Износостойкий чугун Советский патент 1987 года по МПК C22C37/10 

1

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов серых износостойких чугунов, применяемых для изготовления заготовок методом непрерывного литья.

Цель изобретения - повышение микротвердости по сечению непрерывно- литых заготовок, износостойкости и термостойкости.

Выбор граничных пределов компонентов обусловлен следующим образом.

Содержание основных компонентов (углерод 2,5-3,5 мас.%; кремний 1,2- 2,6 мас.% и марганец 0,3-0,8 мас.%) определяют из практически производства износостойких и термостойких чугу- нов с повышенной микротвердостью мат- риды и со стабильной структурой. При кондентрации углерода до 2,5 мас.%, кремния до 1,2 мас.% и марганца более 0,8 мас.% увеличивается количество цементита в структуре, снижаются ее стабильность и термическая стойкость. При содержании углерода более 3,5 мас.%, кремния более 2,6 мас.% и марганца менее 0,3 мас.% увеличивается ликвация, загрязненность чугуна .неметаллическими включениями и снижается стабильность структуры и мик- ротвердости по сечению заготовок.

Содержание микролегирующих добавок (хром 0,2-0,7 мас.%; титан 0,15-0,5; медь О,35-0,85;ванадий 0,05-0,15;РЗМ 0,02-0,08;алюминий 0,05-0,26 мас.%) определяют экспериментально и ограни- пределами, обеспечивающими однородную структуру и оптимальные прочностные и пластические свойства, стабильную, микротвердость и повышен- ную теплостойкость. При более низком их содержании прочностные и фрикционные свойства недостаточны, а при увеличении их концентрации -(выше верхних пределов) снижаются удароустой-, чивость, динамическая стойкость и стабильность структуры, что приводит к снижению микротвердости и других свойств и их стабильности. Верхние пределы концентрации отбеливающих элементов (хрома, ванадия, РЗМ) снижены, а графитизируюш их повьшены.

Кальций вводят как эффективный модификатор, очищающий границы зерен от неметаллических включений и повышающий стабильность структуры и микротвердости.

Верхний предел концентрации кальция ограничен его растворимостью в

Q

о Ь о

g о g Q

5

9032

перлите, а при концентрации его 0,03 мас.% модифицирующий эффект недостаточен.

Введение в известный чугун карбидов бария в пределах 0,05-0,25 мас.% обеспечивает повышение дисперсности структуры, твердости внутри профилей, степени перлитизации металлической основы отливок, увеличение однородности структуры, ударостойкости, теплостойкости, износостойкости и микротвердости, что приводит к повышению стабильности механических свойств. Содержание карбидов бария выше верхнего предела нецелесообразно, так как в этом случае в связи с малой их- растворимостью увеличивается их ликвация в аустенит, что снижает однородность структуры и динамическую прочность чугуна. Введение в чугун карбидов бария в количестве ниже нижнего предела не обеспечивает получение .желаемых преимуществ по однородности структуры, износостойкости и теплостойкости .

Введение в чугун вольфрама обусловлено тем, что он упрочняет матрицу и измельчает литое зерно в центральной зоне слитков, измельчает графит, изменяя его форму, структуру металлической основы в отливках, повышает теплостойкость, стабильность микротвердости, динамической прочности и других физико-механических свойств,

Введение в чугун вольфрама в количествах менее 0,02 мас.% существенного влияния на повышение стабильности микротвердости, теплостойкости и физико-механических свойств не оказывает, а содержание вольфрама выше 0,35 мас.% нецелесообразно, так как в этом случае значительно возрастает длительность плавки чугуна и усложняется технология внепечной обработки, снижаются удароустойчивость, однородность структуры и свойств.

Азот в износостойкий чугун в количестве 0,13-0,27% вводят как эффективный легирующий компонент, которьй связывает титан, редкоземельные металлы, алюминий, ванадий и другие элементы в чугуне в дисперсные нитриды и карбонитриды, обеспечивающие по- вьшгение однородности структуры, микротвердости, теплопрочности и термической стойкости. При содержании азота менее 0,13 мас,% не обеспечивается

существенное повышение микротвердости и ее стабильности по сечению непрерывно-литых слитков, заметное повышение термической стойкости чугуна. Увеличение концентрации азота (более 0,27 мас.%) снижает однородность структуры, ударную вязкость, стабильность механических с войств.

Никель в заданных пределах 0,07 - 0,25 мас.% способствует повышению пластических свойств, измельчению и стабилизации структуры, что обеспечивает повышение стабильности микротвердости и термической стойкости. При содержании никеля ниже 0,07 мас.% стабильности структуры, микротвердости и термической стойкости не достигается, а при увеличении его содержания (более 0,25 мас.%). снижаются уда- роустойчивость и микротвердость.

Введение в состав известного чугуна карбидов бария, вольфрама, никеля и азота в заданных соотношениях обеспечивает получение в отливках более однородной структуры, стабильной микротвердости, комплекс новых свойств, сочетаюощх в себе высокие значения эксплуатационных свойств, динамичес35

кой прочности, износостойкости и тер- 30 товок, износостойкости и термостой- мической стойкости.

Чугун . выплавляют в индукционных печах. Для микролегирования чугуна используют ферросплавы. Модифицирование чугуна РЗМ, карбидами бария и алюминием производят в литейных ковшах при выпуске чугуна из печи после продувки азотом.

Температура металла перед выпуском из электропечи для модифицирования в ковш емкостью 2 т 1480-1500°С, а температура чугуна при заливке расплава в кристаллизатор установки для непрерывного литья 1410-1430 С.

На установках УНГЛ-2 вытягивают круглые заготовки 030 и 120 мм.

Механические свойства и термостойкость чугунов определяют на образцах, вырезанных из профилей 30 мм. Мик- ротвердость металлической основы оп- g

40

45

кости, он дополнительно содержит кар биды бария, вольфрам, никель и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Ванадий

Титан

Алюминий

Редкоземельные

элементы

Кальций

Медь

Карбиды бария

Вольфрам

Никель

2,5-3,5

1,2-2,6

0,3-0,8

0,2-0,7

0,05-0,15

0,15-0,5

0,05-0,25

Азот Железо

0,02-0,08 0,03-0,07 0,35-0,85 0,05-0,25 0,02-0,35 0,07-0,25 0,13-0,27 Остальное

ределяют на микротвердомере ПМТ-З на образцах, вьфезанных из заготовок 30 и 120 мм.

Химический состав исследованных чугунов приведен в табл. 1; механические свойства, микротвердость и теплостойкость - в табл. 2.

Угар РЗМ составляет 26-32%, карбидов бария 12-16%. Усвоение вольфрама из ферровольфрама, присаживаемого в печь, 100%, никеля 89-93%.

Как видно из табл. 1 и 2, дополнительный ввод в состав чугуна карбидов бария, вольфрама, никеля и азота обеспечивает повьпиение микротвердости по сечению непрерывно-литых заготовок, износостойкости в 2,5-6 раз и термостойкости в 3,1-4,0 раза.

Формула изобретения

Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, титан, алюминий, редкоземельные элементы, кальций., медь и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения микротвердости по сечению непрерывно-литых заго5

0 товок, износостойкости и термостой-

0

5

кости, он дополнительно содержит карбиды бария, вольфрам, никель и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Ванадий

Титан

Алюминий

Редкоземельные

элементы

Кальций

Медь

Карбиды бария

Вольфрам

Никель

2,5-3,5

1,2-2,6

0,3-0,8

0,2-0,7

0,05-0,15

0,15-0,5

0,05-0,25

Азот Железо

0,02-0,08 0,03-0,07 0,35-0,85 0,05-0,25 0,02-0,35 0,07-0,25 0,13-0,27 Остальное

IfeKpoTBepfloCTb, Н

в центре профиля # 30 мм

2680 3280

Таблица 1

3360

3460

3070

2710

Продолжение табл.2 СвойстваПоказатели для состава чугуна

l ZLll lIIZI ZL Z

в поверхностной зоне

профиля 9 30 мм 3710 3820 3840 3860 3620 5140

в центре профиля 120 мм2430 3100 3140 3280 2890 2450

в поверхностной зоне

профиля «120мм 3580 3680 3700 3790 3140 3570

Термическая стойкость

при нагреве до lOOO С,

циклов543 . 1718 1830 2160 1212 590

Удароустойчивость,

даклов 887 1192 1236 1268 1164 .920

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве чугунных отливок методом непрерывного литья. Цель - повышение микротвердости по сечению непрерьшно- литых заготовок, износостойкости и термостойкости. Чугун содержит,мае.%: углерод 2,5-3,5; кремний 1,2-2,6;марганец 0,3-0,8; хром 0,2-0,7; титан 0,15-0,5; ванадий 0,05-0,15; алюминий 0,05-0,25; медь 0,35-0,85; РЗМ 0,02-0,08; кальций 0,03-0,07; карбиды бария 0,05-0,25; вольфрам 0,02-0,35; никель 0,07-0,25; азот 0,13-0,27; железо - остальное. Введение в состав чугуна карбидов бария и вольфрама, никеля и азота обеспечивает повьпаение износостойкости чугуна в 2,5-6 раз, термостойкости в 3,1-4 раза и микротвердости в отливках с сечением 030 и 120 мм с 2680 до 3100-3860 Н/х. 2 табл. (Л со со со о оэ