SU1096300A1

SU1096300A1 - Cast iron

Info

Publication number: SU1096300A1
Application number: SU833570759A
Authority: SU
Inventors: Михаил Петрович Шебатинов; Петр Петрович Сбитнев
Priority date: 1983-03-31
Filing date: 1983-03-31
Publication date: 1984-06-07

Abstract

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, „ванадий, молибден, никель, медь, церий и железо, отличающ и йс тем, что, с целью повьшени прочности , в зкости, износостойкости и -эксплуатационной стойкости в термообработанном состо нии, он дополнительно содержит алюминий, кальций и цирконий при следующем соотношении компонентов, мае.%: 1,8-2,5 Углерод 0,1-1,0 Кремний 0,4-2,5 Марганец 10-16 Хром 0,3-1,5 Титан 0,6-3,5 Ванадий 0,1-2,5 Молибден 0,1-1,0 Никель 0,5-1,6 Медь 0,03-0,08 Церий i .0,05-0,5 Алюминий 0,01-0,05 Кальций W 0,05-0,30 Цирконий Железо ОстальноеCAST IRON, containing carbon, silicon, manganese, chromium, titanium, vanadium, molybdenum, nickel, copper, cerium and iron, is distinguished by the fact that, in order to increase strength, viscosity, wear resistance and operational stability in the heat-treated state , it additionally contains aluminum, calcium and zirconium in the following ratio of components, May.%: 1.8-2.5 Carbon 0.1-1.0 Silicon 0.4-2.5 Manganese 10-16 Chromium 0.3- 1.5 Titanium 0.6-3.5 Vanadium 0.1-2.5 Molybdenum 0.1-1.0 Nickel 0.5-1.6 Copper 0.03-0.08 Cerium i .0.05- 0.5 Aluminum 0.01-0.05 Calcium W 0.05-0.30 Zirconium Iron Else

Description

CD 35 Изобретение относитс к области металлургии, в частности к изысканию высоколегированных белых чугунов , работающих в области интенсив ного ударно-абразивного износа (вы сокоскоростного трени ), и может быть использовано, в частности, дл изготовлени сменных деталей (лопатки , импеллеры, и т.п.). Известен высокохромистый износо стойкий чугун |l3 S содержащий следующие ингредиенты, вес,%: Углерод 1,8-2,8 Кремний о J 2-2,2 Марганец 0,35-3,8 Хром 9,0-10,6 Молибден 0,4-2,2 Никель0,1-0,5 Медь,0,1-0,5 Титан0,1-0,5 Церий , . 0,01-0,5 Бор0,005-0,25 ЖелезоОстальное Данный чугун отличаетс невысок эксплуатационной стойкостью в уело , ви х ударно-абразивного износа и в сокоскоростного трени (стойкость паток дробеметной машины менее 20 Наиболее близким к предложенном по технической сущности и достигае мому результату вл етс чугун 2 содержавши, вес.%: Углерод 2,7-3,5 Кремний 0,4-2,0 Марганец , 0,2-1,0 Хром12,0-20,0,. Никель0,6-1,5 Молибден 0,5-1,0 Медь 0,6-1,5 Церий0,03-0,1 Титан0,1-1,7 Бор 0,1-0,4 Ванадий 2,0-3,0 Железо Остальное Указанный чугун имеет недостаточ ную прочность, в зкость и эксплуата ционную стойкость после термообрабо ки. Цель изобретени - повьш ение про ности, в зкости Износостойкости и эксплуатационной стойкости в термообработанном состо нии. Поставленна цель достигаетс те что чугун, содержащий углерод, крем ний, марганец, хром, титан, ванадий молибден, никель, медь, церий и железо , дополнительно содержит алюмиНИИ ,, кальций и цирконий при следуююдём содержании ингредиентов, вес,%: Углерод1,8-2,5 Кремний0,1-1,0 Марганец0,4--2,5 Хром °10,0-16,0 Титан0,3-1,5 Ванадий0,6-3,5 Молибден0,1-2,5 Никель0,1-1,0 Медь0,5-1,6 Церий0,03-0,08 Алюминий0,05-0,5 Кальций0,01-0,05 Цирконий0,05-0,3 ЖелезоОстальное Предлагаемый высоколегированный белый чугун обладает следующими свойствами в литом состо нии: Твердость, HRC 45-50 Стойкость, ч 100-150 после термической обработки; Предел прочности на изгиб, , кгс/мм 72-88 Ударна в зкость, кгс/см 1,, 2-2,0. Твердость, HRC57-59 Стойкость, ч150-200 Пример. Выплавку чугуна про извод т в индукционной печи ИСТ-016 с нейтральной футеровкой. В расплав чусуна при 1500-1520°С ввод т легирующие элементы никель, мапнбден, феррованадий, ферромарганец, ферротитан , алюминий и цирконий. Перед заливкой в ковш ввод т кальций и церий. Заливку чугуна .в разовые формы производ т при 1450-1490 С, Полученные конкретные составы чугунов известного (прототип) и предлагаемого приведены в табл. 1, а их физико-механические характеристики в литом и термообработанном состо нии - в табл. 2, Испытани на стойкость провод т на детал х дробеметного барабанад прошедших предварительную термическую обработку в производственных услови х в процессе работы барабанов. Результаты испытани приведены в Ta6j.3 . . Отливки из предложенного чугуна после охлаадени на воздухе подвергают термической обработке по следующему режиму. Детали загружают в печь при 350-400 С и выд,ерживают 1 ч, нагревают со скоростью 120°С до аусте-д низации 900-1100 С, выр,ерживают 80120 мин, затем-производ т закалку в масле, после чего ведут отпуск при 270-320°С в течение 2-3 ч. Рекомендуемыми составами чугуна следует считать составы 4 и 6, Содержание углерода и кремни меньше нижнего предела приводит к увеличению в зкости и уменьшению тв дости не только в литом состо нии, но и после термообработки, Повьшение содержани их выше верхнего пре дела ведет к резкому снижению износостойкости из-за образовани в стр ктуре чугуна хрупких эвтектических карбидов в виде игл и менее термостойкого карбида . Введение марганца в указанных пр делах способствует формированию аус нитно-карбидной структуры чугуна в литом состо нии. При этом исключено образование перлитной структурной составл ющей, а точка мартенситного превращени находитс при низких () температурах. При содержании марганца вьше вер него предела падает твердость не только в литом состо нии, но и после термообработки. Хот в зкость при этом увеличиваетс , однако изно состойкость как основной параметр, значительно снижаетс . При содержании марганца меньше нижнего предела образовавшийс при кристаллизации аустенит в процессе выбивки отливки из формы частично распадаетс с вьщелением перлита, а в случае быстрого охлаждени и мартенсита. Дл получени структуры чугуна с большим содержанием карбидов, обладающего высокой стойкостью к абразивному износу, он легирован боль шим количеством хрома. При содержании хрома менее 10% образуютс карбиды типа MejC, что ведет к снижению износостойкости, а следовательн и эксплуатационной стойкости лопаток дробеметных барабанов. При содержании хрома в чугуне более 16% происходит снижение износостойкости Это объ сн етс тем, что в структуре чугуна образуетс эвтектика на основе карбида типа , уступающего по твердости и теплопроводнос ти карбиду Одновременно чугун приобретает склонность к трещинообразованию в литом состо нии. Прис дка титана и алюмини приводит к раскислению чугуна, образованию мелкодисперсных карбидов, улучшает свойства жидкого чугуна и измен ет услови его кристаллизации . В итоге стабилизируютс физико-механические свойства чугуна, повьш аетс стойкость к механическим и тепловым воздействи м, а в итоге износостойкость. Алюминий, кроме указанного вли ни , приводит к св зыванию серы и частично азота в тугоплавкие мелкодисперсные сульфиды и нитр1ады, что способствует формированию наиболее твердой исходной металлической основы. .Введение алюмини меньше нижнего предела не приводит к изменению свойств расплава, а вьше верхнего предела - загр зн ет металл неметаллическими включени ми, создава дополнительно трудности при разливке, увеличива брак лить (пористость). Титан в количестве меньшем 0,3% ведет к образованию разветвленных дендритов первичных карбидов, способствующих снижению стойкости деталей при абразивном износе. При содержании титана более 1,5% происходит большое шлаковь деление. Комплексное легирование ванадием и молибденом приводит к повьшгению прочности, твердости за счет образовани твердого раствора внедрени , мелкодисперсных карбидов и измельчени зерна не только при комнатной, но и при высоких, более 500°С темературах . Одновременно увеличиваетс закаливаемость и износостойкость . Присадка каждого из этих элементов меньше нижнего приводит к изменению структуры, т.е. к резкому уменьшению содержани карбидов ванади и молибдена. В результате стойкость чугуна к абразивному изнашиванию и ударным нагрузкам резко падает. При введении этих ингредиентов в количествах, превышЯЕощих верхний предел каждого из них, происходит образование тройной эвтектики (А + VC + Мо2С). Причем содержание этих элементов в карбидах достигает более 50%, что резко снижает их содержание в матрице чугуна, в итоге снижаетс износостойкость. Легирование хроми;стого чугуна ниелем и медью приводит к получению устенитно-карбидной структуры чугуна в литом состо нии, одновременно повышаютс в зкость и теплопроводность , что непосредственно св зано с повьппением износостойкости. , Введение никел и меди меньше нижнего предела практически не оказывает вли ни на изменение структуры , а следовательно, и на свойств хромистого белого чугуна. Присадка их вьше верхнего предела нецелесооб разна, поскольку никель более 1,0% оказывает воздействие на стабилизацию аустенита, резко увеличива его остаточное содержание после термооб работки, что снижает предел твердое ти. Наличие меди более 1,6% приводи к выделению ее в свободном состо нии , а это снижает твердость и изно состойкость деталей в процессе работы . . Дл рафинировани расплава от вр ных примесей (сера, кислород, азот и др.), св зывани их в неметалличе ские соединени округлой формы и удалени как из жидкого чугуна, так и с границ зерен при кристаллиз ции в чугун введены кальций и церий Присадка кальци , кроме того, оказы вает существенное-вли ние на снижение концентрации серы в расплаве, увеличива жидкотекучесть, повыша плотность металла, а также уменьшает внутренние напр жени в литой структуре . Содержание кальци меньше 0,01% мало вли ет на содержание серы, т.е на изменение формы, размеров (меньшение ), количества и характера распределени сульфидов,образующихс при эвтектической кристаллизации,, Присадка кальци более 0,G5% иедет к по влению в структуре чугуна значительного количества окислов отрицательно вли ющих на ударные свой ства деталей. Введение цери менее 0.03% нгдостаточно эффективно, а Бьш:е О508% ведет к по влению в металлической основе белого чугуна интерметаллических фаз, располагающихс по границам зерен, что приводит к охрупчиванию . Добавка циркони вызывает изме-нение условий крис:таллизации расплава чугуна5 способствует образованию мелкозернистой структуры за счет мелкодисперсньос карбвдов и сульфидов j образовавшихс в жидком металле, что повьшает MexaiiH4ecKHe характеристики (твердость металлической основы и износостойкость) при 500ЮОО С , а это в итоге ведет к повышению стойкости к ударно-абразивному износу гфи высокоскоростном трении. Содержание циркони менее 0,05% мало вли ет на свойства расг: ;:ава, а более 0,3% повьшшет содержание остаточного аустенита sa счет сьюкени в нем концентрации углерода,а это снижает стойкость при абразивном износе. Предложенный чугун за счет легировани кальцием, алюминием и цирконием обладает высокими прочностью, в зкостью и эксплуатационной стойкостью в услови х ударко-абразивного износа. Годовой экономический эффект от внедрени изобретени составит ,8 тыс,руб. Т а б л и ц а 1CD 35 The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the search for high-alloyed white cast irons, working in the field of intensive impact-abrasive wear (high-speed friction), and can be used, in particular, for the manufacture of replacement parts (blades, impellers, and .P.). Known high-chromium wear resistant cast iron | l3 S containing the following ingredients, weight,%: Carbon 1.8-2.8 Silicon о J 2-2.2 Manganese 0.35-3.8 Chromium 9.0-10.6 Molybdenum 0 , 4-2.2 Nickel, 0.1-0.5 Copper, 0.1-0.5 Titanium, 0.1-0.5 Cerium,. 0.01-0.5 Bor0.005-0.25 Iron Others This cast iron is characterized by low operational durability in uelo, shock-abrasive wear and in juice-speed friction (resistance of the shot blast machine is less than 20 the closest to that proposed by the technical essence and reach My result is cast iron 2 containing, wt.%: Carbon 2.7-3.5 Silicon 0.4-2.0 Manganese, 0.2-1.0 Chromium 12.0-20.0, Nickel 0.6- 1.5 Molybdenum 0.5-1.0 Copper 0.6-1.5 Cerium 0.03-0.1 Titanium 0.1-1.7 Boron 0.1-0.4 Vanadium 2.0-3.0 Iron The specified cast iron has insufficient strength, toughness and operational after heat treatment. The purpose of the invention is to increase the strength, viscosity, wear resistance and operational durability in the heat-treated state. The goal is achieved that cast iron containing carbon, silicon, manganese, chromium, titanium, vanadium, molybdenum, nickel, copper, cerium and iron, additionally contains aluminumII, calcium and zirconium following the content of ingredients, weight,%: Carbon1.8-2.5 Silicon0.1-1.0 Manganese0.4--2.5 Chromium 10.0-16 , 0 Titan0.3-1.5 Vanadium 0.6-3.5 Molybdenum0.1-2.5 Nickel0.1-1.0 Copper0.5-1.6 Cerium0.03-0.08 Aluminum0.05-0-0, 5 Calcium0.01-0.05 C Irconium 0.05-0.3 Iron Else The proposed high-alloyed white cast iron has the following properties in the cast state: Hardness, HRC 45-50 Resistance, hours 100-150 after heat treatment; Flexural strength, kgf / mm 72-88 Impact viscosity, kgf / cm 1 ,, 2-2.0. Hardness, HRC57-59 Resistance, h150-200 Example. Iron smelting is produced in an IST-016 induction furnace with a neutral lining. The alloying elements nickel, mapnbden, ferrovanadium, ferromanganese, ferrotitanium, aluminum and zirconium are introduced into the melt of chusun at 1500–1520 ° C. Calcium and cerium are introduced into the bucket before pouring. Casting of cast iron into one-off forms is carried out at 1450-1490 ° C. The obtained concrete compositions of the known cast iron (prototype) and proposed are given in table. 1, and their physico-mechanical characteristics in the cast and heat-treated state are given in Table. 2, The durability tests were carried out on parts of the shot blasting drum which underwent preliminary heat treatment under production conditions during the operation of the drums. The test results are given in Ta6j.3. . Castings from the proposed cast iron after cooling in air are subjected to heat treatment according to the following mode. The parts are loaded into an oven at 350-400 ° C and an extract, hold for 1 hour, heat at a rate of 120 ° C until austere nisation 900-1100 ° C, pull out, hold 80120 minutes, then quench in oil, and then leave at 270-320 ° C for 2-3 hours. Recommended cast iron compositions are 4 and 6, the content of carbon and silicon less than the lower limit leads to an increase in viscosity and a decrease in solid, achieved not only in the molten state, but also after heat treatment A higher content of them above the upper limit leads to a sharp decrease in wear resistance due to the formation of The treatment of cast iron is brittle eutectic carbides in the form of needles and less heat-resistant carbide. The introduction of manganese in the aforementioned cases contributes to the formation of the austenite-carbide structure of cast iron in the cast state. In this case, the formation of the pearlite structural component is excluded, and the martensitic transformation point is at low () temperatures. When the manganese content is above its limit, the hardness decreases not only in the cast state, but also after heat treatment. Although the viscosity increases with this, however, the wear resistance as the main parameter is significantly reduced. When the manganese content is less than the lower limit, the austenite formed during crystallization during the process of knocking out the casting from the mold partially decomposes with the release of perlite, and in the case of rapid cooling, martensite. To obtain the structure of cast iron with a high content of carbides, which is highly resistant to abrasive wear, it is alloyed with a large amount of chromium. When the chromium content is less than 10%, carbides of the type MejC are formed, which leads to a decrease in wear resistance and, consequently, the operational durability of the shot blast drum blades. When the chromium content in the pig iron is more than 16%, wear resistance is reduced. This is due to the fact that a eutectic based on carbide of a type inferior in hardness and heat to the carbide is formed in the cast iron structure. At the same time, the cast iron becomes prone to cracking in the cast state. The addition of titanium and aluminum leads to the deoxidation of iron, the formation of fine carbides, improves the properties of liquid iron and changes its crystallization conditions. As a result, the physicomechanical properties of cast iron are stabilized, resistance to mechanical and thermal effects, and, as a result, wear resistance, increases. Aluminum, in addition to this effect, leads to the binding of sulfur and partially nitrogen into refractory fine sulfides and nitrates, which contributes to the formation of the hardest starting metal base. Introducing aluminum less than the lower limit does not change the properties of the melt, and above the upper limit, contaminates the metal with nonmetallic inclusions, creating additional difficulties during casting, increasing the rejects (porosity). Titanium in the amount of less than 0.3% leads to the formation of branched dendrites of primary carbides, contributing to a decrease in the resistance of parts with abrasive wear. When the content of titanium is more than 1.5%, a large slag division occurs. The complex doping with vanadium and molybdenum leads to an increase in strength, hardness due to the formation of a solid interstitial solution, fine carbides and grinding of grain not only at room temperature, but also at high temperatures above 500 ° C. At the same time, the hardenability and wear resistance increase. The addition of each of these elements to a lower one leads to a change in the structure, i.e. to a sharp decrease in the content of vanadium and molybdenum carbides. As a result, the cast iron's resistance to abrasive wear and shock loads drops sharply. With the introduction of these ingredients in quantities exceeding the upper limit of each of them, the formation of a triple eutectic (A + VC + Mo2C) occurs. Moreover, the content of these elements in carbides reaches more than 50%, which sharply reduces their content in the cast iron matrix, and as a result, the wear resistance decreases. The alloying of chromium, pig iron and copper results in the formation of an in-situ carbide structure of cast iron in a molten state, and the viscosity and thermal conductivity are increased simultaneously, which is directly related to wear resistance. The introduction of nickel and copper below the lower limit has practically no effect on the change in the structure and, consequently, on the properties of chromium white iron. Their addition above the upper limit is inappropriate, since nickel more than 1.0% affects the stabilization of austenite, dramatically increasing its residual content after heat treatment, which reduces the solid limit. The presence of copper of more than 1.6% leads to the release of copper in a free state, and this reduces the hardness and wear resistance of parts during operation. . To refine the melt from impurities (sulfur, oxygen, nitrogen, etc.), to bind them in nonmetallic compounds of circular shape and to remove both liquid iron and grain boundaries during the crystallization, calcium and cerium are introduced into the iron. Calcium additive In addition, it has a significant effect on reducing the sulfur concentration in the melt, increasing the fluidity, increasing the density of the metal, and also reducing the internal stresses in the cast structure. The calcium content less than 0.01% has little effect on the sulfur content, i.e., changes in the shape, size (reduction), quantity and nature of the distribution of sulphides produced during eutectic crystallization, Calcium more than 0, G5% appears to the cast iron structure of a significant amount of oxides that have a negative effect on the impact properties of the parts. The introduction of cerium less than 0.03% ng is sufficiently effective, and the B: e ~ 508% leads to the appearance of intermetallic phases located on grain boundaries in the metal base of white iron, which leads to embrittlement. The addition of zirconium causes a change in the conditions of the crystal: the melting of the cast iron melt5 contributes to the formation of fine-grained structure due to the finely divided carbides and sulfides j formed in the liquid metal, which increases the MexaiiH4ecKHe characteristics (hardness of the metal base and wear resistance) at 500 ° C, and this eventually leads to resistance to shock-abrasive wear gfi high-speed friction. A zirconium content of less than 0.05% has little effect on the properties of the rasg: ava, and more than 0.3% will increase the content of residual austenite sa through the concentration of carbon in it, and this reduces resistance to abrasive wear. The proposed cast iron, by doping with calcium, aluminum and zirconium, has high strength, toughness and operational durability under impact-abrasive wear. The annual economic effect from the implementation of the invention will be 8 thousand rubles. Table 1

3,06 1,23 0,93 Известный Предложенный 17,2 f,0 2,5 О,3.06 1.23 0.93 Known Proposed 17.2 f, 0 2.5 O,

Яродолжение . 1I have a long term. one

10963001096300

63,0 54,0 63.0 54.0

45,0 56,5 47,5 59,5 50,3 57,0 46,0 60,0 50,5 62,0 52,0 48,0 40,0 65,0 54,045.0 56.5 47.5 59.5 50.3 57.0 46.0 60.0 50.5 62.0 52.0 48.0 40.0 65.0 54.0

10 Продолжение табл. 210 Continued table. 2

Продолжение табл, 2Continued tabl, 2

9595

150150

160160

195195

190190

290290

189189

100100

140140

Таблица 3Table 3

11eleven

10963001096300

Продолжение табл. 3Continued table. 3

Claims

CAST IRON containing carbon, silicon, manganese, chromium, titanium, vanadium, molybdenum, nickel, copper, cerium and iron, characterized in that, in order to increase strength, toughness, wear resistance and. • operational resistance in the heat-treated state, it additionally contains aluminum, calcium and zirconium in the following ratio of components, wt.%:

Carbon 1.8-2.5 Silicon 0.1-1.0 Manganese 0.4-2.5 Chromium '10-16 Titanium 0.3-1.5 Vanadium 0.6-3.5 Molybdenum 0.1-2.5 Nickel 0.1-1.0 Copper 0.5-1.6 Cerium 0.03-0.08 Aluminum .0.05-0.5 Calcium 0.01-0.05 Zirconium 0.05-0.30 Iron Rest

SU ..J 096300