RU1803460C - Износостойкий чугун - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к черной металлургии и может быть использовано дл  изготовлени  термостойких и фрикционных изделий. Износостойкий чугун дополнительно содержит карбиды бора, ниобий, азот и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3,6-4,0; кремний 1,2-2,6; марганец 0,3-0,8; никель 0,07- 0,25; хром 0,02-0,07; титан 0,15-0,5; ванадий 0,05-0,15; алюминий 0,05-0,25, медь 0,35-0,85; кальций 0,03-0,07; РЗМ 0,02-0,08; карбиды бора 0,05-0,25; ниобий 0,02-0,35; азот 0,13-0,27 и железо - остальное . Чугун обладает высокой износостойкостью , прочностью, ударной в зкостью, его термостойкость составл ет 1821-1936 циклов . 2 табл.

Description

Изобретение относитс  к металлургии, в частности к изысканию серых износостой- ких чугунов, примен емых дл  изготовлени  профильных заготовок с однородной структурой методами непрерывного лить .

Цель изобретени  - повышение износостойкости и эксплуатационных свойств.

Износостойкий чугун, по данному изобретению , содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, ванадий, алюминий, редкоземельные металлы, медь и железо; дополнительно содержит карбиды бора, ниобий , никель и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 3,6-4.0 Кремний 1,2-2,6 Марганец 0,3-0,8 Хром 0,2-0,7 Титан 0,15-0,5 Ванадий 0,05-0,15 Алюминий 0,05-0.25 Медь 0,35-0,85

Карбиды бора

Кальций

Никель

Редкоземельные

металлы

Ниобий

Азот

Железо

0,05-0,25 0.03-0,07 0,07-0,25

0,02-0,08 0,02-0.35 0,13-0,27 Остальное Введение в известный чугун бора в пределах 0,05-0,25 мас.% обеспечивает повышение дисперсности структуры, степени лерлитизации металлической основы отливок , увеличение однородности структура ударостойкости износостойкости и твердости , что приводит к повышению стабильности механических свойств. Содержание карбидов бора выше верхнего предела нецелесообразно, так как в этом случае, в св зи с малой их растворимостью увеличи- ваетс -их ликваци  в аустенит и коагул ци , что снижает однородность структуры и динамическую , прочность чугуна. Введение в

ел

с

00

о

Ј

О

о

чугун карбидов бора в количестве ниже нижнего предела не обеспечивает получение желаемых преимуществ по однородности структуры, износостойкости, теплостойкости и служебных свойств,

Введение в чугун ниоби  обусловлено тем, что он упрочн ет матрицу и измельчает литое зерно в центральной зоне слитков, измельчает графит, измен   его форму, структуру металлической основы в отливках , повышает теплостойкость, стабильность микротвердости, динамической прочности и других физико-механических свойств.

Введение в чугун ниоби  в количествах менее 0,02 мас.% существенного вли ни  на повышение стабильности микротвердости , теплостойкости и физико-механических свойств не оказывает, а содержание ниоби  выше 0,35 мас.% нецелесообразно, так как в этом случае значительно возрастает длительность плавки чугуна и усложн етс  технологи  внепечной обработки, снижаютс  удароустойчивость, однородность структуры и свойств.

Азот в износостойкий чугун в количестве 0,13-0,27% введен как эффективный легирующий компонент, который св зывает титан, редкоземельные мэталлы алюминий ,.ванадий и другие элементы в чугуне в дисперсные нитриды и карбонитриды, обеспечивающие повышение однородности структуры, микротвердости, теплопроч- нрсти и термической стойкости. При содержании азота менее 0,13 мас,% не обеспечиваетс  существенное повышение микротвердости и ее стабильности по сечению непрерывнолитых слитков, заметное повышение термической стойкости чугуна, Увеличение концентрации азота более 0,27 мас.% снижает однородность структуры, ударную в зкость, стабильность механических свойств,

Никель в заданных пределах от 0,07 до 0,25 мас.% способствует повышению пластических свойств, измельчению и стабилизации структуры, что обеспечивает повышение стабильности миЈротвердости и термической стойкости. При содержании никел  ниже 0,07 мас.% стабильности и структуры, микротвердости и термической стойкости не достигаетс , а при увеличении его содержани  более 0,25 мас.% снижаютс  удароустойчивость и микротвердость.

Введение карбидов бора, ниоби , никел  и азота в заданных соотношени х обеспечивает получение в отливках более однородной структуры, стабильной микротвердости , комплекс новых свойств, сочетающих в себе значени  эксплуатационных

свойств, динамической прочности, износо- стойкости и термической стойкости.

Чугун выплавл ют в индукционных печах . Дл  микролегировани  использовали

ферросплавы. Модифицирование чугуна РЗМ, карбидами бора и алюминием производ т в литейных ковшах при выпуске чугуна из печи после продувки азотом.

Химический состав исследованных чу0 гунов приведен в таблице 1, а механические свойства и термическа  стойкость в табл.2.

Угар РЗМ составл ет 26-32%, карбидов бора 14-18%. Усвоение ниоби , прйсажен5 ного в печь, составило 76-80, никел  89- 93%.

Температура металла перед выпуском из электропечи дл  модифицировани  в ковш емкостью 2 т составл ла 1480-1500°С,

0 а температура чугуна при заливке расплава в кристаллизатор установки дл  непрерывного лить  - 1410-1430°С.

На установках УНГЛ-2 выт гивают круглые заготовки диаметрами 30 и 120 мм.

5Механические свойства и термостойкость чугунов определ ли на образцах, вырезанных из профилей диаметром 30 мм. Микротвердость металлической основы определ ют на микротвердомере ПМТ-3 на

0 образцах, вырезанных из заготовок диаметрами 30 и-120 мм,

Содержание основных компонентов (углерод 3,6-4,0 мас.%, кремний 1,2-2,6 мас.% и марганец 0,3-0,8 мас.%) определены из

5 практики производства износостойких и термостойких чугунов с повышенной микро- твердостью матрицы и со стабильной структурой . При концентрации углерода до 3,6 мас.%, кремни  до 1,2 мас.% и марганца

0 более 0,8 мас.% увеличиваетс  количество цементита в структуре, снижаютс  ее стабильность и термическа  стойкость. При содержании углерода более 4,0 мас.% кремни  более 2,6 мас.% и марганца менее

5 0,3 мас.% увеличиваетс  ликваци , загр зненность чугуна неметаллическими включени ми и снижаютс  стабильность структуры и микротвердости по сечению заготовок, служебные свойства.

0 Содержание микролегирующих добавок (хром 0,02-0,07 мас.%, титан 0,15-0,5; медь 0,35-0,85; ванадий 0.05:0,15; РЗМ 0,02-0,08; алюминий 0,05-0.25 мас.%) определены экспериментально и ограничены

5 пределами, обеспечивающими однородную структуру и оптимальные прочностные и пластические свойства, стабильную микротвердость и повышенную износостойкость и теплостойкость. При низком их содержании прочностные и фрикционные

свойства недостаточны, а при увеличении их концентрации выше верхних пределов снижаетс  удароустойчивость, динамическа  стойкость и стабильность структуры, что приводит к снижению микротвердости и других свойств и их стабильности. Верхние пределы концентрации отбеливающих элементов (хрома, ванади , РЗМ) снижены, а графитизирующих - повышены.

Кальций введен как эффективный модификатор , очищающий границы зерен от неметаллических включений и повышающий стабильность структуры и микротвердости.

Верхний предел концентрации кальци  ограничен его растворимостью в перлите, а при концентрации его 0,03 мас.% модифицирующий эффект недостаточен.

Как видно из данных табл.2, предложенный износостойкий чугун обладает более однородным и стабильными значени ми микротвердости и износостойкости, чем базовый чугун.

Термическую стойкость определ ют в услови х термоциклировани . в интервале температур 20-900°С.

Технологические свойства определ ют на стандартных технологических пробах. Эрозионную стойкость определ ют на стру- еударной испытательной установке с использованием в качестве эталона стали 45Л после закалки ее с 840°С в воду и отпуска при200°С.

Исследование прочностных свойств определ ют на цилиндрических образцах диаметром 10 мм.

Claims (1)

1. Формула из обретени  Износостойкий чугун, содержащий углерод , кремний, марганец, хром, ванадий, титан, алюминий, редкоземельные металлы , кальций, медь и железо, отличающийс  тем, что, с целью повышени  прочност ударной в зкости и эксплуатационных свойств, он дополнительно содержит карбиды бора, ниобий, никель и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

   0

   5

   0

   Углерод

   Кремний

   Марганец

   Хром

   Титан

   Ванадий

   Никель

   Алюминий

   Медь

   Карбиды бора

   Кальций

   Редкоземельные

   металлы

   Ниобий

   Азот

   Железо

   3,6-4,0

   1.2-2,6

   0,3-0,8

   0,02-0,07

   0,15-0,5

   0,05-0,15

   0,07-0.25

   0,05-0,25

   0,35-0,85

   0,05-0,25

   0.03-0,07

   0,02-0,08 0,02-0,35 0.13-0,27 остальное

   Таблица 1

   Таблица 2