SU1255659A1 - Износостойкий белый чугун - Google Patents

Description

1

Изобх-)етеиие относитс  к металлургии , в частности к износостойким чугупам, работаюпим в услови х интенсивного ударно-абразивного и гидроструйного износа.

Цель изобретени  - повышение пластичности и ударной в зкости при сохранении статической прочности, из ностойкости при гидроабразивном изнашивании и коррозионной стойкости.

Выплавку чугуна провод т в ин , дукционной печи с кислой футеровкой В расплав чугуна при 13АО--1360 С вводили легирующие элементы: никель медь, бор, алюминий, феррованадий, ферромолибден, феррохром и ферроти- тан. Перед заливкой на дно ковша ввод т иттрий. Азот ввод т совместно

с феррохромом. Заливку в разовые

о формы провод т при 1530-1510 С.

Химический состав выплавленных чугунов приведен в табл.1., свойства чугунов после термической обработки, включающей нагрев до 950°С, выдержку 2 ч, закалку на воздухе и отпуск при 250°С 3 ч - в табл.2.

Содержание углерода и кремни  в пределах 1,6-2,8% и 0,2-1,2% соответственно при правильно выбранных содержани х карбидообразующих элементов позвол ет получить аустенит- но-карбидную структуру чугуна в литом состо нии.

Уменьшение количества углерода и кремни  меньше нижнего предела приводит к увеличению в зкости, пластичности и уменьшению твердости (HRC) не только в литом состо нии, но и после термической обработки. Увеличение их выше верхнего предела приводит к резкому спаду износостойкости за счет образовани  в структуре чугуна эвтектических карбидов и сложных х арбидов типа Мез С, обладаю- ших низкой твердостью.

Введение марганца в указанных пределах способствует формированию аустенитпо-карбидной структуры чугуна в литом состо нии. При содержании марганца меньше нижнего предела образовавшийс  при кристаллизации аустенит в процессе быстрого охлаждени  (при выбивке отливки из формы) частично превращаетс  в перлит. При концентрации марганца выше верхнего предела снижаетс  про1с;шнваем(.)стт, повьшгаетс  температур;) пустенитного превращени  и опасность 1о влсин 

35659

трещин при закалке. В результате пластичность чугуна увеличиваетс , его износостойкость существенно снижаетс ,

5Легирование чугуна хромом способствует образованию структурносвобод- ных карбидов, резко повьш1аюших износостойкость . Вместе с тем он пpeп т- ствует перлитному превращению при

Ш охлаждении отливок, а при достаточно высоких концентраци х повьш1ает коррозионную стойкость. При этом содержание углерода в чугуне должно быть ограничено с целью устранени 

5 возможности образовани  хрупких первичных карбидов.

Присадка хрома меньше нижнего предела приводит к образованию карбидов (Fe, Cr)jC, что неаосредствен20 но св зано с уменьшением износостойкости , а следовательно, и эксплуатационной стойкости получаемых деталей. Содержание этого элемента вьшге верхнего предела также неэффективно, так

25 как происходит выделение эвтётики на основе карбидаMe jCj (например, 1 е,Ст,,2 С), обладающего низкой твердостью и, следовательно, обуславливающего пониженную стойкость чугуна к абразив30 ному изнашиванию.

Содержание в чугуне алюмини  в количестве 0,1-1,0% приводит к раскислению расплава, образованию мелко , дисперсных нитридов алюмини , улучшению свойств жидкого чугуна и изменению условий его кристаллизации. В итоге уменьшаетс  зависимость свойств чугуна от толщины стен-ки отливки,

,„ возрастает в зкость разрушени . Одновременно алюминий уменьшает количество св занного углерода в металлической основе в результате замещени  его атомов, способству  тем самым увеличению количества карбидов.

45

Введение алюмини  меньше нижнего предела не измен ет свойства расплава , а выше верхнего загр зн ет расплав неметаллическими включени ми, создава  дополнительные трудности в

получении годных отливок Легирование молибденом повышает прочность, твердость и другие свойства не только при комнатной, но и при высоких температурах за счет блокировки карбидами дислокаци1г. Одновременно увеличиваетс  прокаливаемость и износостойкость ,

Присадка молибденом меньше нижнего нредела приводит к резкому снижению стойкости чугуна к гидроабразивному изнашиванию и ударным нагрузкам . При введении этого элемента выше-верхнего предела происходит увеличение содержани  углерода в карбидах , что резко снижает его содержание в твердом растворе, уменьшает износостойкость чугуна.

Содержание ванади  и титана меньше нижнего предела неэффективно, а их концентраци  вьше верхнего предела приводит к снижению твердости при закалке, повышенному выделению шлака и усложнению технологического процесса получени  отливок.

Комплексное легирование высокохромистого чугуна медью и никелем приводит к повьш1ению прочности, плас тичности и однородности структур, а также коррозионной стойкости, что непосредственно св зано с увеличением эксплуатационной стойкости.

Введение добавок меди и никел  меньше нижнего предела практически не оказьшает вли ние на изменение структуры, а следовательно, и свойст белого чугуна. Содержание этих элементов выше верхнего предела неделе- сообразно, поскольку никель в количестве более 1 ,0% повьш1ает количество остаточного аустенита после закалки , что приводит к снижению твердости . Наличие меди более 2,5% (при данном соотношении легирующих эле- . ментов) приводит к ее локазизации в отдельных област х, что вызьгеает нарушение однородности структуры и твердости, а следовательно, увеличе- ние износа деталей в процессе работы

Бор измельчает структуру по всему сечению отливки и увеличивает прочностные свойства чугуна. Благодар  образованию боридов (FeB и Fe,jB),

1(4) 2,4 0,4 1,5 12 2 1,5. - 0,8 0,2 П,5 0,03 0,03 21 ,6 0,2 0,6 12 1,0 0,1 0,1 0,6 0,05 0,1 0,001 0,01 0,005

31,6 0,2 0,6 12 1,0 0,1 2,3 0,9 0,10 0,1 0,006 О,ОД 0,01

s Ю

t5

20

25 зо

5

карбоборидов Ре(С, Б) и нитридл повьш1аетс  твердость и изнасостой- кость. Одновременно бор упрочн ет и стабилизирует границы зерен, замедл ет рост кристаллов, способству  образованию мелкодисперсной структуры .

Присадка бора меньше нижнего предела неэффективна, а.вьште верхнего приводит к охрупчиванию и по влению термических треп(кн, которые служат центрами кристаллизадаи, увеличива  скорость и, как следствие, дисперсность структуры, что достаточно сильно сказываетс  на износостойкости чугуна.

Содержание азота меньше нижнего предела малоэ(1)фективно, а вьшге верхнего уровн  приводит к охрупчиванию чугуна, что резко увеличивает гидроабразивный износ деталей.

Модифицирование чугуна иттрием приводит к св зьшанию кислорода, серы и фосфора в тугоплавкие неметаллические включени  (Окислы, сульфиды и фосфиды) округлой формы. Располага сь в металлической .основе, они способствуют повышению пластичности чугуна.

Введение иттри  меньше нижнего предела малоэффективно, а вьшзе верхнего предела приводит к образованию интерметаллидных соединений с легирующими элементами, которые располагаютс  по границам зерен в виде включений неправильной формы, привод  к повьш1ению хрупкости белого чугуна.

Как следует из табл.2, предлагаемый чугун обладает по сравнению с известным большей пластичностью и ударной В зкостью, что обуславливает больший Срок службы, изготовленных из него деталей, при эксплуатации в услови х гидроабразивного изнашивани .

Т а б л и ц а I

1255659ft

j ,Продолжение таб/.

Claims (1)

1. ИЗНОСОСТОЙКИЙ БЕЛЫЙ ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, титан, медь, алюминий, никель, бор, иттрий, железо, отлич ающийся тем, что, с целью повышения пластичности и ударной вязкости при сохранении статической прочности, износостойкости при гидроабразивном изнашивании и коррозионной стойкости, он дополнительно содержит азот и молибден при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

   Углерод 1,6-2,8 Кр емний 0,2-1,2 Марганец 0,6-3,0 Хром 12,0-18,0 Ванадий 1,0-3,5 Титан 0,1-0,9 Медь 0,6-2,5 Алюминий 0,1-1,0 Никель 0,1-1,0 Бор 0,001-0,08 Иттрий 0,03-0,07 Азот 0,01-0,08 Молибден 0,1-3,5 Железо Остальное

   SLL· 1255659 А1

   I 2