Чугун Советский патент 1989 года по МПК C22C37/10 

1

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке соста- вов чугуна для изготовления броневых плит, помольных шаров и т.д.

Цель изобретения - повышение динамической прочности при сохранении уровня абразивной стойкости.

Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предложенного состава обусловлен следующим.

Углерод в заявляемом интервале концентраций обеспечивает образование определенного количества высоко-, твердеющей структурной составляющей в виде гексагональных карбидов хрома (Сг, 7е )-,С., Содержание углерода ниже 1,8% приводит к понижению технологических свойств чугуна, а также количества карбидов, что снижает абразивостойкость. При содержании углерода свыше 3,8% происходит значительное укрупнение первичных за- эвтектичных карбидов, которые по- нижают динамическзто прочность, а выкрашивание этих карбидов снижает ; абразивостойкость.

Кремний в данном интервале концентраций способствует образованию эвтектики на базе карбидов хрома (Сг, ., а также используется для регулирования степени звтектич- ности сплава, которая влияет на его технологические свойства и микроструктуру. При содержании кремни я

4

ое ел

00

менее 1,0% степень переохлаждения эвтектического расплава увеличивается иобд азуются обособленные цементит ные поля, присутствие которых в чугуне снижает прочностные свойства отливок. При более 2,0% кремния снижается растворимость углерода в твердом растворе железа и металлическая твердость и соответственно абраэивостойкость чугуна. Марганец в пределах 0,2-0,85% выполняет роль элемента, предупреждающего красноломкость. Марганец связывает серу в мелкие сульфиды MnS с т.п. 1610 С, которые располагаются при кристаллизации сплава внутри зерен. Содержание марганца ниже 0,2% не оказывает существенного влияния на свойства сплава, так как он становится примесью. Увеличение содержания марганца вьш1е 0,85% приводит к образованию столбчатых кристаллов и снижению пластических свойств.

Хром при концентрации 17-22% при наличии остальных элементов сплава обеспечивает образование легированной хромом аустенитной матрицы с повышенными прочностными свойствами и хромисто-карбидной эвтектики на базе специальных карбидов хрома (Сг, Fe)Cj. Наличие этой микроструктуры обеспечивает повышение динами - ческой прочности по сравнению с . прототипом при сохранении высокой твердости и соответственно абразиво- стойкости. Кроме того, увеличение содержания хрома по отношению к чугуну-прототипу позволило снизить содержание, дефицитного и дорогостоящего никеля. При содержании хрома менее 17% снижается микротвердость матрицы, что приводит к снижению абразивостойкости сплава. Присадка хрома более 22% при определенном соотношении других элементов привог дит к снижению абразивостойкости из-за появления ферритной составля- щей.

Никель в данном направлении интервала концентраций увеличивает стабильность- аустенита при температурах эвтектического превращения, В этих пределах равномерность распределения никеля между фазами сплава наиболь шая, что повьшшет его механические свойства. Присадка никеля ниже 1,0% приводит к падению прочностных

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

свойств чугуна, а более 1,5% не вызывает существенное увеличение механических свойств, но происходит удорожание сплава. Дефицитность и дороговизна никеля требует определения максимально узких интервалов концентраций .

Титан в указанных количествах обеспечивает связывание находящихся в жидком расплаве азота и нитриды, что повышает пластические свойства чугуна. При содержании титана менее 0,05% он не оказывает существенного влияния на свойства сплава. При наличии титана более 0,2% наблюдается появление карбидов титана, выделение которых отмечено на границах детгдпи- тов аустенита, это приводит к падению динамической прочности сплава.

Ванадий в заявляемом интервале концентраций является легирующим элементом, образующим высокотвердые специальные карбиды, что повышает абразивостойкость чугуна. Более того, при присутствии других вьш1еука- замных легирующих элементов наблюдается инверсия эвтектической структурной составлянндей, т,е. твердая и хрупкая карбидная фаза оказывается разобщенной, раздробленной в пластичной аустенитной матрице.

При содержании ванадия менее 0,2% не наблюдается присутствие карбидов ванадия, которые обуславливают показатели высокой абразивостойкости чугуна. При содержании ванадия более 4,5% в структуре сплава появляются первичные карбиды, которые, выкрашиваясь при ударно-абразивном режиме износа детали, снижают ее эксплуатационный срок службы.

Магний в данном концентрационном интервале выполняет роль десульфура- тора, что обеспечивает чистоту меж- зеренных границ от хрупких сульфидов, ухудшающих прочностные и пластические свойства сплава. Часть кислорода также связывается в окислы магния, что уменьвюет пленообразование и повышает технологические свойства сплава. При содержании магния менее 0,02% не обеспечивается достаточная степень десульфурации сплава. Содержание магния 0,05% достаточно ; для того, чтобы связать всю излишнюю серу, которая оказывает отрицательное влияние на механические свойства чугуна,

5

Кальций.имеет большое сродство кислородом, что приводит в данной концентрации к хорошему рафинированию расплава. Следует отметить низкую стоимость кальция по сравнению с другими сильными раскислителями. Перевод содержаш,егося в расплаве килорода (из-за образования СаО) из активного состояния в пассивное поволяет увеличить CTeneTib легирован- ности хромом и ванадием, что повышает прочностные свойства сплава. Окислы кальция (СаО) образуют с кренеземом шлак, обладакяций пониженной температурой плавления, что позволяет достигать высокой частоты меж- зеренных границ от неметаллических включений и увеличивать динамическу прочность. Присадка Са менее 0,02% не приводит к необходимой степени раскисления сплава. При содержании кальция более 0,04% начинается процесс обезуглероживания сплава, так как образующиеся карбиды кальция всплывают в шлак, а это снижает колчество высокотвердой составляющей и уменьшает абразивостойкость. Кроме

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан,

того, повьш1енная присадка кальция

-.„4.11Г1, . ancii,, лрим, НИКСЛЬ, ТИТа

в расштавленныи металл сопровотаается 30 ванадий и железо, от л к , а к, - чрезмерный га,овьиелен„ем.щ и и с я тем, что, цель повывилГГое и З™ х°:Г™ -Г - -

- °- - О ян ::„го : ; ::.±г„™TL ne aTv:b: 3 «РИ -е„у„„ем соотношении

компонентов, мас.%:

температуры 500 с производили присадку ванадия (марки ВНМ-1) и титана (марки ТГ-ПО), затем в колокольчике на Р танге - присадку определенной навески железо-кремний-магниевой 40 лигатуры и силикокальция.

Одновременно выплавляли три сплава: нижние пределы содержания чугуна-прототипа, средние значения и верхние пределы (плавки 6, 7, 8 сорт- 45 ветственно). .

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Никель

Титан

Ванадий

Магний

Кальций

Железо

1,8-3,8 1,0-2,0 0,2-0,85

17-22 1,0-1,5 0,05-0,2 0,2-4,5 0,02-0,05 0,02-0,04 Остальное

Разливку чугуна производили при 1330-1340 С в сухие пег.чано-глинис- тые формы с заготовками для образ- цов на металлографические.исследования и абразивостойкость, а также с плитами массой 50 кг (уменьшенная в 7 раз модель футеровочной плиты рудоразмольной мельницы, применяемой на НКГОКе г. Кривого Рога).

Абразивную стойкость определяли по потере веса образцов при истирании абразивом (рудой): во вращающейся лабораторной барабанной мельнице с постоянной скоростью вращения 50 об/мин.

Химические составы известного и предложенного чугуна, а также уровень их свойств приведены в таблице,

Как следует из таблицы, дополнительный ввод в состав чугуна предложенного обеспечивает повьш1ение динамической прочности в 1,2-1,3 раза.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан,

4.11Г1, . ancii,, лрим, НИКСЛЬ, ТИТа

ванадий и железо, от л к , а к, - щ и и с я тем, что, цель повы

1,8-3,8 1,0-2,0 0,2-0,85

17-22 1,0-1,5 0,05-0,2 0,2-4,5 0,02-0,05 0,02-0,04 Остальное

Изобретение относится к метал-г лургии и может быть использовано для изготовления броневых плит размольных мельниц, помольных шаров и т.д. Цель изобретения - повышение динамической прочности при сохранении уровня абразивной стойкости. Новый чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: С 1,8- 3,8; Si 1,0-2,0; Мп 0,2-0,85; Сг 17- 22; Nbl,0-l,5; Ti.0,05-0,2; V 0,2- 4,5; Mg 0,02-0,05; Са 0,02-0,04; Fe остальное. Ввод в состав чугуна Mg и Са обеспечивает повышение динамической прочности в 1,2-1,3 раза при сохранении уровня износостойкости. 1 табл. с (Л с: