Сплав на основе хрома

 

Сущность изобретения: сплав содержит , мас.%: цирконий 0,02-2,0; иттрий 0,1- 1.0; ванадий 0,2-1,0; титан 0,3-3,0; кальций 2 0,02-0,25; бор 0,03-0,25; азот 0,16-0,8; лантан 0,07-1,0; алюминий 0,1-4,0; вольфрам 0.02-0,5; железо 5,0-25,0; углерод 0,004- 0,1; кремний 0,1-1,2; хром остальное, причем отношение суммарного содержания титана, ванадия, циркония к азоту более или равно 3,0 и менее или равно 20,0; отношение суммарного содержания титана, ванадия , циркония к углероду более или равно 20,0 или менее или равно 61,0, а отношение циркония к ванадию более 0,3 и равно или менее 3,3. Характеристики сплава; величина износостойкости (0,002-0,1) г/(КЦ коррозионная стойкость составляет (0,08-0,25) м2/(Ы2 ч) 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

4À лжец L 4É

И . ьсй сОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4850372/02 (22) 30,05.90 (46) 23.08.92. Бюл. М 31 (71) Тернопольский филиал Львовского политехнического института (72) П.М. Василюк, Л,И. Бутенко и В.С. Гаврилюк (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1340201, кл. С 22 С 27/ОО, 1988.

Авторское свидетельство СССР № 464642, кл. С 22 С 27/00, 1973. (54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ХРОМА (57) Сущность изобретения; сплав содержит, май. : цирконий 0,02-2,0; иттрий 0,11,0; ванадий 0,2-1,0; титан 0,3-3,0; кальций

Изобретение относится к области литейного производства, в частности — изыскания новых литых материалов, устойчивых в концентрированных кислотах и обладающих высокой износостойкостью.

Для деталей машин (насосов для перекачки концентрированной серной кислоты при температурах 70-90 С), работающих в условиях трения скольжения, требуется высокий уровень коррозионной стойкости и износостойкости.

Известны сплавы, работающие в серной кислоте(96 )дотемпературы 350 С, содер- жащие, мас.,ь: 21-55 хрома, 0-30 железа, Π— 5 вольфрама, 45-79 никеля, Недостатком такого сплава является низкий уровень коррозионной стойкости из-за невысокого содержания хрома и недостаточный уровень иэносостойкости, так как при этом не учитывается количество и стехиометрия нитридо„„ЯЯ „„1756371 А1 (и)5 С 22 С 27/06

0,02 — 0,25; бор 0,03-0,25; азот 0,16-0,8; лантан 0,07-1,0; алюминий 0,1-4,0; вольфрам

0,02-0,5, железо 5,0-25,0; углерод 0,004—

0,1; кремний 0,1-1,2; хром остальное, причем отношение суммарного содержания титана„ванадия, циркония к азоту более или равно 3,0 и менее или равно 20,0; отношение суммарного содержания титана, ванадия, циркония к углероду более или равно

20,0 или менее или равно 61,0, а отношение циркония к ванадию более 0,3 и равно или менее 3,3. Характеристики сплава: величина износостойкости(0,002-0,1) г/фР ч); коррозионная стойкость составляет (0,08-0,25) м /(см ч) 1табл.

I образующих элементов. Кроме того используется остродефицитный никель.

Сплав, содержащий, мас.0 : 35-85 хрома, 5-25 железа, 1 углерода, 0,1-20 кобальта, никель — остальное, работает в нитрующей смеси азотной и фтористоводородной кислот. Однако обладает невысокой износостойкостью, так как не содержит нитридообразующих элементов.-Кроме того, содержит дорогостоящие. никель и кобальт.

Известен также сплав, содержащий, мас.g: 5-25 железо,. 0,2-4 вольфрам, 0,1 — 4 алюминий, 0,1-1 титан, 0,1-1 иттрий, 0,1-1 лантан, 0,03-0,1 бор, хром — остальное, экю плуатируемый в среде воздуха до темпера-, тур 1200 С. Сплав характеризуется высокой жаростойкостью, но низким значением из-; носостойкости, так как не содержит нитридообразующих элементов. . Известен сплав (прототип) на основе хрома, содержащий, мас.$: 0,02-0,5 вольфрам, 0,1 — 4 anюминий, 0,3-3 титан, 2-7 цирконий, 0,2-2 ванадий, 0,1-1 иттрий, 0,1-0,5 кальций, 0,03 — 0,1 бор, 0,1-1 лантан, 0,5 азот, хром — остальное. Применение такого сплава не обеспечивает высокую коррозионную стойкость и износостойкость. В про- 5 цессе эксплуатации происходит разрушение защитных поверхностных оксидов и наблюдается межкристаллитная коррозия в серной кислоте. Кроме того, обнаружено значительное количество крупно- 10 дисперсных карбидой"й нитридов, что понижает .износостойкость металла. Используемые сплавы трудно подвергаются механической обработке и нетехнологичны при литье. 15

Для Обеспечения названных свойств наиболее перспективными являются сплавы на основе хрома, содержащие железо, титан, алюминий, РЗМ.

Целью изобретения является разработ- 20 ка сплава на Основе хрома, содержащего цирконий, иттрий, Ванадий, титан, кальций, бор, азот, лантан, алюминий, вольфрам, оТличающегося тем, что с целью повышения

K0ppo3l4oHHoA cToAKocTN и иэносостойкОсти 25

Он дополнительно содержит железо, угле род, кремний при следующем соотношении компонентов, мас.. Д:

Цирконий 0,02 — 2

Иттрий . 0,1-1 30

Ванадий 0,2-2

Титан 0,3-3

Кальций 0,1-0,5

Бор 0,03-0,1

Дзот 0.1-1,2 35

Лантан 0,1-1

Алюминий 0,1-4

Вольфрам 0,02-0,5

Железа 5-25

Углерод 0,03-0 1 д0

Кремний 0Ä1-1

Хром Остальное

Причем отношение суммарного содержания титана, Ванадия, цйркония к азоту составляет более или равно 3 и менее или 45 равно 20, отношение суммарно о содержания титайа, ванадия, циркония к углероду составляет более или равно 10, а менее или равно 61; а отйошение цйркония к ванадию составляет более 0,3 и равно или менее 3,3. 50

Повышение коррозионной стойкости сплава происходит за счет ввода железа и кремния, а износостойкости за счет оптимального соотйошения титана, циркония, ванадия, азота и углерода, . 55

Граничные значения компонентов объясняются следующим: при количествах железа меньше 5$ коррозионная стойкость сплава понижается, а при содержании железа более 2570 в сплаве образуется хрупкая фаза, При содержаниях ванадия, титана, циркония более 2 образуется значительное количество нитридов этих элементов как по телу зерна так и по его границам, что существенно понижает его KoppoaI OHHyKI стойкость, С уменьшением количества азота менее 0,1 в сплаве нарушается стехиометрия нитридов, склонных до каагуляции, что снижает износостойкоСть. При содержаниях азота более 1,2 Образуется большое скопление крупнОдисперсных нитридОВ, особенно по границам зерен, что приводит к охрупчиванию сплава. При суммарном отношении титана, ванадия, циркония к азоту менее или равном 3 Образуются нитриды нестехиометрического состава (с дефицитом по азоту), которые склонны коагулировать, что снижает износостойкость материала. Кроме того, повышается уровень неметаллических включений в металле за счет Образования оксидов элементов, имеющих большое сродство к кислороду (Tl, SI}.

Когда суммарное отношение титана, ванадия, циркония к азоту более или равно 20, значительная часть азота связывается в нитриды хрома, имеющие пластинчатую форму, склонны коагулировать, что снижает износостойкость металла. Наконец, существуют технологические трудности получения сплава на основе хрома с количеством азота менее 0.17.

В случае, когДВ суммарное содержание титана, ванадия. циркония к углероду не будет равно или более 61, в металле повышается уровень неметаллических Вкл оче* ний за счет образования Оксидов этих элементов, чтО в конечном итоге приводит K пОнижению износостойкОсти сплава. При общем количестве титана, ванадия, циркония к углероду, меньшем или равном 10ÄTaKже понижается износостойкость иэ"эа образования карбидов разной дисперсности. Кроме того, образуются при этом карбиды хрома типа СФ эСВ. Обра"-»îasêèe таких карбидов приводит к Обеднению приграничных зон, что известно -как явление межкристаллитной коррозии. Только выполнение этого условия обеспечивает образоВания мелкодисперсных карбонитридных фаз, При Значвниях ОтнОшЕния циркпния к

Ванадию менее 0,3 границы зерен обогащаются карбОнитридами ванадия, что способствует охрупчиванию сплава, повышению межкристаллитной коррозии. Если отношение циркония к ванадию более или равно

3,3, образуется большое количество нитридов циркония крупноигольчатой формы по телу зерна, что понижает износостойкость и коррозионную стойкость.

1756371

) и

Примечание

Коррозиои. стой" кость, нг/(сиа- ч1

14 - 5

3,7 27,5 3,0

5 10 05

2о 61 3 3

32 53 083

3 40 1,5 !

6 5 33 О 4

13,5 33,7 2

3,5 6,8 0,3

3,9 12,4 0,3

6 60 0,95

0,036 о,о!

О;004

0,02 о,oo3

0,00!5

0,002

0,005

o,0о4

0,025

o,ог8 о,г °

1о 0,3

15 о, l

10 0,15 а,4

20 0,5

21 0,1

22 0,2

25,0, 4

3 . o,ol

27 0,6

5 0,5

0,6 0,3

0,2 0,2

2 0,3

0,5 0,5

1,2 0,8 о,8 о,2

1 0,2

o,ã . 1,г о,о! а,о3

2,2 1,3

0,7 о,08

0,09

0,18 о,а!

0,009

0,06

0,25

0,25

О;4

0,35

О,!

3 о,8

О,l

o, 7

2,2

1,О

0,08

4,3

0,1 о,a!

a,S 0,05 о,3 o,о3

o,ã о,! о,45 о,а8 о,! o,о4

1 о,о4

0,6 0,05 о,1 о, 07

0 os о,ог

1,2 0,2

0,05 о,!

О,!

О,l

0,25

0,02

О,1

О,!

0,25 о,оо о,6

0,2 0,2

0,5 0,4

0,1 . o,6l

0,8 0,6

0,3 0,8

О,5 2

0,9 0,5

0,08 О, l

1,2 2,3

0,1 о,г

1,О

О,1

0,3

О,1 о,8

О,! о,!

0,07

1,2

0,3

0,4 о,4

0,5

0,7

1,2

0,2

3,3 о,о4 о,!o

О, О//9

0,03

0,06

0,1 о,оо о,!6

0,025 о,13

П р и и е ч а н и е. ст - остальное с

Составитель П, Васил!Ок

Тех ред М.Моргентал Корректор П. Гереши

Редактор Н. Рогулич

Заказ 3063 . 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

Введение кремния в количестве 0,1 — гается за счет диспергирования, уменьше17способствуетуменьшениюпористостии ния количества нитридов по границам эедиспергированию неметаллических dKfre- . рен, а также эа счет залечивания пор в чений в структуре. При меньшем содержа- поверхностномподокалинномслое при ввонии кремния в пОдокалинных слоях де кремния. наблюдается повышенное количество пор, 5 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я а при содержании более 1$ повышается Сплав на основе хрома, содержащий уровень неметалличес:

Коррозионную стойкость сплавов маце- Ванадий 0,2-2,0 нивали по стандартной методике(по потере Титан 0,3-3 0 массы). Химический состав выплавленных Кальций 0,02-0,25 сплавов и результаты определения иэносо- Бор 0,03-0,25 стОЙкости и корроэионнОЙ стОЙкОсти пред- 20, А30т 0,16-0,8 ставлены в таблице. Соотношение 1 в . JiaHTaH О,О7-1,0 таблице соответствуе r суммарному количе- Алюминий 0,1-4,0 ству титана, ванадия, циркония к азоту/рав- . Вольфрам 0,02 — 0,5 но или более 3 и равно или менее 20, Железо 5,0-25,0

Соотношение 2 соответствует суммарйому 25 Углерод . 0,004 — 0,1 содержанию титана, ванадия, цирконйя к Кремний 0,1-1,2 углероду равно или.более 10 и равно или Хром Остальное менее 61,.соотношение 3 соответствует ко- причем отношение суммарного содержания личеству циркония к ванадию равно или бо- титана, ванадия, циркония к азоту более или лее 0,3 и равно или менее 3,3. 30 равно Ç,О и менее или равно 20,0, отноше. Как следует из таблицы/иэносостой- ние суммарного содержания титана, ванакость сплавов, разработанных по сравне- дия, циркония к углероду более или равно нию с прототипом (сплав 1), повышается в 20,0 или менее или равно 61, а отношение

1,8-2,4 раза, а коррозионная стойкость в 2,8 циркония к ванадию более 0,3 и равно или

-. 7,8 раза. Такое повышение свойств дости- 35 менее З,З.