Износостойкий чугун Советский патент 1991 года по МПК C22C37/10 

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов белых износостойких чугунов, с повышенной микротвердостью карбидов для работы в условиях ударно-абразивного износа.

Цель изобретения - повышение ударно- абразивной стойкости.

Содержание основных компонентов, мас.%: углерод 2,58-2,76; кремний 0,51- 0,88; марганец 0,85-1,65 определено исходя из практики производства белых чугунов для износостойких литых деталей, работающих при ударных нагрузках. При снижении содержания углерода (менее 2,58 мас.%) и кремния (менее 0.51 мас.%) и повышении концентрации марганца (более 1,65 мас.%) снижаются литейные свойства, ударная вязкость, трещиностойкость, увеличивается ликвация и снижаются стабильность структуры, ударно-абразивная износостойкость, эксплуатационные свойства При концентрации углерода бопее 2.76 мас.% кремния более 0,88 мае % и марганца менее 0.85

мас.% структура в отливках становится грубой, снижаются микротвердость карбидов и матрицы, их износостойкость и стабильность ударной вязкости и механических свойств в отливках, что снижает эксплуатационные свойства.

Введение бора в количестве 0,03-0,11 мае % и алюминия в количестве 0,006-0,03 мас.% раскисляет чугун, измельчает структуру, повышает трещиностойкость, твердость и износостойкость матрицы, прокаливаемость, микротвердость карбидов, стабильность матрицы в отливках, что обеспечивает снижение абразивного износа и повышение эксплуатационной стойкости и механических свойств. Содержание алюминия принято от концентрации 0,006 мас.%, а бора с 0.03 мас.%, когда отмечается измельчение структуры и повышение твердости и износостойкости в отливках и ограничено концентрацией 0.03 и 0,11 мас.% соответственно, выше которых отмечается снижение однородности структуры и

сл С

о

00 00

о о

появление неметаллических включений, пленов, окислов в металлической основе и снижение динамической прочности и стабильности структуры и свойств чугуна что приводит к снижению ударно-абразивной износостойкости и эксплуатационных свойств.

Никель является дефицитным и дорогостоящим компонентом, снижающим стабильность структуры и не обеспечивающим существенного повышения ударно-абразивной износостойкости и эксплуатационных свойств, поэтому он исключен из состава чугуна. Введение нитридов ванадия в количестве 0,11-0,3 мас.% легирует металлическую оправку, измельчает карбиды, повышает твердость и износостойкость чугуна, что обеспечивает значительное повышение ударно-абразивной и эксплуатационной стойкости Содержание их принято от концентрации 0,11 мас.%, при которой отмечается повышение твердости, ударно- абразивной износостойкости и эксплуатационной стойкости и ограничено концентрацией 0,3 мас.% выше которой снижается ударная вязкость и трещино- стойкость.

Иттрий в количестве 0,07-0,13 мас.% измельчает и микролегирует структуру чугуна в отливках, повышает стабильность матрицы и упругопластические свойства, что повышает эксплуатационную стойкость. Микролегирующее и стабилизирующее действие иттрия при концентрации до 0,07% мас.% недостаточно, а эксплуатационные свойства чугуна низкие, а при увеличении содержания иттрия (более0, гЗ мас.%) повышается концентрация неметаллических включений по границам зерен, что снижает ударную вязкость, ударно-абразивную износостойкость и эксплуатационные свойства чугуна в литых изделиях.

Хром в количестве 18,1-19,6 мас.% обеспечивает необходимое упрочнение матрицы, высокие характеристики твердости и износостойкости, что приводит к повышению эксплуатационной стойкости. При повышении содержания хрома (более 19,6 мас.%) укрупняются карбиды, снижаются пластические и эксплуатационные свойства, а при снижении концентрации хрома (менее 18,1 мас.%) в структуре недостаточное количество карбидов, отмечается снижение твердости, износостойкости и эксплуатационной стойкости в условиях абразивного износа.

Сера и фосфор загрязняют металл и снижают трещиностойкость, износостойкость и эксплуатационную стойкость, поэтому они исключены из состава чугуна.

Пример. Плавку чугуна проводят в открытых индукционных печах с основной

футеровкой и перегревом расплавов до 1480-1520°С. В качестве шихтовых материалов используют литейный чугун ЛК5, передельные чугуны М1 и М2, стальной и чугунный лом, феррохром ФХ800. феррованадий ФВдЗН, ферромолибден ФМо2. ферробор и ферромарганец. Азотированный

феррованадий вводят в литейный ковш при

выпуске расплава из индукционной печи.

Заливку металла проводят в сухие жидкостекольные литейные формы при 1430- 1450°С.

После нормализации с температуры 850 ±10°С определяют механические свойства, ударно-абразивную износостойкость, эксплуатационные свойства и микротвердость карбидов на приборе ПМТ-3. Ударную вязкость определяют на образцах 10 х 10 х 10 мм типа ГОСТ 9454-78, а относительную износостойкость рЮ по ГОСТ

23.212-82.

В табл. 1 приведены химические составы износостойких чугунов опытных плавок; в табл. 2 - данные о механических и эксплуатационных свойствах и микротвердости

карбидов.

Как следует из табл. 1 и 2, дополнительный ввод в состав предлагаемого чугуна кобальта и бора, а также азота и ванадия в виде нитридов ванадия позволяет повысить

ударно-абразивную стойкость в 1,9-2,1 раза.

Формула изобретения Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, молибден,

алюминий, иттрий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения ударно-абразивной стойкости, он дополнительно содержит кобальт, бор, нитриды ванадия при следующем соотношении

5 компонентов, мас.%:

Углерод

Кремний

Марганец 0 Хром

Молибден

Алюминий

Иттрий

Нитриды ванадия 5 Кобальт

Бор

Железо

2,58-20,76 0,51-0,88 0,85-1,65 18,1-19,6 1,11-1,68 0,006-0,03 0.07-0,18 0,011-0,3 0,03-0,27 0,03-0.11 Остальное

Таблица 1

Известный чугун содержит 0,05 мае.% азота и 0,6 мае. % ванадия.

Таблица 2