Чугун

 

Изобретение относится к металлургии л может быть использовано для изготовления деталей, работающих в условиях трения. Цель изобретения - повышение прочности, ударной, вязкости и износостойкости. Предложенный чугун содержит, мас.%: С 2,85- 3,4; S( 0,57-1,0; Мп 0,25-0,59; Сг 14,1-17,9: Си 0,25-0,49; N 0,005-0,05; V 0,05-0,18; Ni 0,05-0,19; РЗМ 0,01-0,104; Fe остальное. Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна V, NI и РЗМ позволяет повышать оь в 1,05-1,07 раза; dn в 1,12-1,16 раза и снизить износ в 1,10-1,17 раза. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s С 22 С 37/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ,./

2,85 — 3,40

0,25 — 0;59

0,57-1,0

14,1-17,9

0,25 — 0,49

0,05 — 0,19

0,005 — 0.05

0,05-0,18

0,01-0,10

Остальное (21) 4823180/02 (22) 07.05.90 (46) 23.03.92. Бюл. N. 11 (71) Белорусский технологический институт им. С.М.Кирова (72) A.È,Ãàðoñò. В.Ф.Дурандин, Н.А.Свидунович, Ж.M.Óðáàíåê, В.А.Гольдштейн, С.В,Жабин, Ю.А.Журавлев, Н.А.Миронов, В.Н.Кабаков, Ю.К.Чернышев, А;М.Лабзин и

А.А. Бры ндин (53) 669.15 — 196(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1281600, кл. С 22 С 37/10, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N 1252379, кл, С 22 С 37/06.

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам сплавов на основе железа, обладающих повышенной прочностью, ударной вязкостью и износостойкостью, и может быть использовано для изготовления деталей, работающих в условиях трения.

Цель изобретения — повышение прочно.сти, ударной вязкости и иэносостойкости.

Чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас. /:

Углерод

Марганец

Кремний

Хром

Медь

Никель

Азот

Ванадий

Редкоземельные металлы

Железо

ЫЛ 1721113 А1 (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления деталей, работающих в условиях трения.

Цель изобретения — повышение прочности, ударной. вязкости и износостойкости. Предложенный чугун содержит, мас. (,; С 2,85—

3,4; Ы 0,57 — 1,0; Мп 0,25 — 0,59; Cr 14,1 — 17,9:

Си 0,25 — 0.49; N 0,005 — 0,05; V 0,05 — 0,18; Ni

0,05 — 0,19; Р3М 0,01 — 0,104; Fe остальное, Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна V, Nl и РЗМ позволяет повышать оь в 1,05-1,07 раза; d> в 1,12 — 1,16 раза и снизить износ в 1,10-1,17 раза. 1 табл.

Отличием предлагаемого состава является оптимальное содержание легирующих элементов, позволяющее получить необходимую структуру чугуна, обеспечивающую его высокую прочность, ударную вязкость и износостойкость. Азот и редкоземельные металлы, являясь поверхностно-активными элементами, увеличивают степень переохлаждения расплава. Однако по мере понижения температуры создаются термодинамические условия к активному взаимодействию определенной части азота с легирующими элементами, в первую очередь ванадием, с образованием тугоплавких нитридов. Мелкодисперсные нитриды ванадия являются дополнительными центрами кристаллизации и наряду с поверхностноактивными элементами (азотом и редкоземельными металлами) уже на первом этапе кристаллизации дают модифицирующий эффект, обеспечивая получение ледебурита оптимального строения.

1721113

При дальнейшем понижении температуры создаются условия к активному взаимодействию не связанного азота с хромом, который находится преимущественно в растворенном состоянии, с образованием нитридов хрома. При этом имеет место диффузия атомов азота из приграничных зон к растворенному храму. Нитриды хрома равномерно распределяются в основе аустенитного зерна.

Таким образом, в результате первичной кристаллизации образуется мелкозернистый ледебурит с равномерно распределенными включениями нитридов (карбонитридов) ванадия и хрома, которые наряду с растворенными никелем, медью и другими легирующими элементами обеспечивают высокую плотность дислокаций.

Медь и никель в указанных оптимальных концентрациях, повышая устойчивость аустенита, при закалке обеспечивают формирование мартенсито-карбонитридной структуры с небольшим количеством остаточного аустенита. Кроме того, в результате термической обработки определенная часть азота. находящегося в виде сегрегационных включений, дополнительно реагирует с нитридообразующими элементами. Нитриды (карбонитриды) прочно закреплены в металлической матрице и имеют высокую прочность и стойкость, Указанные факторы обеспечивают высокую прочность, ударную вязкость и износостойкость чугуна, Пример 1. В плазменно-индукционной печи ИСТ вЂ” 016 с кислой футеровкой выплавляют чугун следующего химического состава, мас. /: углерод 2,85; марганец 0,59: кремний 0,57, хром 17,9; медь 0,25; никель

0,19; азот 0,05; ванадий 0,05; РЗМ 0,10. B качестве шихтовых материалов использу .от передельный чугун, стальной лом, ферросплавы, никель, медь и лигатуру с редкоземельными элементами. Азот вводят из плазменной дуги, используя в качестве плазмообраэующего газа смесь аргона и азота.

Режим работы плазмотрона: ток дуги

400 — 450 А, рабочее напряжение 90-130 В, расход плазмообразующего газа 0,5 г/с; состав газа: 80 аргона и 20 азота, Продолжительность обработки плазменной дугой

27 мин.

Чугун заливают в разовые песчаные формы. Отливки отжигают по режиму: медленный нагрев(50 град/ч)до 600 С и выдержка 1 ч при этой температуре, затем нагрев до 850 С с выдержкой 2,5 ч и медленное охлаждение (с печью) до 400 С, дальнейшее охлаждение на воздухе. Твердость отливок после отжига НВ 332-351, 5

Из отливок вырезают образцы для определения механических свойств, химического и металлографического анализов и проводят термическую обработку. Режим окончательной термообработки: закалка на воздухе от 980 С и отпуск при 170 — 200 С в течение 2 ч, Твердость после термообработки HRC 61 — 64.

Содержание компонентов в указанных пределах обеспечивает после окончательной термической обработки чугуна получение оптимальной мартенсито-карбонитридной структуры без структурно-свободного.углерсда с небольшим количеством остаточного аустенита. Металлическая основа — отпущенный мартенсит, В металлической основе равномерно распределены мелкодисперсные карбонитриды хрома и ванадия.

Механические свойства определяют по стандартным методикам. Испытания на изнашивание чугунных образцов проводят на машине типа Савина-Шкода при нагрузке

150 Н по схеме образец — твердосплавный диск. Износостойкость оценивают по абсолютной величине износа за 60 мин испытаний, Микроструктуру чугуна исследуют на металлографическом микроскопе "Neophot

21".

Результаты испытаний чугуна данного состава приведены в таблице (состав 1).

Пример 2. В плазменно-индукционной печи ИСТ вЂ” 610 с кислой футеровкой выплавляют чугун следующего химического состава, мас. : углерод 3 4; марганец 0,25; кремний 1,0; хром 14,1; медь 0,49; никель

0,0; азот 0,005; ванадий 0,18; РЗМ 0,01.

Режим работы плазмотрона; ток дуги

400-450 А, рабочее напряжение 70-100 В, расход плазмообразующего газа 0,5 г/с, состав газа: 965 аргона и 4 азота, Продолжительность обработки плазменной дугой 15 мин (таблица, состав 2), Пример 3. В плазменно-индукционной печи ИСТ вЂ” 016 с кислой футеровкой выплавляют чугун следующего химического состава, мас. ; углерод 3,1; марганец 0,4; кремний 0,83;.хром 16,0; медь 0,37; никель

0,12; азот 0,028; ванадий 0,12; РЗМ 0,05.

Режим работы плазмотрона; ток дуги

400-450 А, рабочее напряжение 80-120 В, расход плаэмообразующего газа 0,5 г/с, состав газа: 85 аргона и 15 азота. Продолжительность обработки плазменной дугой

21 мин (таблица, состав 3), Пример 4. В плазменно-индукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой выплавляют чугун следующего химического состава, мас. : углерод 2,7; марганец 0,67; кремний 1,16; хром 12,9; медь 0,18; никель

1721113 ет высокой прочностью(778 — 793 МПа) и значительной ударной вязкостью (86 — 92 кДж/м ), величина износа его существенно меньше и составляет 2,39-2,52 г/м ° ч, я

Содермание эленентов, мас.2....".:1:.". -. " ..f. ...

Состав чуМеханические свойства гуиа

С Ил бв,! а„, Износ, йПв (кДв/мз r/мз ч

РЗИ - Ре

Рредла гаемьй

793 86 2,46

778 92 . 2,52

786 89 2,39

2,85 0,59 0,57 17,9

0,25 0,19 0,050 0>05

0,49 0,05 0,005 0,18

0 37 О 12 О 028 О 12

0,10 Остальное

0,01 То ве

2 3,40 0,25

3 3,10 0,40

1,0 14,1

0,83 16,0

0,05

Не соответствуовий предлагаемому

4 2,7 0,67

724 79

738 81

1,16 12,9 0,18 0,03 0,059 0,27 0,15

2,86

5 (известный) 2,81

0,64 0,42 17,16 0,21 - 0,062

2,79

Другие элементы:

2i " 0,26

2в — 0,023

Составитель Ж.Урбанек

Техред М.Моргентал Корректор С. Шевкун

Редактор И.Шулла

Заказ 929 Тираж 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

0,03; азот 0,059; ванадий 0,27; РЗМ 0,15, Данный состав не является оптимальным и выходит за и редел ы и редл ага е мого.

Режим работы плазмотрона: ток дуги

400 — 450 А, рабочее напряжение 90 — 130 В, 5 расход плазмообразующего газа 0,5 г/с, состав газа; 80% аргона и 20% азота. Продолжительность обработки плазменной дугой

33 мин (таблица, состав 4).

Пример 5. В плазменно-индукцион- 10 ной печи ИСТ вЂ” 016 с кислой футеровкой выплавляют чугун следующего химического состава, мас.%: углерод 2,81; марганец 0,64; кремний 0,42; хром 17,16; медь 0.21; азот

0,062; титан 0,26; цинк 0,023. Состав чугуна 15 соответствует а,с. СССР ¹ 1252379.

Режим работы плазмотрона: ток дуги

400-450 А, рабочее напряжение 90-130 В, расход плазмообразующего газа 0,5 г/с; состав газа . 80% аргона и 20% азота. Продол- 20 жительность обработки плазменной дугой

35 мин (таблица, состав 5), Таким образом, примеры 1 — 5 показывают, что чугун п редлагаемого состава обладаФормула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, азот и железо, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения прочности, ударной вязкости и износостойкости, он дополнительно содержит ванадий, никель, и редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Медь

Азот

Ванадий

Никель

Редкоземельные металлы

Железо