Износостойкий чугун

 

Высокопрочный чугун для работы в условиях теплосмен относится к области металлургии . Сущность изобретения: высокопрочный чугун дополнительно содержит сурьму, титан, церий, бор, азот и висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2,7-3,1; кремний 2.2-2,6; марганец 0,2-0,7; никель 0,4-0,8; медь 0,8-1,6. молибден 1,2-1,8, ванадий 0,2- 0,8; алюминий 0,02-0,07; магний 0,03- 0,07; олово 0,002-0,01; хром 0,02-0,06; бор 0,002-0,005, церий 0,02-0,06; кальций 0,002-0,015; сурьма 0,02-0,06: азот 0,04- 0,11; титан 0,02-0,07; висмут 0,002-0.004 и железо - остальное. Сопротивляемость тепловым ударам составляют 3870-4080 циклов . 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) ((I) (я)5 С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕНН61И КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОткРытиям

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4870354/02 (22) 02.11.90 (46) 30,09;92. Бюл. N 36 (71) Гомельский политехнический институт (72) М. И. Карпенко (56) Авторское свидетельство СССР М 416406, кл. С 22 С 37/00, 1974.

Патент ПНР 102522, кл, С 22 С 37/06, 1979.

Авторское свидетельство СССР

hb 1216239, кл. С 22 С 37/10, 1986, (54) ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН (57) Высокопрочный чугун для работы в ус; ловиях теплосмен относится к области меИзобретение относится. к области металлургии, в частности к износостойким чугунам, работающим в условиях коррозионно-механического изнашивания.

Известен иэносостойкий чугун, содержащий, мас.%: углерод 2 — 2,5 кремний 2,5 — 3,5 марганец 8,0-10 железо остальное.

Известный чугун обладает недостаточной коррозионно-эрозионной стойкостью.

Известен также износостойкий чугун следующего химического состава, мас., .: углерод 2,51-3.80 кремний 1,35 — 2,49 марганец 0,40 — 1,28 хром 0,35 — 1,95 медь 0,11-1,49 металлы из группы, содержащей кальций, титан, бор. алюминий, сурьму, теллур в сумме 0,25-1,20 таллургии. Сущность изобретения; высокопрочный чугун дополнительно содержит сурьму, титан, церий, бор, азот и висмут при следующем соотношении компонентов, мас.0 : углерод 2,7 — 3,1; кремний 2,2-2,6; марганец 0,2-0,7; никель 0,4-0,8; медь

0,8-1,6. молибден 1,2-1,8, ванадий 0,20,8; алюминий 0,02-0,07; магний 0,030,07; олово 0,002-0.01; хром 0,02-0,06; бор

0,002 — 0,005, церий 0,02 — 0,06; кальций

0,002-0,015; сурьма 0,02-0,06; азот 0,04-

0,11; титан 0,02-0,07; висмут 0,002-0,004 и железо — остальное. Сопротивляемость тепловым ударам составляют 3870-4080 циклов. 2 табл. железо остальное.

Наиболее близким к предложенному яв- . ляется чугун, содержащий, мас.%: углерод " 28-36 кремний 1,5-2,3 марганец 8,0-10 алюминий 0,4-0,8 медь 0.8-2,5 хром 0,08 — 0,5

РЗМ 0,01-0,1 железо остальное. . Скорость коррозии известного чугуна в оборотной воде при рН=7,5 — 8,2 составляет 0,040-0,048 г/м ч. Коэффициент относительной износостойкости при испытании в смеси кварцита и обратной воды — 1,541,80. Эксплуатационная стойкость — до

1000 ч.

Недостаток известного чугуна — низкая износостойкость в гидроабразивной среде.

Цель изобретения — повышение износостойкости и эксплуатационной стойкости.

1765238

30

40

Поставленная цель достигается тем, что чугун дополнительно содержит Gop, титан, нитриды хрома и кальций при следующем соотношении компонентов, мас. : углерод 2,6-3,6 кремний 1,6 — 2,3 марганец 9,1 — 11,5 алюминий 0,05 — 0,75 медь 0,81-2,88 редкоземельные металлы 0,002-0,05 бор 0,04 — 0,12 нитриды хрома 0,03 — 0,31 титан. 0,003 — 0,16 кальций 0,002 — 0,028 железо . остальное.

Существенными отличиями предложенного технического решения являются-введение микролегирующих добавок: бора

0,04-0,12 мас,, нитридов хрома 0,03 — 0,31 и титана 0,003-0,16 мас.% и дополнительное модифицирование кальцием, что существенно повышает износостойкость и эксплуатационную стойкость при сохранении технологических свойств, немагнитности и коррозионной стойкости.

Проведенный анализ предложенного техйического решения показал, что на данный момент неизвестны технические решения, в которых были бы отражены указанные отличия. Кроме того-, указанные признаки являются необходимыми и достаточными для достижения положительного эффекта, Это позволяет сделать вывод о том, что данные отличия являются существенными.

Бор при содержании 0,05-0,3 мас.% стабилизирует перлит, увеличивает его сфероидизацию, повышает твердость и износо.стойкость, их стабильность в процессе эксплуатации и эксплуатационную стойкость литых деталей. При увеличении концентрации бора более 0,12 мас. начинает проявляться его ликвация, снижается фактор формы графита, а при концентрации до

0,04 мас.% снижается твердость и износостойкость отливок, в отливках преобладает пластичный перлит с дисперсностью Пд

1,0 — Пд 1,4 (по ГОСТ 3443 — 87), что снижает .: . износостойкость и эксплуатационные свойства.

Введение нитридов хрома в количестве

0,03 — 0,31 мас,% измельчает структуру перлита, грэфитных включений, повышает твердость, износостойкость, герметичность и эксплуатационную долговечность. При концентрации их до 0,03 мас,% износостой- кость, дисперсность структуры и эксплуатационйая долговечность недостаточны, а при концентрации нитридов хрома более

0,31 мас.% увеличивается неоднородность структуры, снижается фактор формы графита, ударно-усталостная и эксплуатационные свойства.

Редкоземельные металлы в количестве

0,002 — 0,5 мас,% в предложенном чугуне, как и в известном, обеспечивает дегазацию расплава, сфероидизацию графита и повышает твердость, износостойкость и эксплуатационные свойства. При увеличении их концентрации более 0,05 мас.% снижается однородность структуры, стабильность предела выносливости, ударной вязкости, износостойкости и эксплуатационных свойств.

Дополнительное введение титана в количестве 0,003-0,16 мас. измельчает структуру чугуна в отливках, повышает коррозионную стойкость, фактор формы графита и обеспечивает повышение износостойкости и эксплуатационной долговечности. При концентрации его до 0,003 мас.% дисперсность и стабильность структуры, износостойкости и твердости недостаточны, э IlpN концентрации титана более 0,16 мас.% снижаются технологические свойства и эксплуатационные свойства в условиях ударно-абразивного износа;

Введение кальция способствует очистке границ зерен и сфероидиэации графита.

При концентрации кальция до 0,002 мас. снижается дисперсность графита, механические и эксплуатационные свойства. При концентрации кальция более 0,028 мас.% снижается стабильность структуры и свойств, уменьшаются характеристики износостойкости, усталостной долговечности и эксплуатационной стойкости.

Медь в количестве 0,81-2,88 мас.% как эффективная добавка упрочняет металлическую основу и не снижает вязкость чугуна, снижает поро-хладноломкости и склонность чугуна к образованию трещин, повышает износостойкость и эксплуатационную долговечность. При концентрации меди менее

0,81 мас.% его влияние незначительно. Повышение ее концентрации более 2,88 мас. увеличивает ликвацию, снижает фактор формы графита и однородность структуры, износостойкость и эксплуатационную долговечность.

Содержание углерода и кремния в предложенном чугуне выбрано с учетом практики производства износостойких отливок с повышенными значениями твердости, коррозионной стойкости и эксплуатационной долговечности. При увеличении их концентрации выше верхних пределов стабильность структуры в ударной вязкости и характеристики износостойкости и упругопластических свойств снижаются, а при

1765238

Составитель М. Карпенко

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор О, Кравцова

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 уменьшении концентрации менее нижних пределов снижаются жидкотекучесть, выделяется эвтектический цементит и повышается отбел. что приводит к снижению трещиностойкости, пластических свойств и эксплуатационной стойкости.

Алюминий оказывает раскисляющее, микролегирующее и стабилизирующее влияние, способствуя уменьшению содержания неметаллических включений и повышению твердости и износостойкости. При его концентрации до 0,05 мас, раскисляющее, микролегирующее и стабилизирующее их

его влияние недостаточно, а при концентрации алюминия более 0 75 мас. снижается твердость отливок, относительная износостойкость и эксплуатационная стойкость.

Содержание марганца повышено до

9,1-11,5 мас.o и ограничено пределами концентраций, ниже которых не достигается высокой сфероидизации перлита и существенного повышения износостойкости, а выше верхнего предела увеличиваются содержание цементита и отбел, повышается хрупкость, снижается стабильность структуры и пластические свойства, ударно-усталостной долговечности и эксплуатационной стойкости в условиях ударно-абразивного износа.

Опытные плавки высокопрочных чугунов проводят в дуговых печах. Перегрев расплава при плаве составляет 1490 — 1510 С. В качестве шихтовых материалов используют литейные чугуны, чугунный лом 17А, стальной лом 1А, ферромарганец ФМп75, ферробор Ф Б2(ГОСТ 14848-69) сплав

ФСЗОРЗМЗО (ТУ 14-5 — 136 — 81), нитриды хрома (ТУ 6-09-0345-75). ферротитан

ФТиЗО(ГОСТ 4761 — 80). силикокальций

ФСК15А2, медь М, титаномедистые чугуны и ферросилиций. Рафинирование расплава производят кальцинированной содой (ГОСТ 5100-73). Микролегирование расплава ферробором и ферротитаном производят в электропечи в конце плавки, а модифицирова ние силикокальцием, сплавом

ФСЗОРЗМ20 и нитридами хрома — в литейных ковшах.

Из модифицированных чугунов отлива5 ют иэносостойкие отливки, технологические пробы и образцы для механических испытаний.

Определение содержания компонентов в чугунах проведено методами дифференци10 рованного химического анализа, Ударную вязкость определяют на образцах 10х10х55 мм с У-образным надрезом.

Механические испытания проводят стандартными методами, а анализ структу15 ры чугунов по ГОСТ 3443-87. Эксплуатационную надежность определяют на испытательных стендах сухого трения. в паре с синтеграном.

Предложенный чугун обеспечивает бо20 лее высокую износостойкость, твердость и эксплуатационную стойкость, чем базовый чугун.

Формула изобретения

25 Иэносостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, алюминий, редкоземельные металлы и железо; о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения износостойкости и эксплуатационной стой30 кости, он дополнительно содержит бор, титан, кальций и нитриды хрома при следующем соотношении компонентов, мас. :

Углерод 2,6-3,6

35 Кремний 1,6-2,3

Марганец 9,1-11,5

Алюминий 0,05-0.75

Медь 0,81-2,88

Редкоземельные

40 металлы 0,002-0,05

Бор 0,04-0,12

Нитриды хрома 0,03-0,31

Титан 0,003-0,16

Кальций 0.002-0,028

45 Железо Остальное