Белый чугун Советский патент 1986 года по МПК C22C37/08 

1

Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию износостойких чуГунов, работаю1цих в условиях наибольшего ударно-абразивного износа (высокоскоростного абразивного износа).

Цель изобретения - повышение ударной вязкости и стойкости в условиях ударно-абразивного износа при сохранении твердости при повышенных температурах.

Пример, Выплавку -чугуна пров дят в индукционной печи с кислой футеровкой. В расплав чугуна при 1550° вводят легирующие элементы: никель, медь, ферромолибден, феррованадий, алюминий и азот. Перед заливкой в ковш вводят церий, лантан и иттрий Заливку в разовые формы проводят при 1490-1450°С.

Химический состав выплавленных чу Гунов приведен в табл. 1.

Содержание углерода и кремния меньше нижнего предела приво. к увеличению вязкости и уменычению твердости не только в литом состоянии, но и после термической обработки, а следовательно, к уменьшению износостойкости. Повышение их содержания выше верхнего предела приводи к резкому снижению стойкости за счет образования в структуре чугуна эвтектических карбидов большого размера в виде игл и менее термостойкого сложного карбида .

Легирование чугуна марганцем в указанных пределах способствует формированию аустенитно-карбидной структуры чугуна в литом состоянии. При этом исключается образование перлитной структурной составляюш;ей.

При содержании марганца меньше нижнего предела образовавшийся при кристаллизации аустенит при прохождении температуры перлитового преврщения частично распадается на перлит, что приводит к неоднородной структуре и снижению абразивной износостойкости. При содержании марганца больше верхнего предела падает твердость чугуна не только в литом состоянии, но и после термической обработки. Хотя это и приводит к увеличению вязкости чугуна, однако износостойкость, как основной параметр, значительно снижается ввиду большого содержания остаточного аустенита после термообработки.

196652

Высокое содержание хрома в чугуне приводит, в зависимости от содержания углерода, к образованию большого количества термостойких карби5 дов хрома с гексогональной решеткой, обладающих высокой стойкостью к воздействию абразивного изнашивания. При содержании хрома меньше нижнего предела образуются карбиды

10 и , что непосредственно связано с уменьаюнием износостойкости, а следовательно, эксплуатационной стойкости применяемых деталей. При содержании хрома выше 20 мас.% уменьша15 ется эвтетика на основе карбида уступаю1 (его по твердости и теплостойкости карбиду Me (Jj. Одновременно детали из чугуна с содержанием хрома более 20 мас.% приобрета20 ет склонность к трешинообразованию в литом состоянии.

, Присадка никеля и меди приводит к получению аустенитно-карбидной структуры высоколегированного чугуна

25 в литом состоянии. Причем за счет ввода в чугун меди резко повышается теплопроводность, что непосредственно приводит к снижению износа деталей, работающих при скоростном абра30 зивном трении. Это связано с тем, что медь при кристаллизации расплава образует твердые растворы внедрения, обеспечивая при последующей термической обработке получе35 ние оптимальной структуры с высокой износостойкостью. Эти элементы в ко- личес гве меньше нижнего предела практически не оказывает влияния на изменение исходной структуры, а сле40 довательно, свойства чугуна.

Присадка выше верхнего предела нецелесообразна, поскольку никель в количестве более 3,5 мас.%, оказывая воздействие на стабилизацию аус45 тенита, резко увеличивает его остаточное содержание после термической обработки, что приводит к снижению твердости и износостойкости. Наличие более 3,0 мас.% меди приводит к тому,

50 что она начинает выделяться в свободном состоянии, а это снижает однородность по твердости, теплопроводность и износостойкость.

Присадка титана и алюминия приво- дит к раскислению жидкого чугуна,

образованию мелкодисперсных нитридов, улучшению свойств расплава и изменению условий кристаллизации. В итоге

стабилизируются свойства чугуна и повышается стойкость против тепловых воздействий, а следовательно, и износостойкость.

Введение титана в количестве меньше нижнего предела приводит к образованию разветвленных дендридов первичных карбидов, способствующих снижению абразивной стойкости деталей. Содержание этого элемента выше верхнего предела создает технологические трудности при получении годных отливок .

Присадка алюминия меньше нижнего предела не приводит к изменению свойств расплава, а выше верхнего предела. - загрязняет металл окислами, создавая дополнительные трудности в получении отливок и повьш1ая брак литья.

Комплексное легирование чугуна ванадием и молибденом приводит к повышению прочности, твердости и других механических свойств не только при комнатной, но и при высоких температурах.

Присадка этих элементов меньше предела приводит к уменьшению карбидов в структуре. В результате стойкость чугуна к абразивному изнашиванию резко падает. При введении их выше верхнего предела (каждого в отдельности) происходит образование тройной эвтектики (А-УС-Мо С). Причем в карбидах содержание этих элементов достигает более 50%, что снижает их присутствие в твердом растворе, р результате падает износостойкость.

Легирование хромистого чугуна азотом приводит к измельчению первичного зерна и повьш ению стойкости к воздействию высоких температур. Содержание азота меньше нижнего предела не приводит к положительному эффекту, а Bbmie--верхнего - оказывает отрицательное влияние,на прочностные свойства ввиду образования

в структуре чугуна нитридов титана больших размеров.

Для изменения формы неметаллических включений, распределения их

в металлической основе и удаления с границ зерен применяют комплексное модифицирование лантаном, церием и иттрием. В частности, влияние церия сказьшается на удалении из

расплава кислорода и серы до минимального содержания, после которого их воздействие на свойства расплава не сказывается. Иттрий и лантан выполняют функцию нейтрализации фосфора и демодифицирующих элементов, что также сказывается на повышении свойств расплава. Присадка этих элементов меньше нижнего предела (каждого в отдельности) неэффективна, а вьш1е верхнего - приводит к образованию интерметаллидов, которые при эксплуатации детали отрицательно сказываются на свойствах чугуна. На- пример, интерметаллиды церия, располагаясь по границам зерен, приводят к охрупчиванию детали, а следовательно, к уменьшению стойкости.

Испытания по ударно-абразивной стойкости деталей из известного и

предлагаемого чугуна проведены на дробеметных барабанах.

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что чугун предлагаемого состава обладает более высокой ударной вязкостью, твердостью при температуре до 600 С и стойкостью в условиях ударно-абразивного износа.

Детали из белых высокохромистых чугунов без термической обработки практически не применяются. Результаты исследований показывают, что натурные изделия (броневые плиты, лопасти импеллера и др.) из предлагаемого чугуна имеют значительно большую износостойкость, чем из известного.

Известньш Предлагаемый

3,5 2,0 1,0 20 1,5 1,0 1,5 0,6

Известный 3,0 - Предлагаемый

0,1

0,20,005О

0,20,010,2

1,00,100,3

2,50,500,2

3,51,000,4

3,01,000,04

3,51,200,.

Т а б л и ц а 1

0,4

Остальное

Чугун

Ударная

вязкость,

с 12 гс М/см

Известный

1,0

Предлагаемый

Таблицам;

Твердость, HRC, при температуре, °С

Стойкость, ч

20 I 20оТ 400 Т 600

63 60 58

50

86