Сплав

 

Использование: в машиностроении для изнашиваемых деталей, работающих в условиях динамического нагружения. Техническим результатом изобретения является повышение закаливаемости и прокаливаемости сплава при увеличении в его структуре общего объема демпфирующих фаз: остаточного аустенита и медистой фазы. Сущность изобретения: сплав содержит компоненты в следующем соотношении мас.%: углерод 1,42 - 2,33; кремний 0,48 - 1,24; марганец 1,84 - 4,05; хром 4,4 - 8,5; ванадий 2,93 - 7,42; медь 0,43 - 1,81; молибден 0,10 - 1,12; алюминий 0,03 - 0,26; РЗМ 0,02 - 0,18; железо остальное. При использовании сплава обеспечивается повышение стабильности свойств и устранение микротрещин в самозакаливающихся отливках при сохранении высокой твердости и износостойкости. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам для изготовления износостойких деталей.

Известен белый износостойкий чугун [1], содержащий, мас.%: Углерод - 2,8 - 3,4 Кремний - 2,2 - 3,1 Марганец - 2,4 - 3,5 Хром - 5,2 - 8,1 Титан - 0,02 - 0,30 Кальций - 0,002 - 0,020 Железо - Остальное Чугун является самозакаливающимся (закаливается при охлаждении в литейной форме). Твердость его в литом состоянии составляет HRC 58-61 при коэффициенте относительной износостойкости 2,80 - 3,46 (эталон - сталь 45 с твердостью НВ 200). Недостатком этого чугуна является низкая ударная вязкость (КС до 3 Дж/см2), что не позволяет его использовать для изготовления деталей, работающих в условиях динамического нагружения.

Наиболее близким к предлагаемому является сплав [2], содержащий, мас.%: Углерод - 1,38 - 1,9
Кремний - 0,32 - 0,9
Марганец - 1,85 - 3,2
Хром - 3,8 - 5,5
Ванадий - 3,8 - 6,4
Алюминий - 0,02 - 0,06
Железо - Остальное
В литом состоянии этот сплав имеет высокую твердость, износостойкость и повышенную ударную вязкость (КС до 20 Дж/см2). К недостаткам сплава относятся нестабильность свойств (твердость HRC от 54 до 62, ударная вязкость КС от 3 до 20 Дж/см2) при существенной зависимости ударной вязкости от химического состава, а также наличие микротрещин в отливках из этого сплава.

Изобретение направлено на повышение стабильности свойств и устранение микротрещин в самозакаливающихся отливках при сохранении высокой твердости и износостойкости.

Это достигается тем, что сплав, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий и алюминий, дополнительно содержит медь, молибден и РЗМ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 1,42 - 2,33
Кремний - 0,48 - 1,24
Марганец - 1,84 - 4,05
Хром - 4,4 - 8,5
Ванадий - 2,93 - 7,42
Медь - 0,43 - 1,81
Молибден - 0,10 - 1,12
Алюминий - 0,03 - 0,26
РЗМ - 0,02 - 0,18
Железо - Остальное
В качестве примесей в сплаве могут присутствовать сера (до 0,03%) и фосфор (до 0,06%).

Состав сплава выбран, исходя из следующих соображений.

Нижний предел содержания ванадия уменьшен до 2,93% (по сравнению с 3,8% в прототипе) для корреляции с нижним пределом содержания углерода, так как при слишком высоком содержании ванадия (3,8% и более) в этом случае резко ухудшается закаливаемость сплава.

Увеличен верхний предел содержания хрома до 8,5% для обеспечения самозакаливаемости сплава при верхнем пределе содержания углерода.

В состав сплава введена медь. Совместно с марганцем медь повышает устойчивость и увеличивает количество аустенита, что позволяет уменьшить опасность образования микротрещин в самозакаливающихся отливках. При повышенном содержании (1,0 - 1,81%) медь образует в структуре сплава собственную фазу, которая совместно с аустенитом играет роль демпфера при возникновении локальных динамических нагрузок (например, при мартенситном превращении), снижая возможность образования микротрещин. При содержании меди менее 0,43% не обнаружено проявление ни одного из этих эффектов. Повышение содержания меди более 1,81% приводит к удорожанию сплава без заметного повышения его свойств.

Молибден введен в состав сплава с целью гарантированного обеспечения его самозакаливаемости и повышения стабильности свойств. Содержание молибдена на нижнем пределе можно использовать при повышенном содержании в сплаве марганца и хрома. Увеличение содержания молибдена в сплаве более 1,12% не приводит к повышению свойств, но удорожает сплав.

Редкоземельные металлы (РЗМ) введены в состав сплава в качестве модифицирующей и микролегирующей добавки. Они измельчают структуру сплава, способствуют образованию карбидов типа МС (где М - атомы металла, С - углерод) и формированию композитной структуры на основе этих карбидов, что проявляется в заметной стабилизации свойств на достаточно высоком уровне. При остаточном содержании РЗМ менее 0,02% модифицирующий эффект не проявляется. Слишком большое количество РЗМ (более 0,18%) не приводит к повышению свойств, но значительно удорожает сплав.

Остальные компоненты содержатся в сплаве в пределах, аналогичных прототипу, и их влияние не отличается от изложенного в описании прототипа.

Сплав выплавляли в индукционной тигельной печи ИСТ-0.06 с кислой футеровкой на шихте, состоящей из отходов углеродистой стали, передельного чугуна, ферросплавов (ферросилиция, ферромарганца, феррохрома), отходов электротехнической меди и алюминия. Алюминий использовался частично в составе модификатора совместно с РЗМ. Модифицирование проводили в разливочном ковше при температуре жидкого сплава 1480-1520oC.

В сухих песчано-глинистых формах отливали заготовки в виде брусков сечением 15х15 мм. Из брусков вырезали образцы для испытаний на ударный изгиб, твердость и износостойкость. Для снижения внутренних напряжений образцы подвергали отпуску при 200oC, 1 час. Микрошлифы для металлографического анализа и определения наличия микротрещин изготавливали из разрушенных ударных образцов.

Испытания на износ проводили трением по абразивной ленте (из корундовой шкурки) при скорости движения последней 5 м/мин и удельной нагрузке 7 МПа. Износ определяли по потере массы образца в процессе трения. Относительную износостойкость оценивали коэффициентом
KИ = ИЭМ,
где ИЭ и ИМ - значения износа эталона (сталь 45 с твердостью НВ200) и испытуемого материала соответственно.

Химические составы сплавов и результаты их испытаний приведены в табл. 1 и 2 в сопоставлении с прототипом.

Видно, что по сравнению с прототипом сплавы предлагаемого состава (сплавы 1-5) отличаются более стабильными значениями твердости, ударной вязкости и износостойкости при отсутствии микротрещин в литых образцах. При выходе за рекомендуемые пределы содержаний компонентов в сплавах (сплавы 6 и 7) наблюдается или снижение свойств и их стабильности (сплав 7), или образование микротрещин (сплав 6).

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1289904, кл. С 22 С 37/06, 1986.

2. Авторское свидетельство СССР N 1763507, кл. С 22 С 38/24, 37/10, 1992.


Формула изобретения

Сплав, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, алюминий и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит медь, молибден и РЗМ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 1,42 - 2,33
Кремний - 0,48 - 1,24
Марганец - 1,84 - 4,05
Хром - 4,4 - 8,5
Ванадий - 2,93 - 7,42
Медь - 0,43 - 1,81
Молибден - 0,10 - 1,12
Алюминий - 0,03 - 0,26
РЗМ - 0,02 - 0,18
Железо - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, в частности к аустенитной стали, используемой при производстве немагнитных труб для корпусов и охранных кожухов телеметрических систем для контроля траектории бурения скважин

Изобретение относится к нанесению покрытий, в частности к материалам для газотермического напыления покрытий, и может быть использовано для получения износостойких покрытий на деталях различного назначения

Сталь // 2075533
Изобретение относится к области металлургии, к производству сталей для изготовления коррозионно-стойкого биметаллического проката, используемого в машиностроении, пищевой промышленности, для производства товаров народного потребления, и позволяет повысить относительное удлинение биметаллического проката

Изобретение относится к черной металлургии, в частности, к низколегированной литейной стали с повышенными физико-механическими свойствами без сложной термической обработки, используемой для изготовления ответственных отливок в различных отраслях промышленности, в том числе отраслях, связанных с добычей и переработкой нефти и газа, где литые изделия работают в средах, вызывающих коррозионное растрескивание, в том числе, сероводородных и в морской воде

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к экологически чистым малоактивируемым жаропрочным сталям с пониженной остаточной активностью для изготовления оборудования АЭС, используемого в условиях интенсивного нейтронного облучения

Сталь // 2031180
Изобретение относится к металлургии, а именно к высокопрочным свариваемым сталям для армирования преднапряженных железобетонных конструкций

Сталь // 2026409

Сталь // 2026408
Изобретение относится к металлургии и машиностроению, в частности к стали, которая может быть использована для изготовления деталей горнорудного оборудования, работающего в условиях ударных нагрузок и абразивного износа, например козырьки и черпаки экскаваторов, бронефутеровочные плиты

Сталь // 2016127
Изобретение относится к металлургии, конкретнее к конструкционной стали, и предназначено для изготовления хладостойких высокопрочных сварных конструкций

Сталь // 2012681
Изобретение относится к металлургии, в частности к составам сталей, используемым для изготовления деталей автомобилей

Чугун // 2149914
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составам чугуна, предназначенного для изготовления отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и ковкого чугуна на ферритной основе и других видов отливок

Чугун // 2149913
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составам чугуна, предназначенного для изготовления отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и ковкого чугуна на ферритной основе и других видов отливок

Чугун // 2148673
Изобретение относится к металлургии литейного производства, в частности к разработке составов чугуна для корпусных отливок с различной толщиной стенок

Чугун // 2148103
Изобретение относится к металлургии, к составам высокопрочных легированных чугунов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к половинчатым чугунам, обладающим повышенными антифрикционными свойствами, износостойкостью и прочностью

Изобретение относится к области металлургии, в частности к литым высокотвердым износостойким сплавам на основе железа

Чугун // 2146300
Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для изготовления мелющих тел, валков и других быстро изнашивающихся деталей: бил, броневых плит, шаров для шаровых мельниц, щек щековых дробилок и т.п

Изобретение относится к металлургии, в частности к износостойким, жаростойким, коррозионностойким и антифрикционным чугунам, для использования в автомобильной, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности при получении облегченных, в том числе тонкостенных фасонных отливок специального и общего назначения
Изобретение относится к изготовлению бил для молотковых мельниц и может быть использовано на электростанциях или в промышленности строительных материалов для дробления различных материалов

Чугун // 2138578
Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов высокопрочных чугунов, которые могут быть использованы для изготовления ответственных деталей машиностроения и металлургии, например коленчатых валов, муфт, проводок и втулок для прокатных станов

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов износостойкого чугуна для получения различных литых заготовок деталей, работающих в условиях повышенного износа, а именно двухслойные с рабочим износостойким слоем валки, прокатные станы, дробильное оборудование, строительной (дробилки) и пищевой промышленности, мукомольной, пивоваренной (мельница для размола солода)
Наверх