SU1039644A1

SU1039644A1 - Method of producing parts of high chromium irons

Info

Publication number: SU1039644A1
Application number: SU823378311A
Authority: SU
Inventors: Олег Михайлович Романов; Елена Владимировна Рожкова; Лев Михайлович Романов; Леонид Яковлевич Козлов
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-технологический институт угольного машиностроения; Московский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Стали И Сплавов
Priority date: 1982-01-05
Filing date: 1982-01-05
Publication date: 1983-09-07

Abstract

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ ЧУГУНОВ с карбида ми и мартенситной структурой металлической основы, включающий заливку в литейную форму легированного чугуна и последующее охлаждение до полного затвердевани , о тличающийс тем, что, с целью повыше ни ударно-абразивной стойкости и механических свойств деТсшей без проведени термической обработки, охлгикдение залитого чугуна осуществл ют со скоростью 1501000 С/С . (ЛMETHOD FOR PRODUCING PARTS FROM high chrome cast iron with a carbide E and martensitic metal substrate comprising pouring into a mold alloyed iron and subsequent cooling to complete solidification of tlichayuschiys in that, with a view to higher audio shock abrasion resistance and mechanical properties deTsshey without conducting heat processing, cooling of the cast iron is carried out with a speed of 1501000 C / C. (L

Description

со ;о co; o

4i4i

Изобретение относитс к металлургии , в частности к разработке способов получени отливок из износостойких чугунов с высокими механическими свойствами.The invention relates to metallurgy, in particular, to the development of methods for producing castings from wear-resistant cast irons with high mechanical properties.

В р де агрегатов, предназначенных дл подачи и переработки минерального сырь , отдельные узлы и детали подвергаютс абразивному износу , сопровождаемому значительными ударами (зубь и ковши экскаваторов, шаровые мельницы и т.д.).In a number of units designed for the supply and processing of mineral raw materials, individual components and parts are subjected to abrasive wear, accompanied by significant blows (teeth and excavator buckets, ball mills, etc.).

Известны высокохромистые чугуны, которые обладают высокой стойкостью к абразивному износу, благодар наличию в структуре большого количества карбидов хрома. Карбидна фаза в хромистых чугунах в продольных разрезах эвтектических колоний представлена пучком ответвлений от базового стержн , а в поперечных имеет форму либо розетки, либо многочисленных полиэдров fl .Known high-chromium cast irons, which are highly resistant to abrasive wear, due to the presence in the structure of a large number of chromium carbides. The carbide phase in chromic cast irons in the longitudinal sections of the eutectic colonies is represented by a bundle of branches from the base rod, and in the transverse sections it has the shape of either sockets or numerous polyhedra fl.

Это приводит к охрупчиванию материала и снижению ударной в зкости и ударно-абразивной стойкости. Ударна в зкость этих сплавов обычно составл ет ,8 кгм/см, а ударно-абразивна стойкость при больших углах атаки (80-90°) равна или ниже, чем у стали 110Г1ЛЗ, и в 20 раз меньше, чем у сплава ВК-15.This leads to embrittlement of the material and a decrease in toughness and impact-abrasive resistance. The impact viscosity of these alloys is usually 8 kgm / cm, and the impact-abrasive resistance at high angles of attack (80-90 °) is equal to or lower than that of 110G1ЛЗ steel, and 20 times less than that of VK-15 alloy .

При заливке высокохромистых чугунов в стальной кокиль скорость охлаждени , по сравнению с заливкой в песчано-глинистую форму, растет от 1,05 до З2с/мин. Это приводит к измельчению карбидной фазы, но морфологи ее не мен етс .When high chromium cast irons are cast into a steel chill mold, the cooling rate, as compared to a sand-clay mold, increases from 1.05 to C2 / min. This leads to grinding of the carbide phase, but its morphology does not change.

В этих услови х успевают образоватьс крупные включени карбидов . (преимущественно СГуС), привод щие к охрупчиванию отливки и снижению ее механических свойств. Структура металлической основы представл ет собой аустенит (Н5(з-500 кгс/мм ) и перлит (Н о-350 кгс/мм).Under these conditions, large inclusions of carbides have time to form. (mainly SGS), leading to embrittlement of the casting and reduction of its mechanical properties. The structure of the metal base is austenite (H5 (s-500 kgf / mm) and perlite (H o-350 kgf / mm).

Известен способ повышени механических свойств модифицированных чугунов за счет охлаждени отливок в интервале кристаллизации от I До 14°С/с 2.There is a method of improving the mechanical properties of modified cast irons by cooling the castings in the crystallization range from I to 14 ° C / s 2.

Однако эти скорости применительно к белым хромистым чугунам не привод т к значительному повышению механических свойств.However, these speeds as applied to white chromic cast irons do not lead to a significant increase in mechanical properties.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату вл етс способ, заключающийс в расплавлении шихты, легировании , заливке в стальную форму и охлаждении расплавленного чугуна в форме (скорость 35 С/мин) до полного затвердевани з .The closest to the invention in technical essence and the achieved result is the method consisting in melting the charge, alloying, pouring into the steel mold and cooling the molten iron in the mold (speed 35 C / min) until complete hardening.

Однако указанный способ не позвол ет измен ть морфологию карбидов.However, this method does not allow changing the morphology of the carbides.

Целью изобретени - вл етс повышение ударно-абразивной стойкости и The aim of the invention is to increase the shock-abrasion resistance and

механических свойств деталей из высокохромистых чугунов без применени термической обработки.mechanical properties of high-chromium iron parts without the use of heat treatment.

Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу получени деталей из высокохромистых чугунов с карбидами СГ)С2 мартенситной структурой металлической основы, включающему заливку в литейную форму легированного чугуна и последующее охлаждение расплава чугуна в форме до полного затвердевани , расплав охлаждают со скоростью 150-1000 с/сThe goal is achieved by the fact that according to the method of obtaining parts from high-chromium cast irons with carbides SG-C2 by the martensitic structure of the metal base, which includes pouring doped iron into the mold and subsequent cooling of the molten iron in the mold to complete solidification, the melt is cooled at a rate of 150-1000 s / with

При-использовании в шихте углеродистого феррохрома или отходов высокохромистого чугуна расплав перед охлаждением разогревают до 15501700°С , выдерживают в течение 1015 мин и заливают в форму.When used in a mixture of carbon ferrochrome or high-chromium iron waste, the melt is heated to 155,01700 ° C before cooling, held for 1015 minutes and poured into a mold.

При охлаждении жидкого высокохромистого чугуна со скоростью менее 150°С/с компактные карбиды превращаютс в соединени ., которые успевают в процессе затвердевани заметно увеличить размеры и образовать крупные включени разветвленной формы в аустенитно-перлитной основе. В результате этого происходит охрупчивание отливок и снижение их механических свойств.When cooling liquid high-chromium cast iron at a rate of less than 150 ° C / s, compact carbides turn into compounds that, during solidification, have time to noticeably increase in size and form large inclusions of a branched form on an austenitic-perlitic basis. As a result, embrittlement of castings and reduction of their mechanical properties occurs.

Проведение дополнительной термической обработки (закалки), с целью получени мартенситной структуры основы, не приводит к существенному увеличению служебных характеристик.Conducting additional heat treatment (quenching), in order to obtain the martensitic structure of the base, does not lead to a significant increase in service performance.

Охлаждение расплавленного высокохромистого чугунасо скоростью 150100О С/с позвол ет подавить реакцию превращени карбидов в и образование больших карбидных включений. Одновременно с этим происходит резкое уменьшение интервала кристаллизации (практически до нул ) благодар чему высокохромистые чугуны независимо от состава имеют структуру , близкую к эвтектической, состо щую из искаженного мартенсита и впервые полученных в -сплавах данного состава равномерно распределенных мелкодисперсных карбидов . Это обеспечивает наилучшую ударно-абразивную стойкость. °The cooling of molten high-chromium iron with a rate of 150100 OC / s makes it possible to suppress the reaction of transformation of carbides into and the formation of large carbide inclusions. Simultaneously, a sharp decrease in the crystallization interval (almost to zero) occurs, which means that high-chromium cast irons, regardless of their composition, have a close to eutectic structure, consisting of distorted martensite and for the first time obtained in the alloys of this composition uniformly distributed fine carbides. This provides the best impact and abrasion resistance. °

Способ обеспечивает получение мартенситной основы без дополнительной термической обработки.The method provides a martensitic base without additional heat treatment.

Охлаждение расплава в форме со скоростью свыше приводит к полному подавлению реакции образовани карбидов в жидком состо нии, по влению аморфных фаз.Cooling the melt in a mold at a rate of more than that leads to the complete suppression of the carbide formation reaction in the liquid state, the appearance of amorphous phases.

Структура чугуна (1,6-2,2% углерода , 7-30% хрома) в литом состо нии представл ет собой чистую у -фаз ( аустенит). В процессе термической обработки в сплаве, полученном таким способом (Уд)(д ) , по границам зерен аустенита выдел ютс карбиды Cr-jC f что резко ухудшает свойства чугунов. В тех случа х, когда легирование хромом производ т с помощью углеродистого феррохрома или отходов высо кохромистых чугунов, в расплав из шихты переходит большое количество крупных карбидных включений. Разогрев расплава высокохромистого кугуна до температуры 15501700с обеспечивает, согласно термо динамике, смещение равновеси карбида СгуС в сторону.более полного превращени его в соединение , которое в виде мелких частиц равномерно распредел етс по всему объему металла. Кроме того, повышение температуры приводит к ускорению диффузионных процессов, протекающих при растворе НИИ карбида в жидком металле Выдержка расплава в течение 5-15 мин при температуре 1550-1700 с способствует полному превращению карбидов . При температурах ниже 1550°С в жидком металле диффузионные процессы растворени карбидов протекают медленно , что требует значительного времени выдержки, увеличивает расход электроэнергии и резко снижает произ водительность плавильных агрегатов. Температуры запивки свыше вл ютс нецелесообразными, посколь Ку при этом, увеличиваетс врем пребывани расплава в форме до полного затвердевани , и следовательно, происходит укрупнение карбидных включений и понижение уровн механических свойств. Попадание в изложницу сильно перегретого металла вызывает подплавление поверхностных слоев формы, приваривание отливки к стенке изложницы. В результате этого происходит разрушение кокил и нарушение геометрии отливки и одновременно эамедление скорости охлаждени . Кроме того, разогрев металла более св зан с дополнительными затратами электроэнергии и увеличением продолжительности плавки и быстрьгм изнашиванием огнеупорной футеровки плавильных агрегатов. Приме р. Провод т обработку высокохромистых чугунов, содержащих, %: хром 13; молибден 1; марганец 1,8; кремний 0,6, и имеющих различные концентрации углерода от 2 до 4%. Температура расплава перед заливкой медный кокиль , врем выдержки 10 мин. Отливки имеют форму пр моугольных пластин 120лЗОЛ 2О мм. Охлаждение расплава в форме до затвердевани осуществл ют со скоростью 500-700°С/с. Сравнительна характеристика свойств деталей, полученных по предлагаемому и известному способам представлена в таблице.The structure of cast iron (1.6-2.2% carbon, 7-30% chromium) in a cast state is pure y-phase (austenite). In the process of heat treatment in the alloy obtained in this way (Vg) (d), Cr-jC f carbides are precipitated along the austenite grain boundaries, which sharply affects the properties of the cast iron. In cases where doping with chromium is effected using carbon ferrochrome or high chromium iron waste, a large number of large carbide inclusions are transferred from the charge to the melt. Heating the melt of high-chromium clay to a temperature of 15501700s provides, according to thermo-dynamics, a shift in the equilibrium of the carbide of СгуС to the side. More fully transforming it into a compound that evenly distributes in the form of small particles throughout the entire volume of the metal. In addition, an increase in temperature leads to acceleration of diffusion processes occurring at a solution of a carbide scientific research institute in a liquid metal. The melt holding for 5–15 min at a temperature of 1550–1700 s contributes to the complete transformation of carbides. At temperatures below 1550 ° C in the liquid metal, the diffusion processes for the dissolution of carbides proceed slowly, which requires a considerable exposure time, increases the power consumption and drastically reduces the productivity of the smelting units. Wetting temperatures above that are impractical, since Ku at the same time, increases the residence time of the melt in the mold until it solidifies, and consequently, the coarsening of carbide inclusions and the decrease in the level of mechanical properties occur. The ingress of highly overheated metal into the mold causes the surface layers of the mold to melt, welding the casting to the wall of the mold. As a result, the destruction of the chill mold and the violation of the geometry of the casting occurs while simultaneously cooling the cooling rate. In addition, the heating of the metal is more associated with additional energy costs and an increase in the duration of smelting and quick wear of the refractory lining of the melting units. Primer p. The treatment of high-chromium iron containing,%: chromium 13; molybdenum 1; manganese 1.8; silicon 0.6, and having different concentrations of carbon from 2 to 4%. The temperature of the melt before pouring copper chill, the exposure time 10 min. The castings are in the form of rectangular plates 120LZOL 2O mm. The melt is cooled in the mold before solidification is performed at a rate of 500-700 ° C / s. A comparative characteristic of the properties of the parts obtained by the proposed and known methods is presented in the table.

710396448710396448

Детали из высокохромистого чугуна, Ударно-абразивна стойкость деполученные по предложенному способу,тгшей из высокохромистого чугуна,Details of high-chromium cast iron. Shock-abrasive resistance is obtained by the proposed method, made of high-chromium iron,

имеют ударную в зкость в 8-10 разполученных по предложенному способу,have a toughness of 8-10 produced by the proposed method

выше, чем из чугуна того же способа,при углах атаки 60-90° в 2 раза выно полученного по известному .ше, чем у сплава ВК-15, и в 60 раз способу . у стали НОГ 13Л.higher than that of cast iron of the same method, with angles of attack of 60-90 °, 2 times as obtained from the well-known one, than with VK-15 alloy, and 60 times. have steel foot 13L.

Claims

METHOD FOR PRODUCING DETAILS FROM HIGH CHROMIUM IRONS with SgdS ₂ carbides and martensitic structure of a metal base, including pouring alloy cast iron into the casting mold and subsequent cooling to complete hardening, characterized in that, in order to increase the impact-abrasion resistance and mechanical properties processing, cooling cast iron is carried out at a speed of 1501000 ° C / s.

S11 ,,,, 1039644