Износостойкий чугун

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к чугунам, работающим в условиях абразивного изнашивания, и может быть использовано для деталей дробеметного оборудования, в частности лопаток. Цель изобретения - повышение ударной вязкости, твердости и эксплуатационной стойкости. Предлагаемый чугун содержит, мас.%: углерод 2,5-3,5, кремний 0,0015- 0,15; марганец 0,0015-0,05; хром 16-22; вольфрам 0,2-1,0; кобальт 0,3-2,0; алюминий 0,05-0,15; барий 0,02-0,08; железо - остальное. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s С 22 С 37/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Од (Я 6д ,СО о )>

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4865690/02 (22) 19.06.90 (46) 23,05.92, Бюл. ¹ 19 (71) Минский городской центр научно-технического творчества молодежи им. П.М.Машерова и Лебедянский машиностроительный завод им. 60-летия. СССР (72) Л.З,Писаренко, А,С.Монаенков, М.Б.Трунов и B.B.Æóðáèí (53) 669.15-196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹729273,,кл. С 22 С 37/10, 1978.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1125279, кл. С 22 С 37/10, 1973.

Изобретение относится к металлургии, в частности к чугунам, работающим в условиях абразивного изнашивания, и может быть использовано для деталей дробеметного оборудования, в частности лопаток.

Известен износостойкий чугун, содержащий, мас.%:

Углерод 1,8-2,2

Кремний 3,5-6,0

Марганец 0,2-0,8

Хром 16-21

Бор (или титан) 0,1 — 0,3

Молибден 0,5-1,5

Железо Остальное

Однако чугун известного состава ввиду высокого содержания кремния имеет низкую прочность, пластичность и недостаточную эксплуатационную стойкость. Поэтому дробеметные лопатки, изготовленные из такого чугуна в процессе эксплуатации под воздействием дроби разрушаются уже в первые часы работы, Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому ре,. Ы,, 1735386 А1 (54) ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к чугунам, работающим в условиях абразивного изнашивания, и может быть использовано для деталей дробеметного оборудования. в частности лопаток.

Цель изобретения — повышение ударной вязкости, твердости и эксплуатационной стойкости. Предлагаемый чугун содержит, мас.%: углерод 2.5 —.3,5, кремний 0,00150,15; марганец 0,0015 — 0,05; хром 16-22; вольфрам 0,2 — 1,0: кобальт 0,3 — 2,0; алюминий 0,05 — 0,15; барий 0,02 — 0,08; железо— остальное. 1 табл. зультату является износостойкий чугун следующего состава, мас.,;

Углерод 2,8 — 3,2

Кремний 0,8-1,0

Марганец 0,5-0,8

Хром 17,0 — 23,0

Алюминий 0,1 — 0,3

Олово 0,05 — 0,2

Железо Остальное

Данный чугун отливают только в кокиль для получения мелкозернистой структуры отливок при ускоренном охлаждении и в сочетании с последующей нормализацией при 900 — 930 С и отпуском при 250 — 280 С повышается его ударная вязкость, износостойкость и эксплуатационная стойкость.

Однако используемые унифицированные лопатки при разработке технологии получения их в кокиль подвергаются существенным конструктивным изменениям из-за увеличения литейных уклонов, радиусов, так как тонкостенные отливки унифицированных лопаток при литье в кокиль подвержены короблению и трещинообразованию, требу1735386 ется увеличение толщины рабочей плоскости, а следовательно, и массы отливок, что ведет к увеличению нагрузки на подшипники и вал колеса турбины и тем самым уменьшается срок их службы. Кроме того, 5 получение отливок лопаток в кокиль требует использования дорогостоящей, имеющей низкую стойкость оснастки, усложненной технологии получения отливок и выделения дополнительных площадей под специали- 10 зированные участки, что не всегда приемлемо в условиях действующего производства.

Целью изобретения является повышение ударной вязкости, твердости и эксплуатационной стойкости. 15

Предлагаемый чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром и алюминий, дополнительно содержит вольфрам, кобальт и барий при следующем соотношении компонентов, мас. : 20

Углерод 2,5-3,5

Кремний 0,0015 — О, 15

Марганец 0,0015-0,05

Хром 16 — 22

Вольфрам 0,2 — 1,0 25

Кобальт 0,3-2,0

Алюминий 0,05 — 0,15

Барий 0,02 — 0,08

Железо Остальное

В качестве примеси предлагаемый чу- 30 гун может содержать ванадий, титан, никель, фосфор и серу.

В предлагаемом чугуне пределы по содержанию углерода и хрома выбирают из расчета обеспечения высоких твердости, 35 ударной вязкости и износостойкости как в литом, так и в термообработанном состоянии, При содержании 2,5 — 3,5 мас. углерода и 16 — 22 мас. хрома и отношении Cr/Ñ 40

4,7-8,4 обеспечивается получение в литом-, состоянии аустенитной структуры с равномерно распределенными в ней эвтектическими компактными хромистыми карбидами типа (Cr, Ре)зС и (Cr, Ее)7Сз, ко- 45 личество которых 28 — 33 от общего объема металла, максимальная износостойкость и прочность чугуна. После термической обработки структура сплава состоит из легированного мартенсита, компактных 50 эвтектических и мелкодисперсных вторичных карбидов типа (Сг, Ее)7Сз, обладающих высокой твердостью и прочно удерживающихся в мартенситной матрице, имеющей высокую износостойкость. 55

Выплавку чугуна производят в индукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой. B качестве шихтовых материалов (в расчете на 100 кг) используют углеродистый полупродукт, получаемый после деванадации ванадиевого чугуна в конвертерах и содержащий, мас. : углерод не менее 3,4; кремний, марганец, хром, ванадий по 0,02 — 0,1; титан не более 0 03; фосфор и сера не более 0,06, Стружку и отходы от производства деталей из сплава стеллит, содержащего, мас, : кобальт 47-53; хром 27-33; вольфрам 13-17; хром металлический, ферросиликобарий, алюминий, На дно тигля индукционной печи загружают расчетное количество стружки и отходов сплава стеллит, хром, чушки полупродукта углеродистого, производят плавку и перегрев чугуна до 1520-1580 С, В жидкий чугун вводят 0,2 — 0,3 мас, ферросиликобария, а непосредственно перед разливкой в ковш — 0,05 — 0,15 мас. алюминия.

Температура заливки чугуна в формы 1400—

1450 С.

Проводят 11 плавок предлагаемого и три плавки известного чугунов с различным содержанием химических элементов.

Известный чугун можно использовать только при отливке в кокиль.

В таблице даны сравнительные данные по твердости, ударной вязкости и эксплуатационной стойкости известного и предлагаемого составов чугуна, отливки из которых получают в равных условиях охлаждения, т.е. при заливке в песчаные формы и прошедшие термическую обработку по одинаковому режиму — нормализацией на воздухе с температуры 900-950 С и последующим отпуском при 250 — 280 С.

Как видно из таблицы, при отливке в одинаковых условиях охлаждения в песчаных формах и термообработке по единому режиму, эксплуатационная стойкость лопаток из предлагаемого состава чугуна в среднем в 1,7 раза превышает стойкость лопаток из известного состава чугуна. При этом ударная вязкость и твердость предлагаемого чугуна в среднем в 2,2 раза и на 4 ед, HRC выше соответствующих показателей известного чугуна, Эксплуатационная стойкость лопаток, полученных из предлагаемого чугуна в песчаные формы, сопоставима и близка с эксплуатационной стойкостью лопаток из известного чугуна, полученных отливкой в кокиль, равняются соответственно в среднем 216 и 230 ч.

При заливке предлагаемого чугуна в кокиль показатели эксплуатационной стойкости лопаток на 15-20 выше эксплуатационной стойкости лопаток из известного чугуна, также отлитого в кокиль.

Это свидетельствует о возможностях ис- пользования предлагаемого чугуна для раз1735386 дости и эксплуатационной стойкости, он дополнительно содержит вольфрам, кобальт и барий при следующем соотношении компонентов, мас. :

5 Углерод 2,5-3,5

Кремний 0,0015-0,15

Марганец 0,0015-0,05

Хром 16-22

Алюминий 0,05 — 0,15

10 Вольфрам 0,2-1,0

Кобальт 0,3 — 2,0

Барий 0,02 — 0,08

Железо Остальное

Твердость H))C в состоянии

Плавка

ЭксплуатациХимический состав чугуна, нас.4

Ударная вязкость, к

Si ге

Со оная стойЛи) ОМ (I) тЕрмООбпесчаную работанОорму) ном кость ч

))заветная

2.

3 г>редлягаемая

2,8

3.0

3,2

0,8

0,9

0,95

0,8 )д

0,7 20

0,5 23

58-60

58-62

60-62

4д-52

50-54

52-56

90-110

105- ) 20

I )0-13G

0,09

С,!3

0,14

Остальное

11

0,17

0,21

0,19

0,15

0,1

0,04

0,0015 16

0,0015 18

О,G! 20

0,05 21

0,02 19

0,02 19

0,02 )д

0,05 20

0,05 22

150-!8С

17G-20О

2 5

2,7

=,о

2,9

3,0

3>2

3,3

3,4

3>5

О,ОС15

0,00)5

0,001

0,1

0,1

С,01

0,1

0,15

G,19

0,20

0,05

0,05

0,2 0,3

0,4 0,6

0,8 1,С

1,О 1,5

0,9 1,0

0,7 1,д

0,6 .-0,9

1,О 2,0

1,0 2,0

0,02

0,06

7

9

11

0,24

0,30

0,2>

0,25

0,24

G,33

0,33

0,26

О, 19

0,10

190-240

200-270

200-2ьО

200-250

190-240

200-270

210-270

216,1

120-200

50-оО

0,08

,08

О,С6

0,04

0,06

С,08

0,08

11

1>

1I

0,1

0,1

С,)

0,05

0,1 с,!5

0,15

13

1,5 2,4 0,20

0,05 0,2 0,03

0,0015

0,001

3.9

2,3

0,0015 25

0,001 12

0,1

40

50

Составитель СчДеркачева

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор Н.Гунько

Заказ 1794 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 личных методов литья и расширения областей его применения.

Таким образом, использование предлагаемого чугуна позволяет получить по сравнению с известным более высокие показатели ударной вязкости, твердости и эксплуатационной стойкости лопаток, полученных как в песчаные формы, так и в кокиль.

Формула изобретения

Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, алюминий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения ударной вязкости, твер54-56

54-58

56-58

56-58

56-58

56-58

54-58

53-56

53-56

56,3

56-58

42-46

58-60

58-62

62-64

6 -67

64-67

64-67

63-66

6>-68

64-68

63,8

58-62

54-56