Чугун

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к износостойким сплавам, работающим в среде абразивного и гидроабразивного износа, сопровождаемого коррозионным воздействием среды. Сущность изо бретения: в чугун введены молибден, ниобий и празеодим при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2,1-3.5; коемний 0.01-2.5: маоганец - 0,2- 2,5; хром 18,5-28,- молибден 0,001-0,2; титан 0,005-0,1, ниобий 0,001-0,2; цирконий 0,005-0.1; празеодим 0,001-0,005, железо - остальное. Указанный чугун обладает высокой износостойкостью и пластичностью при сохранении высокой коррозионной стойкости Стизг 1020-1150 МПа, HRc 60-63, стрела прогиба (6,3-7,0) м.относит. износ 0,30-0,36 2 табл.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 22 С 37/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4863554/02 (22) 09.07.90 (46) 30.09.92. Бюл, М 36 (71) Институт физики прочности и материаловедения СО АН СССР (72) Ю. Д. Новомейский и Е, В. Миронова (56) Патейт Японии N 56-10373, кл, С 22 С 38(38, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Q 429129, кл . С 22 С 37/06, 1974. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к иэносостойким сплавам, работающим в среде абразивного и гидроабразивного износа, сопровождаемого коррозиИзобретение относится.к области металлургии, а именно, к износостойким сплавам, работающим в условиях абразивного и гидроабразивного изнашивания.

Известен высокоуглеродистый сплав следующего химического состава, вес.%: углерод 1,9 — 3,0 кремний 1,5 марганец 2,5 — 5,9 хром 20 — 40 молибден 2 титан 2 ванадий 1,5 вольфрам 1,5 медь 1,5 железо остальное

Сумма концентраций хрома, молибдена, ванадия, титана, вольфрама и меди

"40%, а доля аустенитной составляющей в структуре 40%, при этом сталь имеет ударную вязкость 0,8 кг.м/см (см. и. Япония (Ф

56-10373, МКИ: С 22 С 38/38, В 02 С 13/04, on. 07,03.81).

„5U,, 1765235 А1 онным воздействием среды. Сущность изо- бретения; в чугун введены молибден, ниобий и празеодим при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод

2.1 — 3,5; каемний 0.01 — 2.5: маоганец — 0,22,5; хром 18,5 — 28; молибден 0,001 — 0,2; титан

0,005-0,1, ниобий 0,001-0,2; цирконий

0,005 — 0,1; празеодим 0,001 — 0,005, железо— остальное. Указанный чугун обладает высокой износостойкостью и пластичностью при сохранении высокой коррозионной стойкости 0gar 1020-1150 МПа, HRc 60-63, стрела прогиба (6,3-7,0) 10 з м, относит. износ 0,30-0,36, 2 табл.

Недостатками данного сплава является его низкая однорсгдность в связи с тем, что структурная и особенно концентрационная однородность определяется воздействием на расплав сильнейших карбидо-нитридообразователей, оптимальная концентрация которой применительно к элементам 4-й и

5-й групп составляет 0,011-0,4 вес%. Превышение этой суммарной концентрации ведет к охрупчиванию, а снижение концентрации не обеспечивает достаточной износостойкости. Воздействие только титана в указанном диапазоне концентрации не дает требуемого уровня однородности в связи с тем, что не в полной мере проявляется энтропийный фактор. Другим недостатком данного сплава является его высокая стоимость эа счет высокого содержания легирующих элементов ("40%), Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является износостойкий чугун следующего химического состава, вес.%:

176Ц235 углерод 1,7-2,35 кремний 0,6-2,0 марганец 2,8-3,9 хром 28,0 — 33,0 титан 0,05-0,3 5 цирконий 0,05-0,3 железо . остальное (см. а.с. М 429129, MKN: С 22 С 37/06, on. 25,05.74 r.), Недостатком данного чугуна является 10 йизкая износостойкость и пластичность вследствие низкого уровня концентрационной однородности и неравномерности распределения его структурных составляющих.

Наличие большого количества марганца в 15 сочетании с добавками хрома приводит к повышению хрупкости и снижению пластичности, Кроме того, чугун характеризуется нестабильной твердостью (HRC 54 ед.).

Целью изобретения является повыше- 20 ние иэносостойкости и пластичности при сохранении корроэионной стойкости.

Указанная цель достигается тем, что износостойкий сплав, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, цирконий 25 и железо дополнительно содержит молибден, ниобий и празеодим при следующем соотношении компонентов, мас. : углерод 2,1-3,5 кремний 0,01-2,5 марганец 0,2-2,5 хром 18,5-28,0 молибден 0,001 — 0,10 титан 0,005 — 0,10 ниобий 0,001 — 0,20 35 цирконий 0,005 — 0,10 и разеодим 0,001-0,005 железо остальное

В качестве примесей сплав может содер>кать серу и фосфор до 0,1мас. каждо- 40 го.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый износо- стойкий сплав отличается от известного введением новых компонентов, а именно: 45 молибдена, ниобия и празеодима. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Анализ известных составов сплавов (а.с. 1076483), 1023836) показал, что HGKOTopble введенные 50 в заявляемое решение вещества известны, например, ниобий в а.с. t4 1076483, ниобий в а.с, М 1023836. Однако их применение в этих сплавах в сочетании с другими компонентами не обеспечивает сплавам такие 55 свойства, которые они проявляют в заявляемом решении, а именно, обеспечение высокой структурной и концентрационной однородности, а следовательно, высокой износостойкости и пластичности. Таким образом, данный состав компонентов придает сплаву новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

В условиях оптимального легирования (модифицирования) после кристаллизации

-сплава создается структура, которая состоит иэ высоколегированного твердого раствора измельченной фрагментированной ледебуритной эвтектики и высокопрочной дисперсной составляющей, относительно равномерно локалиэующейся по всему объему сплава.

При этом, в зоне ледебурита эта фаза представляет из себя модулированную структуру.

Микрорентгеноструктурный анализ показывает, что дисперсная составляющая представляет сложное образование, в центре которого находится карбонитрид типа

МС на основе циркония, титана, ниобия, а по периферии он окружен карбидом молибдена, характеризующимся значительным дефицитом по углероду.

Праэеодим, выполняя роль модификатора 11 рода, адсорбируется (несколько атомных слоев) на поверхности дисперсного карбида и образует сложные соединения, облегчающие релаксацию напряжений вблизи ме>кфазной границы и, тем самым, дополнительно повышают пластичность сплава. Большая часть молибдена находится в твердом растворе и эа счет особого характера межатомных связей Мо-Мо, Mo — Cr, Мо — Fe увеличивает пластичность, в частности, низкотемпературную пластичность сплава. При этом сплав сохраняет высокое сопротивление абразивному изнашиванию.

Введение молибдена менее 0,001 существенно не влияет на пластические характеристики сплава, а свыше 0,10 . стабилизирует сложные карбиды на основе хрома и значительно снижает пластичность сплава.

При содержании углерода менее 2,1 понижается износостойкость в связи с изменением упрочняющей фазы, При содержании углерода более 3,5 происходит охрупчивание структуры, снижается пластичность.

Введение кремния до 0,01 не имеет существенного влияния на свойства описываемого сплава, а свыше 2,5 снижает вязкость твердого раствора, способствует графитизации чугуна.

Марганец способствует отбеливанию чугуна. При содержании марганца менее

0,20 резко падает износоустойчивость.

1765235

Таблица 1

Cr

Мо

Мп

2r

0,001

0,06

0,10

0,002

0,32

0,025

0,048

0,082

0,098

0,0010,10

0,20

0,0006

0,20

0,04

0,07

0,15

0,2

18,5

23,2

28,0

17,2

33,1

18,4

19,8

25,4

27,3

0,005 0,05

0,10

0,001

0,15

0,041

0,049 0,081

0,96

0,005

0,05

0,10

0,001

0,17

0,008

0,035

0,074

0,094

0,01

1,25

2,5

0,005

3,1

0,53

0,87

1,65

2,32

0,2

2,85

2,5

0,9

3,2

1,46

1,72

2,00

2,30

2

4

6

8

2,1

2,8

3,5

1,8

3,9

2,4

2,73

2,96

3,14

0,001

0,003

0,005

0,0005

0,01

0,002

0,0025

0,0037

0,005 ост.

° l

П Ототип

2,0 1,5 3,2 30,0 — 0,15 — 0,15 — ост.

Увеличение содержания марганца свыше

2,5 расширяет у -область, увеличивая количество аустенита в сплаве, что значительно снижает износоустойчивость.

При содержании хрома ниже 18,5% про- 5 исходит потеря иэносоустойчивости сплава, а превышение 28% существенно удорожает сплав и не дает заметных преимуществ по свойствам.

Комплекс элементов (Ча, Ча групп (цир- 10 коний, титан, ниобий) и празеодима обеспечивает эффект модифицирования.

Примеры исполнения.

Выплавка проводилась в 50-килограммовой индукционной печи. В качестве ших- 15 товых материалов используют стальной и чугунный лом, ферросилиций, феррохром, ферромолибден, ферросплавы элементов

IVa, Va групп; празеодим вводится в виде окислов в комплексе с восстановителем 20 (растворителем) /а.с. 617944/.

Составы clinaaos приведены в табл. 1.

В таблице 2 приведены физико-механические характеристики описываемого и известного сплавов после термообработки 25 (охлаждение на воздухе от 1000 С, отпуск при 300 С).

Показатели коррозии (для литого состояния), полученные по методике (с.н.с. В, В.

Скорчелетти, А. М. Шульгин. Химическая 30 стойкость сплавов на железной основе, M-л, ГОНТИ, 1938 год) для сплава М 2 табл. 1): весовая — 0,043 г/м ° ч, глубинная — 0,033 мм/год; для прототипа М 10 (табл. 1): весовая -0,040 г/м ч, глубинная — 0,034 мм/год.

Анализ характеристик предложенного и известных сплавов показывает, что предложенный сплав имеет более высокие характеристики износостойкости и пластичности при сохранении коррозионной стойкости.

Формула изобретения

Чугун содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, цирконий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости и пластичности при сохранении коррозионной стойкости, оно дополнйтельно содержит молибден, ниобий и праэеодим при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2,1-3,5 кремний 0,01-2,5 марганец 0,2-2.5 хром 18,5 — 28,0 титан 0.005-0,1 . цирконий. 0.0005-0,1 ниобий 0,001-0,2 молибден 0,001 — 0,10 празеодим 0,001 — 0,005 железо остальное.

1765235

Таблица 2

Механические свойства (после термообработки) hLKL пп Прочность при изгибе, МПа

Стрела прогиба, м.10

Относительный износ, ед.

Твердость, MRC, ед.

Концентрационная неодноо ность,е .

65,0 — 67,0

62.0-64,0

0,29 — 0,31

6,7-6,8

0,69 — 0,71

1140 †11 — 1111—

1090-1110

1010 †10

0,30

0,31-0,33

6,75

6,9-7,1

0,70 .

0,71 — 0,73

0,32

0,35 — 0,32

7,0

6,2-6,4

0.72

0.60-0,62

6,3

41-4 З

0,36

О З1-О ЗЗ

036 — 038

4,2

5,7-5,9

0,32

0,48-0,50

0,37

0,24-0,26

0,49

0,29-0,31

5,8

6,3-6,5

0,25

0,61-0,63

6,4

6,6-6,8

0,30

0,29-0,31

0,62

0,69-0,71

0,70

0,67-0,69

6,7

6,3-6,6

0,30

0,31-0,33

1010

1110-1130

0,32

0,27 — 0,29

6,4

6,6-6,8

0,68

0,71 — 0;73

1120

1130 — 1150

6,7

0,28

0,72

1140

П ототип

0,53

4,5

54,0

1200

0,38

Редактор

Заказ 3356 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

1020

1150-1170

1160

910-930

920

11.1 0 — 1140

1120

1000 — 1020

59,0 — 61,0

60,0

66 Π— 67 О

66,0

55,0-57,0

56,0 61,0-63,0

62,0

61,0-63,0

Ж Гб

59,0-61,0

60,0

65,0-67,0

66;0

Составитель Ю, Новомейский

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор О. Кравцова