Износостойкий чугун Советский патент 1988 года по МПК C22C37/10 

w

с

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к производству износостойких высокохромистых чугунов. Целью изобретения является улучшение обрабатьшаемости резанием и повышение механических свойств сплава. Предложенный чугун содержит, мас.%: углерод 2,0-3,2; кремний 0,4- 0;8; марганец 1,2-3,5; хром.14-32; никель 0,1-1,0; алюминий 0,002- 0,07; кальций 0,03-0,1; висмут 0,001- 0,03; железо остальное. Использование Предложенного чугуна в улучшенными механическими и технологическими характеристиками позволяет расширить сферу его применения и использовать для отливки заготовок деталей, нуждающихся в механической обработке.. 1 табл.

4

00

сл

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству износо- cToiikHX высокохромистых чугунов,

Цель изобретения - улучшение обра батываемости резанием и повышение механических свойств сплава.

Предлагаемый износостойкий чугун содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, алюминий, кальций, висмут и железо, при следующем coof ношении компонентов, мас.%:

Углерод Кремний Марганец

XpON

Никель

Алюминий

Кальций

Висмут

Железо

2,0-3,2

0,4-0,8

1,2-3,5 14-32

0,1-1,0 0,002-0,07 0,03-0,1 0,01-0,03 Остальное Дополнительное введение поверхност но-активного элемента висмута замедля- ет начальный рост блоков эвтектики, что вызьюает увеличение переохлажде- ния расплава и облегчает проявление подложек, которые не становятся цент рами кристаллизации при. меньших переохлаждениях. Совместное микролегиро- вайие химически активными элементами (Са, А1) и поверхностно-активным (Bi способствует зарождению блоков в рас лаве перед фронтом.ледебурита к зоне концентрационного переохлаждения и прекращен1-по направленного роста эв тектики,T.Bi транскристаллизации. Ликвидация транскристаллизации спо собствует улучшению обрабатываемости резанием.

Выбор соотношения компонентов сплава обусловлен след:,тащим.

При содержании угле1Х)да менее 2,6% в структуре снижается количеств карбидов, что прямо связано со снижением износостойкости. Кроме того, при малом содержании углерода структура высокохромистого чу:гуна состоит в основном из вязкого аустенита, что сопровождается ухудшением обрабатываемости. При содержании углерода свьш1е 3,2% в структуре наблюдается не более 8-10% аустенита, что приводит к снижению ударной вязкости до 6,3 Цк/см , Кроме того, рост количества комплексных карбидов ухудшает обрабатываемость.

Кремний - нежелательный элемент в высокохромистом чугуне (ВХЧ), Технологически трудно получить ВХЧ с со

держанием кремния менее 0,4%, так как исходный низкокремнистый передельный чугун содержит до 0,3% кремния. Кроме того, за счет восстановления кремния из футеровки печи его содержание в металле доходит до 0,4%. При содержании кремния вьше 0,8% резко снижаются предел прочности на растяжение (до 46 кгс/мм) и прочность на изгиб (до 86 .кгс/мм ) ,

.Нижние пределы содержания висмута, алюминия и кальция (соответственно 0,01, 0,002 и 0,03%) обусловлены появлением заметного положительного эффекта. Верхние пределы этих элементов обусловлены ликвидацией транскристаллизации, что связано с улучшением обрабатьшаемости при одновременном повышении механических свойств высокохромистого чугуна.

Пример. Для выплавки высокохромистого чугуна применяют известную технологию. Исходные материалы: чушковый чугун, феррохром, ферромарганец, гранулированный никель. Предлагаемый чугун вьтла ляют в индукционной печи с кислой футеровкой, В печь последовательно загружают феррохром, чугун и никель. После расплавления указанных материалов и доводки температуры металла до в печь загружают ферромарганец. При 1450 С в чугун добавляют алюминий, силикокальций и.висмут (с учетом усвоения соответственно 30, 15 и 50%), вьшускают в ковш и разливаю.т по формам. Аналогично вьшлавляют чугун известного состава.

Для сравнения характеристик известного и предлагаемого сплава отливают стандартные образцы для определения ударной вязкости, стандартные образцы (4 30 мм на изгиб (jj), стандартные образцы для определения прочности на разрьш (6g) и образцы 12 мм и длиной 55мм для испытаний на износ, Кроме того, отливают образцы массой 40 г для определения жидкотеку- чести -методом вакуумного всасывания. Плавку осуществляют в индукционной печи с кислой футеровкой емкостью 150 к.

Прочность определяют на машине Р50, ударную вязкость - на копрк МК5, жидкотекучесть - методом вакуумного всасывания при 1500°С в трубочки (и 2,5 мм. Для определения относи

тельной износостойкости образцы i 12 укл устанавлияают в гнезда корпуса шлифовального станка, расположенные на одинаковом удалении от оси его вращения, и приводят в движение диск с наклеенной наждачной бумагой. Потеря массы через 60 с испытаний положена в основу при оценке износостойкости. За единицу берут износ закаленной стали 45.

Образцы i 30 мм- после определения прочности на изгиб обтачивают по наружной поверхности до 26 мм и в случае отсутствия дефектов используют для определения обрабатьгеаемости резанием. В качестве критения обра- батьшаемости выбирают путь (L5, пройденный резцом при скорости резания 30,3 м/мин; величине подачи S 0,11 мм/об, и гл гбине резания f 1,5 мм до образования ленточки шириной 2 мм на главной задней поверхности.

Химический состав сплавов и резул тат их испытаний приведень в таблице t Влияние комплексного микролегирования кальцйм, алюминием и висмутом на приведенные параметры качества и ширину зоны равноосных кристаллов (d) также приведено в таблице,

Из таблицы видно, что оптимальное микролегирование обеспечивает устранение транскристаллизации (зона d расширяется), заметное повышение ударной вязкости (КС), прочности на изгиб, (бц) растяжение (6р), улучшает жидкотекучесть (1) и обрабатьша- емость резанием (L). Таким образом, дополнительное микролегирование алюминием, кальцием и висмутом способ

0

5

0

ствует улучшению комплекса свойств отливок из высокохромистого чугуна по сравнению с известным и позволяет существенно повысить стойкость инстг. румента. Из данных таблицы видно также оптимальное количество компонентов чугуна.

Улучшение механических и технологических характеристик и особенно обрабатьшаемости резанием позволяет расширить сферу применения высокохромистых чугунов, которые могут быть использованы для отливки заготовок деталей, нуждающихся в мехаиц- ческой обработке (гильзы двигателей внутреннего сгорания, гильзы раство- ронасосов, сопла, форсунки распьшива- ющих агрегатов и т.д.).

Формула изобретения

Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель и келеяф, отличающийся тем, что, с целью улучшения обрабатьшаемости резанием и повышения механических свойств, он дополнительно содержит алюминий,

кальций и висмут при следующе соотношении компонентов, мас.%:

5

0

Углерод

Кремнир

Марганец

Хром

Никель

Алюминий

Кальций

Висмут

Железо

2,0-3,2 0,4-0,8 1,2-3,5

14-32 0,1-1,0 0,002-0,07 0,03-0,1 0,01-0,03 Остальное