SU1214779A1 - Белый чугун - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к металлур-

гии, в частности к изысканию износостойких чугунов, работающих в услови х интенсивного абразивного износа .

Целью изобретени   вл етс  повышение твердости при температурах до 700 с, ударной в зкости и износостойкости .

Пример. Выплавку чугуна провод т в индукционной печи ИСТ 025 с основной фетуровкой. В расплав чугуна при температуре 1490-1510 С ввод т легирующие элементы: никель, феррованадий , цирконий и феррохром. Перед заливкой в ковш ввод т барий, неодим и празеодим. В разовые земл ные формы при температуре 1450-1480 прои звод т .заливку и получают стандартные образцы дл  испытаний. Последние подвергают термической обработке по следующему режиму: нагрев до 950 С, выдержка 2 ч, закалка на воздухе, отпуск при 230 С в течение 5 ч, затем охлаждение на воздухе.

Составы гшавок предлагаемого чугуна и прототипа приведены в табл. 1.

В результате проведенных исследований физико-механических характеристик плавок предлагаемого чугуна установлено, что содержание углерода и кремни  менее их нижнего предела Згвеличивает в зкость и уменьшает твердость не только в литом состо нии , но и после термической обработки .

Содержание указанных элементов, превьшающее верхний предел, резко снижает износостойкость из-за образовани  в структуре чугуна хрупких сложных эвтектических карбидов и менее термостойкого карбида типа . Одновременно происходит снижение прочности на изгиб и ударной в зкости.

При содержании марганца меньше нижнего предела образовавшийс  при кристаллизации аустенит в случае быстрого охлаждени , например при выбивке отливки из формы, частично распадаетс  на перлит и мартенсит. Наличие перлита в структуре чугуна ведет к резкому повышению износа деталей.

Присадка марганца выше верхнего предела приводит к снижению твердости не только в литом состо нии, но и после термообработки. Хот  это ведет к увеличению в зкости и умень5

4779

шспию xjiyiiKoc vn, опиако изчпгс..чггой-..

кость, как I liaeHhiv 1. 1р;)мгтр, ,ственно снижаетс .

Дл  получени  структуры чугуна с большим содержанием карбидов, обладающей высокой стойкостью к воздействию абразивного износа, особенно в услови х высоких температур, чугун легирован хромом и ванадием.

Q При содержании последних менее их нижнего предела образуютс  карб1щы типа Me.jC, что приводит к снижению твердости и теплостоГ1кости, а в итоге - износостойкости. Содержание хрома и ванади  каждого в количестве, превышающем их верхний предел, также снижает износостойкость. Это можно объ снить тем, что они в избыточном количестве образуют хрупкую эвтети- ку, содержащую цементит, располагаемый по границам эвтектических колоний. Легирование никелем приводит к образованию аустенитно-карбидной структуры в литом состо нии и мар- тенситно- аустенитной после термообработки , что повьшшет прочность на изгиб и ударную в зкость.

Содержание никел  менее 0,1% практически не вли ет на свойства чугуна такие, как его прочностные характеристики и ударна  в зкость, поскольку не измен ет структуру, а более 3,5%, оказыва  воздействие на стабилизацию аустенита, резко увеличивает его остаточное содержание

5 после термообработки, а это снижает твердость и износостойкость.

Присадка циркони  измен ет услови  кристаллизации, способству  образованию мелкодисперсной структуры,

0 благодар  образованию мелкодисперсных карбидов и сульфидов, по вл ю- в начальный период кристаллизации расплава, способству  улучшению механических свойств (прочносS ти, ударной в зкости и т.п.), а

также росту теплостойкости и износостойкости в услови х ударно-абразивного воздействи  при температурах пор дка 20-700°С. Это можно объ с0 нить также и тем, что основным фактором , определ ющим степень упрочнени  чугуна при легировании цирконием , служит количество электронов последнего, участвующих в образова5 НИИ металлической св зи с железом.

На основании расчетных данных активными  вл ютс  электроны ( - и f-оболочек.

0

3

Содержание циркони  менее 0,01% не оказывает эффективного вли ни  н  свойства чугуна, а более 0,6% вводить ei o нецелесообразио, так как это ведет к увеличению содержани  остаточного аустеиита за счет снижени  в нем содержани  углерода и увеличени  других легирующих элементов , например хрома, ванади  и др.

Это приводит к снижению износостойкости чугуна в результате воздействи  на Hei o абразива.

Дл  рафинировани  расплава и св зывани  примесных элементов (азот сера, фосфор и кислород) в неметаллические соединени  округлой формы с выведением их в шлак в расплав ввод т барий, неодим и празеодим. Неметаллические .включени  отрицательно вли ют на формирование структуры и, следовательно, на прочностные свойства лех ированного белого чугуна.

Введение бари , неодима и празеодима в расплав чугуна, как показывае эксперимент, приводит к св зыванию азота и кислорода, довод  содержание этих элементов в расплаве до минимальных концентраций, которые впоследствии не оказывают вли ни  на свойства чугуна при формировании его структуры в процессе кристаллизации, В процессе рафинировани  происходит св зывание и удаление атомов кислорода и азота от граничных атомов мелкодисперсных образований графита, наход щихс  в расплаве, что существенно облегчает образование карбидов ванади  и хрома,

1. Известный 2,6 1,0 1,09,01,81,0 2 .Выход щий эа . ., пределы 1,5 0,4 0,33,00,1 1,50,0050,010,0050,005 --3 .Предлагаемый 1 ,5 0,5 0,3 6,0 0,1 4,50,010,030,010,01 --4 .Предлагаемый 3,0 0,1 1 ,5 2,0 I ,0 5,00,20,020,020,03.--5 .Предлагаемый 2,4 0,8 2,85,03,5 1,50,60,040,030,02 --6 .Предлагаемый 2,0 1,22,07,02,06,50,40,050,020,035--7 .Выход щий эа

пределы 3,0 1,2 3,06,53,56,50,80,070,050,05 --14779

Содержание каждого из этих элементов меньше нижнего предела оказывает слабое вли ние на уменьшение вредного вли ни  серы, кислорода,

5 фосфора, азота и др. элементов, т.е. на изменение формы, уменьшение количества и характер распределени  сульфидов, фосфидов, окислов и нитридов , образующихс  при эвтектичес10 кой кристаллизации. Присадка каждого из указанных элементов вьше верхнего предела приводит к по влению в структуре чугуна значительного количества неметаллических включений, отрица15 тельно вли ющих на ударные свойства деталей.

Результаты физико-механических испытаний, проведенных по известным методикам, представлены в табл. 2.

20 Испытани  на износ велись непосредственно на детали (седло клапана ) в производственных услови  .

Комплексное легирование и модифи- 25 циррвание позвол ет получить у белого чугуна, выплавл емого в производственных услови х, хорошее сочетание свойств (прочность, ударна  в зкость, твердость и др.) при вы- 30 соких температурах и-, следовательно, высокую износостойкость. Высокий уровень прочностных свойств и износостойкости (см. табл.. 2 ) подтверждает целесообразность широкого использовани  этого чугуна в машиностроении , что позвол ет экономить металл и снижать трудоемкость при производстве деталей.

Таблица I

35

1,5 0,90,02 0,3 Ост,

Ост.

|

Известна 

63,0

Выход ща  за

Таблица 2

58

41

35

6,8 0,4

Claims (1)

1. БЕЛЫЙ ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий и железо, отли- чающийся тем, что, с целью повышения твердости при температурах до 700°С, ударной вязкости и износостойкости, он дополнительно содержит цирконий, барий, неодим и празеодим при следующем соотношении компонентов, мас.%:

   Углерод 1,5-3,0 Кремний 0,1-1,2 Марганец 0,3-2,8 Хром 2,0-7,0 Никель 0,1-3,5 Ванадий 1,5-6,5 Цирконий 0,01-0,6 Барий 0,02-0,05 Неодим 0,01-0,03 в Празеодим 0,01-0,035 ns Железо Остальное

   &

   to hU м СО