SU1765235A1 - Чугун - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии, а именно к износостойким сплавам, работающим в среде абразивного и гидроабразивного износа, сопровождаемого коррозионным воздействием среды. Сущность изо бретени : в чугун введены молибден, ниобий и празеодим при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2,1-3.5; коемний 0.01-2.5: маоганец - 0,2- 2,5; хром 18,5-28,- молибден 0,001-0,2; титан 0,005-0,1, ниобий 0,001-0,2; цирконий 0,005-0.1; празеодим 0,001-0,005, железо - остальное. Указанный чугун обладает высокой износостойкостью и пластичностью при сохранении высокой коррозионной стойкости Стизг 1020-1150 МПа, HRc 60-63, стрела прогиба (6,3-7,0) м.относит. из- нос 0,30-0,36 2 табл.

Description

Изобретение относитс  к области металлургии , а именно, к износостойким сплавам , работающим в услови х абразивного и гидроабразивного изнашивани .

Известен высокоуглеродистый сплав следующего химического состава, вес.%:

углерод1,9-3,0

кремний1,5

марганец2,5-5,9

хром20-40

молибден2

титан2

ванадий1,5

вольфрам1,5

медь1,5

железоостальное

Сумма концентраций хрома, молибдена , ванади , титана, вольфрама и меди 40%, а дол  аустенитной составл ющей в структуре 40%, при этом сталь имеет ударную в зкость 0,8 кг.м/см2 (см. п. Япони  № 56-10373, МКИ: С 22 С 38/38, В 02 С 13/04, оп. 07.03.81).

Недостатками данного сплава  вл етс  его низка  однородность в св зи с тем, что структурна  и особенно концентрационна  однородность определ етс  воздействием на расплав сильнейших карбидо-нитридо- образователей, оптимальна  концентраци  которой применительно к элементам 4-й и 5-й групп составл ет 0,011-0,4 вес%. Превышение этой суммарной концентрации ведет к охрупчиванию, а снижение концентрации не обеспечивает достаточной износостойкости . Воздействие только титана в указанном диапазоне концентрации не дает требуемого уровн  однородности в св зи с тем, что не в полной мере про вл етс  энтропийный фактор. Другим недостатком данного сплава  вл етс  его высока  стоимость за счет высокого содержани  легирующих элементов Н0%)Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  износостойкий чугун следующего химического состава, вес.%:

сл

с

XI

о

01

го

W

сл

1,7-2,35 0,6-2,0 2.8-3,9 28,0-33,0 0,05-0,3 0,05-0,3 .остальное

(см. а.с. №429129, МКИ:С22 С 37/06. оп. 25.05.74 г.).

Недостатком данного чугуна  вл етс  низка  износостойкость и пластичность вследствие низкого уровн  концентрационной однородности и неравномерности распределени  его структурных составл ющих. Наличие большого количества марганца в очетании с добавками хрома приводит к повышению хрупкости и снижению пластичности . Кроме того, чугун характеризуетс  нестабильной твердостью (HRC 54 ед.).

Целью изобретени   вл етс  повышение износостойкости и пластичности при сохранении коррозионной стойкости.

Указанна  цель достигаетс  тем, что износостойкий сплав, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, цирконий и железо дополнительно содержит молибден , ниобий и празеодим при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод2,1-3,5

кремний0,01-2,5

марганец0,2-2,5

хром18,5-28,0

молибден0,001-0.10

титан0,005-0,10

ниобий0,001-0,20

цирконий0,005-0,10

празеодим0,001-0,005

железоостальное

В качестве примесей сплав может содержать серу и фосфор до 0,1 мас.% каждого .

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что за вл емый износостойкий сплав отличаетс  от известного введением новых компонентов, а именно: молибдена, ниоби  и празеодима. Таким образом , за вл емое техническое решение соответствует критерию новизна. Анализ известных составов сплавов (а.с. 1076483), 1023836) показал, что некоторые введенные в за вл емое решение вещества известны, например, ниобий в а.с. № 1076483, ниобий в а.с. № 1023836. Однако их применение в этих сплавах в сочетании с другими компонентами не обеспечивает сплавам такие свойства, которые они про вл ют в за вл емом решении, а именно, обеспечение высокой структурной и концентрационной однородности, а следовательно, высокой износостойкости и пластичности. Таким образом , данный состав компонентов придает сплаву новые свойства, что позвол ет сделать вывод о соответствии за вл емого решени  критерию существенные отличи .

В услови х оптимального легировани  (модифицировани ) после кристаллизации сплава создаетс  структура, котора  состоит из высоколегированного твердого раствора измельченной фрагментированной ледебуритной эвтектики и высокопрочной дисперсной составл ющей, относительно равномерно локализующейс  по всему объему сплава.

При этом, в зоне ледебурита эта фаза представл ет из себ  модулированную структуру.

Микрорентгеноструктурный анализ показывает , что дисперсна  составл юща 

представл ет сложное образование, в центре которого находитс  карбонитрид типа МС на основе циркони , титана, ниоби , а по периферии он окружен карбидом молибдена , характеризующимс  значительным

дефицитом по углероду.

Празеодим, выполн   роль модификатора 11 рода, адсорбируетс  (несколько атомных слоев) на поверхности дисперсного карбида и образует сложные соединени ,

облегчающие релаксацию напр жений вблизи межфазной границы и, тем самым, дополнительно повышают пластичность сплава. Больша  часть молибдена находитс  в твердом растворе и за счет особого

характера межатомных св зей Мо-Мо, Mo-Cr, Mo-Fe увеличивает пластичность, в частности, низкотемпературную пластичность сплава. При этом сплав сохран ет высокое сопротивление абразивному

изнашиванию.

Введение молибдена менее 0,001% существенно не вли ет на пластические характеристики сплава, а свыше 0,10%

стабилизирует сложные карбиды на основе

хрома и значительно снижает пластичность сплава.

При содержании углерода менее 2,1% понижаетс  износостойкость в св зи с изменением упрочн ющей фазы. При содержании углерода более 3,5% происходит охрупчивание структуры, снижаетс  пластичность .

Введение кремни  до 0,01% не имеет существенного вли ни  на свойства описываемого сплава, а свыше 2,5% снижает в зкость твердого раствора, способствует графитизации чугуна.

Марганец способствует отбеливанию чугуна. При содержании марганца менее 0,2% резко падает износоустойчивость.

Увеличение содержани  марганца свыше 2,5% расшир ет у-область, увеличива  количество аустенита в сплаве, что значительно снижает износоустойчивость.

При содержании хрома ниже 18,5% про- исходит потер  износоустойчивости сплава, а превышение 28% существенно удорожает сплав и не дает заметных преимуществ по свойствам.

Комплекс элементов IVa, Va групп (цир- коний, титан, ниобий) и празеодима обеспечивает эффект модифицировани .

Примеры исполнени .

Выплавка проводилась в 50-килограммовой индукционной печи. В качестве ших- товых материалов используют стальной и чугунный лом, ферросилиций, феррохром, ферромолибден, ферросплавы элементов IVa, Va групп; празеодим вводитс  в виде окислов в комплексе с восстановителем (растворителем) /а.с. 617944/.

Составы сплавов приведены в табл. 1.

В таблице 2 приведены физико-механические характеристики описываемого и известного сплавов после термообработки (охлаждение на воздухе от 1000°С, отпуск при 300°С).

Показатели коррозии (дл  литого состо ни ), полученные по методике (с.н.с. В. В. Скорчелетти, А. М. Шульгин. Химическа  стойкость сплавов на железной основе, М-л,

ГОНТИ, 1938 год) дл  сплава № 2 табл. 1): весова  - 0,043 г/м2 ч, глубинна  - 0,033 мм/год; дл  прототипа № 10 (табл. 1): весова -0 ,040 г/м2-ч, глубинна  -0,034 мм/год. Анализ характеристик предложенного и известных сплавов показывает, что предложенный сплав имеет более высокие характеристики износостойкости и пластичности при сохранении коррозионной стойкости .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Чугун содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, цирконий и железо, отличающийс  тем, что, с целью повышени  износостойкости и пластичности при сохранении коррозионной стойкости , оно дополнительно содержит молибден, ниобий и празеодим при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод2,1-3.5

   кремний0,01-2,5

   марганец0,2-2.5

   хром18,5-28,0

   титан0.005-0,1

   цирконий0,0005-0,1

   ниобий0,001-0,2

   молибден0,001-0,10

   празеодим0,001-0,005

   железоостальное.

   Таблица 1

   Механические свойства (после термообработки)

   Таблица 2