Состав для поверхностного легирования отливок
Изобретение относится к литейному производству, в частности к технологии получения слитков с биметаллической структурой . Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости металла отливок в расплавленном стекле, повышение стойкости к межкристаллитной коррозии и к термоциклическим нагрузкам, Состав содержит, мас.%: хром 62-71; бор 0.05-0,08; иттрий 0,09-2,1; бериллий 0,07-1,9; никель 19-28, алюминий 0,04-0,09; ферротитан 2-4; калия фтортанталат 0,5-1,8; железо остальное. 2 табл.
COIO3 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)ю В 22 С 3/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4777126/02 (22) 02.01.90 (46) 07.12.91, Бюл. N 45 (71) Краматорский и ндустриал ьн ы и институт (72) А.В.Дубинин, И.П.Катасонов, П.А.Гавриш и С.М,Баландин (53) 621.746.58(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР
N 923712, кл. В 22 С 3/00, 1982. (54) СОСТАВ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ ОТЛИВОК
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при производстве слитков с биметаллической структурой.
Цель изобретения — повышение коррозионной стойкости металла отливок в расплавленном стекле, повышение стойкости к межкристаллитной коррозии и к термоциклическим нагрузкам.
Состав для поверхностного легирования отливок содержит хром, бор, никель, железо и дополнительно иттрий, бериллий, алюминий, ферротитан, калия фтортанталлат при следующем соотношении компонентов, мас,%:
Хром 62 — 71
Бор 0,05 — 0,08
Иттрий 0,09-2,1
Бериллий 0,07 — 1,9
Никель 19 — 28
Алюминий 0,04 — 0,09
Ферротитан 2 — 4
Фтортанталат калия 0,5 — 1,8
Железо Остальное
„„ Ы„„1696095 А1 (57) Изобретение относится к литейному производству, в частности к технологии получения слитков с биметаллической структурой. Цель изобретения — повышение корроэионной стойкости металла отливок в расплавленном стекле, повышение стойкости к межкристаллитной коррозии и к термоциклическим нагрузкам. Состав содержит, мас,%: хром 62 — 71; бор 0,05 — 0,08; иттрий
0,09 — 2,1; бериллий 0,07 — 1,9; никель 19-28, алюминий 0,04 — 0,09; ферротитан 2 — 4; калия фтортанталат 0,5-1,8; железо остальное, 2 табл.
Хром в заявленном составе применяется для повышения коррозионной стойкости металла, повышения прочности, Благодаря легированию хромом, легированный слой металла на железо-никель-хромовой основе обладает жаропрочностью. Хром способствует повышению прочности легируемого металла, причем повышение прочности обеспечивается путем совместного введения алюминия и титана в виде ферротитана, которые упрочняют твердый раствор путем выделения интерметалидов, Оптимальное содержание хрома 62 — 71%. При его содержании менее 62;% снижаются коррозионные свойства металла, а при содержании хрома более 71% снижается пластичность металла.
Бор источник активных атомов бора для образования на поверхности твердых сплавов боридов, обладающих высокой твердостью и износостойкостью. Наличие в составе ферротитана и бора позволяет образовывать на поверхности стали боридный слой (FeB и F2B), этот однофаэный борид1696095 иый слой обладает пониженной хрупкостью, При реакции бора с фтортаиталатом калия образуешься фторид бора, создающий восстановительную атмосферу, снижая пористость металла. Бор совместно с алюминием служит раскислителем, Оптимальное содержание бора 0,05-0,08, При содержании. бора менее 0,05 указанные эффекты проявляются в недостаточной степени, а при его содержании более 0,08 ф> образуются двухфазные боридные слои с повышенной хрупкостью, Иттрий способствует измельчению зерна, повышает >каропрочность, разгаростойкость и коррозионную стойкость в расплаве стекла, Измельчая зерно, иттрий ускоряет формирование частиц новой фазы, иитеисифицируя диффузионные процессы. Иттрий связывает углерод, переходящий из основного металла в тугоплавкие карбиды, которые, располагаясь внутри зерен металла, снижают вероятность коррозии. Оптимальное содержание иттрия 0,09 — 2,1, При содержании иттрия менее 0,09 его влияние недостаточно, а при его содержании более
2,10 дальнейшего улучшения свойств металлл а н е и рои сходит.
Бериллий служит для снижения термических напряжений в поверхностном слое металла, повышения стойкости к термоциклическим нагрузкам. Бериллий я вляется поверхностью активным элементом, способным к локализации на межфазных границах, Локализуясь на межфазных границах он способствует ослаблению термических напряжений растрескивания, Совместно с MT грием бериллий способствует удалению с поверхности металла иеметаллических включений. таких, например, как сера.
Бериллий совместно с иттрием активно связывает диффундирующий вглубь металла кислород в тугоплавкий окисел, который аналогично тугоплавкому окислу иттрия препятствует дальнейшему проникновению кислорода в металл, Коэффициент теплопроводности окислов бериллия превосходит коэффициенты теплопроводности остальных окислов металлов, участвующих в с бразоваиии окисной пленки HB поверхносги металла. Тем самым окись бериллия обеспечивает отвод тепла от поверхности окисной пленки в ее глубину, а значит, счижает напряжения, возникающие при периодических циклах нагрева — термоциклических нагрузках. Оптимальное содержание бериллия 0,07 — 1,9 При содержании бериллия менее 0,07% наблюдается растрескивание при термоцикличес <их нагрузках, а при его содержании более
;>5
:i5
1,9 дальнейшего улучшения свойств металла не происходит, Никель в составе необходим не только, для получения устойчивой аустенитной структуры, но и для образования достаточного количества интерметаллидной фазы (Ti
+ AI + Nl), Никель повышает прочность и стойкость к короэии. Соотношение интерметаллидной фазы способствует сопротивляемости сплава коррозии. Оптимальное содержание никеля 19 — 28 . При содержании никеля менее 19 повышается хрупкость металла, а при его содержании более
28% дальнейшего улучшения свойств металла практически не наблюдается.
Алюминий в составе является раскислителем, кроме того, эа счет образования алюминидов никеля он упрочняет металл.
Жаропрочные свойства и прочностные характеристики сплавов на железо-хромо-никелевой основе зависит от содержания титана и алюминия. Только комплексное легирование приводит к улучшению свойств металла. Оптимальное содержание алюминия 0,04 — 0,09. При содержании алюминия менее 0,04 нарушается соотношение между весовыми концентрациями элементов, что приводит к снижению прочности, а при содержании алюминия более 0,09 образующаяся на поверхности металла оксидная пленка склонна к растрескиванию, Ферротитан является истоЧником титана в составе. Повышение прочностных свойств при введении титана является результатом образования высокодисперсной интерметаллидной фазы. Оптимальное содержание ферротитаиа 2-4 . При егo содержании менее 2 его влияние недостаточно, а при содержании ферротитана более 4 металла приобретает низкую пластичность.
Фтортанталат калия является источником фтора в шкале и источником тантала в легируемом металле, Фтортаиталат калия, являясь источником фтора. препятствуетобраэованию пор в легируемом металле так как он, реагируя с бором, создает восстановительную атмосферу, отфлюсовывает окислы на поверхности металла и повышает разгаростойкость так как наличие окислов. например никеля, в металле приводит к образованию эвтектики Ni — NiO, которая увеличивает хрупкость металла, особенно при повышенных температурах. Образующийся тантал переходит в металл, а калий, имея низкую температуру кипения (759 С), возгоняется. Тантал способствует уводу карбидов вглубь зерен, повышая тем самым стойкость металла и межкристаллитной корооэии. Оптимальное содер>кание фтортан1696095
62-71
0,05-0,08
0,09 — 2,1
0,07 — 1,9
19-28
0,04 — 0,09
2 — 4
0.5 — 1.8
Остальное
50 талата калия 0,5 — 1,8%. При содержании фтортанталата калия менее 0,5% его влияние недостаточно, а при содержании более
1,8% дальнейшего улучшения свойств металла не происходит.
Приготовлены предлагаемые составы для поверхностного легировэния отливок (табл. 1) и состав смеси, принятой зэ прототип, содержащей компоненты, мас,%;
Хром 64,0
Никель 32,0
Бор 0,004
Кальций 0,003
Ниобий 0.05
Железо Остальное
Указанные смеси в виде полых цилиндрических оболочек получают путем формовки их в специальных металлических формах (причем смесь предварительно смешивают с порошком пульвербанелита), При подогреве до 350 — 370 С смесь отвердевает. После охлаждения до комнатной температуры полученные оболочки извлекают из форм, Полученные таким образом полые цилиндрические оболочки ф 135х150 I = 250 мм устанавливают в изложницу с рабочим диаметром 160 мм. Зазор между внутренней стенкой изложницы и наружной поверхностью оболочки засыпают кварцевым песком. В изложницы с установленными в них оболочками, содержащими состав для поверхностного легирования, заливают сталь
35Л. Получают биметаллические слитки ти. па углеродистая сталь — нержавеющая сталь, а после обжатия слитков на 50% получают биметаллический прокат.
Определение разгаростойкости (стойкости к термоциклическим нагрузкам) проводят по методике проблемной лаборатории ЖдМИ. Образец с помощью прижима закрепляют на рабочем столе установки. Контактным способом производят нагрев до 950 С, затем образец охлаждают прочной водой до 50 С. Время нагрева и охлаждения составляет t2 с, Сравнительную оценку термостойкости производят по количеству термоциклов до образования первой трещины разгара. Определение коррозионной стойкости металла н расплавленном стекле производят на образцах размером 60 30х4 мм, Образцы полируют, затем выдерживают в течение 64 ч в расплавлен5 ном стекле состава, мас.%: окись кремния
62,6; окись алюминия 15,4; окись кальция
12,5; окись магния 5; окись натрия 2,5; окислы железа менее 1; ион фтора 2 при температуре 850 С, после чего их вынимают из
10 печи и очищают от стекла. Осмотр поверхности производят с помощью лупы Х5. Потери от коррозии определяют весовым способом. Стойкость к межкристаллитной коррозии определяют методом BY.
15 Технико-экономические показатели предлагаемого и известного составов приведены в табл. 2.
Как видно из табл. 2 предлагаемый состав (составы 2 — 4) обеспечивает большую
20 стойкость к термоциклическим нагрузкам, большую коррозионную стойкость в расплаве стекла, большую стойкость к межкристаллитной коррозии перед известным составом, принятым за прототип. При со25 держании компонентов состава больше или меньше оптимального его свойства ухудшаются, Формула изобретения
Состав для поверхностного легирова30 ния отливок, содержащий хром, бор, никель, железо, отличающийся тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости металла отливок в расплавленном стекле, повышения стойкости к межкристаллитной
35 коррозии и к термоциклическим нагрузкам, он дополнительно содержит иттрий, бериллий, алюминий, ферротитан, фтортанталат калия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
40 Хром
Бор
Иттрий
Бериллий
Никель
45 Алюминий
Ферротитан
Фтортанталат калия
Железо
1696095
Таблица 1
Содержание компонентов, мас., Компоненты
0,5
Остальное
Таблица 2
Состав оличество циклов плосмен до образо<ия пефвойтре щинь
Редактор M. Бланар
Заказ 4257 Tl1 раж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101
Хром
Бор
Иттрий
Берилий
Никель
Алюминий
Ферротитан
Фтортантала калия
Железо
Предлагаемый
2
4
Известный
0,08
2,) 0,07
0„04
766
922
908
781 . 584
Составитель О. Беликов
Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Т. Малец
