации менее нижних пределов ухудшаются технологические свойства, укрупняется структура чугуна и эксплуатационные свойства. Фосфор в составе лигатуры обеспечивает повышение степени перлитизации структуры и твердости и износостойкости, его содержание оставлено в прежних пределах. Верхний предел содержания. углерода ограничен 0,3 мас., выше которого увеличивается количество феррита в структуре чугуна, снижаются его твердость, износостойкость и эксплуатационные свойства. Нижний предел концентрации (0,07 мас. ) обусловлен снижением технологических, механических и фрикционных свойств при более низких концентрациях, Пример. Для производства лигатур используют измельченные до фракции 0,1— 2 мм карбонитриды титана ФТ и 1Н; нитриды хрома в порошке С (11,8 азота) в соответствии с ТУ 6-09-03-45-75; магний в порошке Mr1; измельченный до фракции 0,1 — 3 мм сплав АБ-2; медь в соответствии с ГОСТ 859 — 78 марки М1; измельченный до фракции 0,1-3,0 мм бериллий Бе1, сорт 1, ТУ48-103-72; фосфор в порошке Ф1. Лига10 20 30 расплавленного металла. Химический со35 став чугуна перед микролегированием, 40 55 туру фракции 10-40 мм вводят в количестве 0,6 от массы чугуна. Для выплавки лигатуры оптимального состава (состав 2, табл.1) используют шихту, содержащую 26 кг меди, 17 кг сплава АБ-1; 16 кг фосфора; 20 кг магния; 46 кг нитридов хрома и 21 кг карбонитридов титана. Магний вводят в виде механической смеси вместе с нитридами хрома в порошке, карбонитридами титана фракции 0,1-2 мм и измел ьченного алюминийбериллиевого сплава АБ-2, Угар магния 17 — 19, Опытные плавки лигатур проведены в открытых индукционных печах емкостью 150 кг. Плавление шихты проводили в следующей последовательности. Сначала в индукционной печи расплавляют медь М1 (ГОСТ 859 — 78) под слоем древесного угля и раскисляют ее феррофосфором. Затем вводят сплав АБ-2 (ГОСТ 23911-79), нитриды хрома, магний и карбонитриды титана ФТ и 1Н (ТУ 6-09-112 — 85). После перемешивания и выдержки в течение 2 — 3 мин при 11801200 С лигатуру разливают в плоские металлические изложницы. В табл,1 приведены химические составы лигатур опытных плавок. Чугун выплавляли в дуговой электропечи марки ДС вЂ” 1,5 и выпускали в литейные ковши при 1470 — 1490 С. При заполнении ковша на 1/2 его высоты s расплав присаживают лигатуры составов 1-6 фракции 1040 мм в количестве 0.6 от массы мас. : углерод 2,6 — 2,7; кремний 1,2 — 1,3; марганец 0,6 — 0,7; фосфор 0,04 — 0,06; никель 0.20-0,22; хром 0,12 — 0,13; сера 0,05 — 0,06; железо остальное, Исследование микроструктуры и механических свойств проводят на цилиндрических 10 мм образцах в соответствии с ГОСТ 3443 — 87, ГОСТ 9012-59 и ГОСТ 1497 — 84. Интенсивность изнашивания определяли на кольцевых образцах 15-0.2 мм в соответствии с ГОСТ 23210-80, а износостойкость в условиях полусухого трения — по методике ВНИИНМАШ. Предел коррозионной усталости определяют на образцах типа У111 на базе испытаний 10 циклов, а эксплуатационную стойкость — на инерционных испытательных стендах по схеме неподвижная колодка из материала 6КХ-1Б — вращающийся цилиндр 60 мм из исследуемого микролегированного чугуна. В табл.2 представлены данные о механических и эксплуатационных свойствах микролегированных известной и предлагаемой лигатурами износостойких чугунов, 1663010 Как видно иэ данных табл.2, использование предлагаемой лигатуры для микролегирования износостойкого чугуна обеспечивает повышение предела коррозионной усталости, фрикционной износостойкости и эксплуатационных свойств в большей степени, чем известная лигатура. Формула изобретения Лигатура для чугуна, содержащая медь, алюминий, фосфор, углерод и железо, отличающаяся тем, что, с целью снижения износа в условиях полусухого трения и повышения эксплуатационной стойкости чугуна, она дополнительно содержит нитриды хрома, карбонитриды титана, магний и бериллий при следующем соотношении компонентов,мас. (,: Медь Алюминий Фосфор Углерод Нитриды хрома Карбонитриды титана M BI HHA .Бериллий Железо Таблица 1 Лигатура Содержание компонентов в лигатурах, мас.7 Бериллий Магний Карбонитриды титана Нитриды хрома Медь Алюминий Фосфор Углерод 5 0,07 22 8 О 12 25 10 О 3 27 4 О 02 21 6 05 28 12 13 6 8 6 11 12 12 16 0,2 0,5 0,7 0,1 0,8 0,3 Таблица 2 Эксплуатационная стойТвер-. Предел дость, выносНВ ливости, МПа Интенсивность изнашиПредел прочности при изгибе, МПа Лигатура Предел коррозионной Износ при полусухом трении, мг/см вания, Ih 10 кость, ч усталости, MIIa 1015 296 235 1360 330 248 1290 322 242 625 240 198 870 295 215 0,525 0,460 О, 485 О, 608 0,568 491 453 468 4,3 3 7 3,8. 5,1 4,8 832 786 805 0,630 481 220 185 450 760 5 3 Составитель А,Бармыков Редактор Н.Киштулинец Техред М.Моргентал Корректор М.Кучерявая Заказ 2238 Тираж 386 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 2 4 6(известная) 35 2 4 6 (известная) 12 — 15 6-8 5-10 0,07 — 0,3 22-27 10-15 6 — 11 0,2-0,7 Остальное.
