SU1366546A1 - Износостойкий чугун - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии , в частности к изысканию высокопрочных износостойких чугунов, примен емых дл  изготовлени  профильных заготовок толщиной 80-400 мм с повышенными упругопластйческими свойствами методами непрерывного лить . Цель изобретени  - повышение стабильности упругопластических . свойств в заготовках толщиной 80- 400 мм и износостойкости. Предложенный чугун содержит, мас.%: углерод 3,6-4,3, кремний 1,2-2,6, марганец 0,8-1,5, хром 0,2-0,7, титан 0,15- 0,5, ванадий 0,05-0,15, алюминий 0,05-0,25, медь 0,9-1,4, карбиды иттри  0,05-0,25, кальций 0,03-0,07, сурьма 0,07-0,25, РЗМ 0,02-0,08, ниобий 0,02-0,35, магний 0,06-0,12, железо остальное. Дополнительное введение в состав чугуна ниоби , сурьмы, магни  и карбидов иттри  в предложенных соотношени х обеспечивает получение в отливках более однородной структуры, стабильной пластичности в слитках, комплекс новых свойств, сочетающих в себе высокие значени  эксплуатационных свойств, стабильной динамической прочности, износостойкости и удароустойчивости в массивных заготовках, получаемых непрерывньн ш методами лить , 2 табл. (Л

Description

со

О5 О5 СП 4 О

1

Изобретение относитс  к металлургии , в частности к изысканию высокопрочных износостойких чугунов, примен емых дл  изготовлени  профильных заготовок толщиной 80-400 мм с повьшенными упругогшастическими свойствами методами непрерывного лить .,

Цель изобретени  - повышение стабильности упругопластических свойств в заготовках толщиной 80-400 мм и износостойкости.

Предлагаемый чугун содержит углерод , кремний, марганец, хром, титан, ванадий, алюминий, редкоземельные металлы (РЗМ), кальций, медь, ниобий сурьму, магний, карбиды иттри  и железо при следующем соотношении компонентов, масо%

Углерод 3,6 - 4,3 Кремний . 1,2-2,6 Марганец 0,8 - 1,5 Хром0,2 - 0,7

Титан 0,15 - 0,5 Ванадий 0,05 - Алюминий 0,05 - 0,25 Медь 0,90 - 1,40 Кальций 0,03-0,07 Сурьма 0,07-0,25 Редкоземельные металлы 0,02 - 0,08 Ниобий 0,02 - 0,35 Магний . 0,06-0,12 Карбиды

иттри  0,05 - 0,25 Железо Остальное Содержание основных компонентов (углерод 3,6-4,3 мас.%; кремний 1,2- 2,6j марганец 0,8-1,5 мас.%) определено из практики производства износостойких чугунов с повышенными уп- ругопластическими свойствами и со стабильной структурой. При концентрации углерода до 3,6 мас,%, кремни  до 1,2 мас.% и марганца более 1,5 мас.% увеличиваетс  количество цементит в стрз ктуре, .снижаютс  ее стабильность и удароустойчивостьо При содержании углерода более 4,3 мас,%, кремний более 2,6 мас.% и марганца менее 0,8 мас,% увеличиваетс  ликваци , загр зненность чугуна неметаллическими включени ми и снижаетс  стабильность структуры, и упругопластических свойств в заготовках . Углерод, кремний и марганец в указанных пределах обеспечивают затвердевание по стабильной системе

665462

Содержание микролегирующих добавок ,,(мас.%: хром 0,2-0,7; титаи 0,15-0,5, медь 0,9-1,4, ванадий 0,055 0,15, РЗМ 0,02-0,08, алюминий 0,05- 0,25)определено экспериментально и ограничено пределами, обеспечиванзщи- ми однородную структуру и оптимальные прочностные и пластические свой10 ства, уменьшение междендритной зоны в профил х, стабильную микротвердость . При более низком их содержании прочностные и пластические свойства недостаточны, а при увеличении

15 их концентрации вьш1е верхних пределов снижаетс  удароустойчивость, динамическа  стойкость и стабильность структуры, что приводит к снижению относительного удлинени  и

20 других свойств и их стабильности. Верхние пределы концентрации отбеливающих элементов (хрома, ванади , РЗМ) снижены, а титана и меди, спо- собствующих повышению упругопласти25 ческих свойств чугуна, повьш1ены.

Кальций введен как эффективный модификатор, очищающий границы зерен от неметаллических включений и повышающий стабильность структуры и уп30 ругопластических свойств чугуна.

Верхний предел концентрации кальци  ограничен его растворимостью и перлите, а при концентрации его 0,3 мас,% модифицирующий эффект не3g достаточен и упругопластические

свойства чугуна в профильных толстостенных заготовках снижаютс . Степень сфероидизации графита в чугуне предлагаемого состава 89-96%. Срок

40 службы деталей, изготовленных из

предложенного чугуна в услови х ударных нагрузок и сухого трени , в 1,8- 3,6 раза выше, чем деталей из базового износостойкого чугуна.

45 Введение в известный чугун карбидов иттри  в пределах 0,05-0,25 мас.% обеспечивает увеличение центров кристаллизации и повьшхение дисперсности структуры, однородности структуры

gQ внутри профилей, степени перлитиза- ции металлической основы отливок, увеличение однородности упругопластических свойств в заготовках 0 80- 400 мм, ударостойкости, износостойgg кости, что приводит к повышению стабильности механических свойств. Содержание карбидов иттри  выше верхнего предела нецелесообразно, так как в этом случае в св зи с малой

их растворимостью увеличиваетс  их ликваци  в аустенит и отбелив ю- щее вли ние, что снижает однородность структуры, стабильность упру- гопластических свойств и динамическо прочности чугуна. Введение в чугун карбидов иттри  в количестве ниже нижнего предела не обеспечивает получение желаемых преимуществ по одно родности структуры, износостойкости, стабильности упругоплас тических свойств, оказывает графитизирующее вли ние

Введение в чугун ниоби  обусловле но тем, что он упрочн ет матрицу и имельчает литое зерно в центральной зоне слитков, уменьшает междендритну зону и измельчает графит, измен   его форму, структуру металлической основы в отливках, повышает пластичность , стабильность микротвердости, динамической прочности и других физико-механических свойств в толстостенных профильных заготовках,

Введение в чугун ниоби  в количествах менее 0,02 мас,% существенного вли ни  на повышение стабильности упругопластических свойств не ока- , 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 стабильность в зкости в отливках.

Магний и износостойкий чугун в количестве 0,06-0,12% введен как

эффективный микролегирующий компонент , который св зывает примеси в компактные неметаллические включени , улучшает фактор формы графита, обеспечива  повышение однородности структуры, микротвердости, упруго- пластических свойств в массивных профильных заготовках о При содержании магни  менее 0,06 мас,% не обеспечиваетс  существенного повьшени  дисперсности структуры, микротвердости , стабильности структуры в заготовках толщиной 80-400 мм,, образовани  компактного графита и упруго- пластических свойств в массивных слиткахо Увеличение концентрации магни  более 0,12 мас,% снижает однородность структуры, ударную в зкость , стабильность механических

свойств из-за по влени  черных п тен и ликвации,

Сурьма в заданных пределах от 0,07 до 0,25 мас,% способствует измельчению структуры и повышению пластических свойств, измельчению литого зерна в массивных заготовках что обеспечивает повышение стабильности упругопластических свойств. При содержании сурьмы ниже О,О7 мас. стабильности структуры, износостойкости и ударной в зкости не достигаетс  , а при увеличении ее содержани  более 0,25 мас,% снижаютс  удароустойчивость и пластичность, увеличиваетс  количество интерметаллических включений по границам зерен.

Пример, Чугун выплавл ют в индукционных печах. Дл  микролегировани  чугуна использовали магниевую лигатуру, металлическую -сурьму и ферросплавы. Модифицирование чугуна РЗМ карбидами иттри , магниевыми лигатурами и алюминием производ т в литейных ковшах при выпуске чугуна из печи. Химический состав провер ют экспресс-анализом, содержание карбидов иттри  - методом дифференцированного химического анализа.

Химический состав исследованных чугунов приведен в табл,1, механические свойства износостойкого чугуна в литых заготовках и удароустойчивость - в табл,2.

Угар РЗМ составл ет 18-23%, карбидов иттри  10-14%. Усвоение шioби  из феррониоби , присаживаемого после рафинировани  расплава в печь, составл ет 96-98%, магни  47-52% и сурьмы 77-80%, Карбиды иттри  вводились в виде измельченных брикетов с частицами 0,5 - 4 мм

Температура металла перед выпуском из электропегш дл  модифицировани  в ковш емкостью 2 т составл ла 1400-1430°С, а температура чугуна при заливке расплава в кристаллизатор установки дл  непрерывного лить  НЗО-НбО С,

На установках ЛНЛЧ-2 выт гивают профильные заготовки толщиной 80, 160 и 400 мм. Предел прочности и износостойкости чугунов определ ли на образцах , вырезанных из профилей 80 мм. Микротвердость металлической основы определ ют на микротвердомере ПМТ-3,

13665468

1Гродолжение табл. I

Предел прочности при раст жении, . МПа246

383

0,05

0,36

Q,09 0,03

0,07

0,02

0,42

0,31

0,38

0,29

Таблица 2

438

468

357

260

0,47 0,52

0,30

0,06

0,53 0,60

0,38

0,11

0,44 0,47

0,25

0,05

0,49 0,56 0,32

0,10

0,41 0,42

0,22

0,03

Продолжение табл.2

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Износостойкий чугун преимущественно Для непрерывно-литых заготовок, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, титан, алюминий, редкоземельные металлы, каль₅ ций, медь и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности упругопластических свойств в заготовках толщиной 80, 400 мм и износостойкости, он дополни-

   тельно содержит ниобий, сурьму, маг· ний ц карбиды иттрия при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод 3,6 - 4,3 Кремний 1,2 - 2,6 Марганец 0,8 -г 1,5 Хром 0,2 - 0,7 Ванадий 0,05-0,15 Титан 0,15 - 0,5 Алюминий 0,05 - 0,25 Редкоземель- ные металлы 0,02 - 0,08 Кальций 0,03 - 0,07 Медь 0,9 - 1,4 Ниобий 0,02 - 0,35 Сурьма 0,07 - 0,25 Магний 0,06 - 0,12 Карбиды иттрия 0,05 - 0,25 Железо Остальное Т а блица 1

   Содержание компонентов, мас.%, в чугуне

   Компоненты известном предлагаемом

   Углерод 3,4 3,6 4,0 4,3 . 4,4 3,3 Кремний 1,2 2,6 1,6 1,2 2,8 1,0 Марганец ' 0,8 0,8 1,2 1,5 1,6 0,5 Хром 0,8 0,2 0,5 0,7 1,0 ο,ι Титан 0,4 0,15 0,2 0,5 0,6 0,02 Ванадий 0,2 0,05 о,’ 0,15 0,18 0,02 Алюминий 0,3 0,05 0,1 0,25 0,27 0,01 Медь 1,2 0,9 1,2 1,4 1,55 0,75 Карбиды иттрия - 0,05 0,12 0,25 0,27 ’ 0,03 Кальций 0,3 0,03 0,05 0,07 0,10 0,01 РЗМ 0,1 0,02 0,05 0,08 0,09 0,01

   Компоненты известном

   Продолжение табл. I

   Содержание компонентов, мас.Х, в чугуне предлагаемом

   Ниобий —' 0,02 0,03 0,35 0,41 0,01 Магний 0,06 0,10 0,12 0,14 0,04 Сурьма - 0,07 0,12 0,25 0,27 0,04 Железо Остальное Остальное Остальное Остальное Остальное Остальное

   Таблица 2

   Показатели Чугун Известный Предлагаемый 1 2 1 4 LU 6 Предел прочност] при растяжении, МПа и 246 385 > 438 468 357 260 Динамическая прочность, НПж/м² в центре профиля 80 мм 0,05 0,36 0,47 0,52 0,30 0,06 в поверхностной зоне профиля 80 мм 9,09 0,42 0,53 0,60 0,38 0,11 в центре профиля 160 мм 0,03 0,31 0,44 0,47 0,25 0,05 в. поверхностной зоне профиля 160 мм 0,07 0,38 0,49 0,56 0,32 0,10 в центре профиля 400 мм 0,02 0,29 0,41 0,42 0,22 0,03

   Продолжение табл.2

   Показатели Чугун Известный Предлагаемый 1 2 -2....1..2-.1.-2..... L.2..

   в поверхностной зоне профиля

   400 мм 0,05 0,34 0,46 0,48 0,28 0,08 Относительное • удлинение профиля, %, мм 80 4-9 13-15 14-17 13-16 9-11 5-9 160 3-8 12-14 13-16 12-15 7-10 4-8 400 2-5 10-12 12-14 11—13 5-8 3-7 Удароустойчиво сть, циклы, профиля, мм ⁸⁰ 817-894 1275-1316 13281370 13121356 948-996 832-918 160 571-656 1212-1285 1281- 1326 12911317 874-925 630-706 400 376-428 1174-1226 1212- 1284 1234- 1302 767-816 518-592 Износ, мг/м²-ч 172-186 27-30 25-28 23-27 42-57 141-165