Чугун Советский патент 1991 года по МПК C22C37/10 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к изысканию износостойких, обладающих высокой твердостью чугунов (HRC 560-610 МПа), не склонных к трещинообразованию и самоотпуску в процессе циклического нагрева до температуры аустенитного состояния под давлением (процесс пайкосварки).

Целью изобретения является повышение термостойкости и износостойкости.

Выбор граничных пределов в чугуне предлагаемого состава обусловлен следующим.

Уменьшение содержания углерода и кремния приводит к снижению плотности карбидов ванадия и количества остаточного аустенита. В результате снизится износостойкость, твердость. Увеличение их содержания выше верхнего предела способствует выделению пластинчатого графита. Износостойкость и твердость уменьшатся и увеличится трещинообразование при циклическом нагреве.

Марганец, обладая раскисляющей способностью, служит для рафинирования расплава и повышения механических свойств. Он незначительно увеличивает количество карбидов, но резко меняет их форму от плоских при добавках 1,1 мас.% до тонкоигольчатых при 1,0 до 1,4 мае. %.

Структура чугуна при содержании марганца 0,2-0,8 мас.% состоит из карбида железа (РезС) и а -твердого раствора (Fe-Mn-О), увеличение марганца от 0,1 до 1,4% приводит к образованию «-твердого раствора на основе железа (Fe-Mn-C), твердого раствора на основе железа (Fe-Mn-C), остаточный аустенит и двойной карбид (РеМпзС), что, в конечном счете, увеличива- ет прочностные свойства чугуна. Дальнейшее увеличение марганца не приводит к увеличению прочности, а также способствует графитизации чугуна.

Комплексное легирование чугуна никелем до 1 мас.% с добавкой незначительного количества алюминия способствует стабилизации остаточного аустенита и формиро- 1 ванию металлической матрицы у -твердого раствора на основе железа (Fe-NI-AI-Q. Присутствие атомов алюминия в кристаллите(Л

С

о о

со

ской решетке в количестве 0,05-0,008 мае. % усиливает карбидообразующее действие никеля. Это стабилизирует служебные свойства чугуна при тепловом и механическом воздействии. Снижение количества никеля и алюминия ниже нижнего предела приводит к снижению устойчивости остаточного аустенита npl/i нагреве и к снижению роли алюминия, усиливающего карбидообразующее действие никеля. Увеличение содержа- ния никеля выше верхнего предела экономичности нецелесообразно, поскольку износостойкость и термостойкость повышаются незначительно, а увеличение алюминия приводит к усилению процесса графитизации чугуна.

Легирование чугуна хромом ниже предела приводит к увеличению пластичности при температуре аустенизации. Увеличение хрома в предлагаемом чугуне до 0,9 мас.% повышает его устойчивость при нагреве за счет выделения из «-твердого раствора на основе железа (Fe-Cr-C) дисперсного двойного карбида (РеСг)з С) , который повышает твердость, способствует сохранению формы заготовки при воздействии на нее циклического нагрева и давления. Однако,- введение его больше верхнего предела мо- жет приводить к выделению эвтектических карбидов хрома, что вызывает уменьшение износостойкости чугуна.

Легирование ванадием ниже нижне/о предела не обеспечивает необходимой износостойкости, твердости и термостойкости чугуна, а увеличение содержания ванадия в чугуне выше верхнего предела экономичности нецелесообразно, так как служебные свойства повышаются незначительно.

Медь в чугуне измельчает эвтектическое зерно, повышая тем самым прочность и улучшает его жидкотекучесть. Введение меди нижнего предела не оказывает значительного влияния на прочностные свойства чугуна. Введение ее выше верхнего предела увеличивает пористость и ухудшает его прочность.

В табл.1 приведены сравнительные результаты опытных плавок известного и предлагаемого чугуна, а в табл.2 - их физико-механические свойства в зависимости от химического состава.

Чугун выплавляют в индукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой. Контроль температуры ванны осуществляют с помощью термоэлектрической термопары ТПР-0555 с показывающим прибором КСП- ЗП.

В нагретую до 300°С печь загружают ст.10, электродный бой, феррохром и никель 100% каждого согласно расчета химического состава предлагаемого чугуна. После расплавления шихты вводят 50% феррованадия и доводят температуру печи до 1550°С, При этой температуре вводят остальные 50% феррованадия. После достижения температуры печи 1600°С вводят

медь, ферромарганец и 60% ферросилиция для первичного раскисления. Затем после 4 мин выдержки для перемешивания компонентов расплава проводят выливку металла в ковш, на дно которого помещают алюминий и 40% ферросилиция. Заливку в корковые модели производят при 1500-1550°С.

Прочность на разрыв определяют на литых образцах, применяемых для использования ковных и белых чугунов. Твердость

образцов оценивают по Роквелу при нагрузке 150 кг.

Оценку термостойкости чугуна производят на установке с нагревом цилиндрических образцов 010 и длиной 150 мм

непосредственным пропусканием переменного тока силой 2000 А, нагрев за 5 с до 950°С с последующим охлаждением образцов водой через спреерное устройство до - комнатной температуры.

Износостойкость (относительную) оценивают на машине трения 1533, при трении скольжения (контртело из стали М6Р5). Определяют относительную износостойкость по сравнению с чугуном Сг 18-36 в литом

состоянии.

Как следует из табл. 1 и 2, дополнительный ввод в состав предлагаемого чугуна никеля позволяет повысить его износостойкость в 2,5-3,3 раза и термостойкость в 1,3-1,4 раза.

Формула изоб ретения Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, медь, алюминий и железо, отличающийся тем, что, с

5 целью повышения термостойкости и изно: состойкости, он дополнительно содержит никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

0

5

углерод

кремний

марганец

хром ванадий

медь

алюминий никель

железо

2.1-2.3; 1,3-1,5 1,1-1.4; 0,7-0,9; 7,0-7,5; 1,1-1,3 0,05-0,08; 0.8-1,0; Остальное

Т а б л и у

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве отливок. Цель изобретения - повышение износостойкости и термостойкости. Чугун содержит ингредиенты при следуюшем соотношении, мас.%: углерод 2,1-2,3; кремний 1,3-1,5; марганец 1.1-1,4; хром 0,7-0,9; ванадий 7,0-7,5; медь 1,1-1,3; алюминий 0,05- 0,08; никель 0,8-1,0; железо - остальное. 2 табл.