Чугун Советский патент 1992 года по МПК C22C37/06 

Изобретение относится к области металлургии, а именно, к износостойким сплавам, работающим в условиях абразивного и гидроабразивного изнашивания.

Известен высокоуглеродистый сплав следующего химического состава, вес.%:

углерод1,9-3,0

кремний1,5

марганец2,5-5,9

хром20-40

молибден2

титан2

ванадий1,5

вольфрам1,5

медь1,5

железоостальное

Сумма концентраций хрома, молибдена, ванадия, титана, вольфрама и меди 40%, а доля аустенитной составляющей в структуре 40%, при этом сталь имеет ударную вязкость 0,8 кг.м/см2 (см. п. Япония № 56-10373, МКИ: С 22 С 38/38, В 02 С 13/04, оп. 07.03.81).

Недостатками данного сплава является его низкая однородность в связи с тем, что структурная и особенно концентрационная однородность определяется воздействием на расплав сильнейших карбидо-нитридо- образователей, оптимальная концентрация которой применительно к элементам 4-й и 5-й групп составляет 0,011-0,4 вес%. Превышение этой суммарной концентрации ведет к охрупчиванию, а снижение концентрации не обеспечивает достаточной износостойкости. Воздействие только титана в указанном диапазоне концентрации не дает требуемого уровня однородности в связи с тем, что не в полной мере проявляется энтропийный фактор. Другим недостатком данного сплава является его высокая стоимость за счет высокого содержания легирующих элементов Н0%)Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является износостойкий чугун следующего химического состава, вес.%:

сл

с

XI

о

01

го

W

сл

1,7-2,35 0,6-2,0 2.8-3,9 28,0-33,0 0,05-0,3 0,05-0,3 .остальное

(см. а.с. №429129, МКИ:С22 С 37/06. оп. 25.05.74 г.).

Недостатком данного чугуна является низкая износостойкость и пластичность вследствие низкого уровня концентрационной однородности и неравномерности распределения его структурных составляющих. Наличие большого количества марганца в очетании с добавками хрома приводит к повышению хрупкости и снижению пластичности. Кроме того, чугун характеризуется нестабильной твердостью (HRC 54 ед.).

Целью изобретения является повышение износостойкости и пластичности при сохранении коррозионной стойкости.

Указанная цель достигается тем, что износостойкий сплав, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, цирконий и железо дополнительно содержит молибден, ниобий и празеодим при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод2,1-3,5

кремний0,01-2,5

марганец0,2-2,5

хром18,5-28,0

молибден0,001-0.10

титан0,005-0,10

ниобий0,001-0,20

цирконий0,005-0,10

празеодим0,001-0,005

железоостальное

В качестве примесей сплав может содержать серу и фосфор до 0,1 мас.% каждого.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый износостойкий сплав отличается от известного введением новых компонентов, а именно: молибдена, ниобия и празеодима. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию новизна. Анализ известных составов сплавов (а.с. 1076483), 1023836) показал, что некоторые введенные в заявляемое решение вещества известны, например, ниобий в а.с. № 1076483, ниобий в а.с. № 1023836. Однако их применение в этих сплавах в сочетании с другими компонентами не обеспечивает сплавам такие свойства, которые они проявляют в заявляемом решении, а именно, обеспечение высокой структурной и концентрационной однородности, а следовательно, высокой износостойкости и пластичности. Таким образом, данный состав компонентов придает сплаву новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию существенные отличия.

В условиях оптимального легирования (модифицирования) после кристаллизации сплава создается структура, которая состоит из высоколегированного твердого раствора измельченной фрагментированной ледебуритной эвтектики и высокопрочной дисперсной составляющей, относительно равномерно локализующейся по всему объему сплава.

При этом, в зоне ледебурита эта фаза представляет из себя модулированную структуру.

Микрорентгеноструктурный анализ показывает, что дисперсная составляющая

представляет сложное образование, в центре которого находится карбонитрид типа МС на основе циркония, титана, ниобия, а по периферии он окружен карбидом молибдена, характеризующимся значительным

дефицитом по углероду.

Празеодим, выполняя роль модификатора 11 рода, адсорбируется (несколько атомных слоев) на поверхности дисперсного карбида и образует сложные соединения,

облегчающие релаксацию напряжений вблизи межфазной границы и, тем самым, дополнительно повышают пластичность сплава. Большая часть молибдена находится в твердом растворе и за счет особого

характера межатомных связей Мо-Мо, Mo-Cr, Mo-Fe увеличивает пластичность, в частности, низкотемпературную пластичность сплава. При этом сплав сохраняет высокое сопротивление абразивному

изнашиванию.

Введение молибдена менее 0,001% существенно не влияет на пластические характеристики сплава, а свыше 0,10%

стабилизирует сложные карбиды на основе

хрома и значительно снижает пластичность сплава.

При содержании углерода менее 2,1% понижается износостойкость в связи с изменением упрочняющей фазы. При содержании углерода более 3,5% происходит охрупчивание структуры, снижается пластичность.

Введение кремния до 0,01% не имеет существенного влияния на свойства описываемого сплава, а свыше 2,5% снижает вязкость твердого раствора, способствует графитизации чугуна.

Марганец способствует отбеливанию чугуна. При содержании марганца менее 0,2% резко падает износоустойчивость.

Увеличение содержания марганца свыше 2,5% расширяет у-область, увеличивая количество аустенита в сплаве, что значительно снижает износоустойчивость.

При содержании хрома ниже 18,5% про- исходит потеря износоустойчивости сплава, а превышение 28% существенно удорожает сплав и не дает заметных преимуществ по свойствам.

Комплекс элементов IVa, Va групп (цир- коний, титан, ниобий) и празеодима обеспечивает эффект модифицирования.

Примеры исполнения.

Выплавка проводилась в 50-килограммовой индукционной печи. В качестве ших- товых материалов используют стальной и чугунный лом, ферросилиций, феррохром, ферромолибден, ферросплавы элементов IVa, Va групп; празеодим вводится в виде окислов в комплексе с восстановителем (растворителем) /а.с. 617944/.

Составы сплавов приведены в табл. 1.

В таблице 2 приведены физико-механические характеристики описываемого и известного сплавов после термообработки (охлаждение на воздухе от 1000°С, отпуск при 300°С).

Показатели коррозии (для литого состояния), полученные по методике (с.н.с. В. В. Скорчелетти, А. М. Шульгин. Химическая стойкость сплавов на железной основе, М-л,

ГОНТИ, 1938 год) для сплава № 2 табл. 1): весовая - 0,043 г/м2 ч, глубинная - 0,033 мм/год; для прототипа № 10 (табл. 1): весовая-0,040 г/м2-ч, глубинная -0,034 мм/год. Анализ характеристик предложенного и известных сплавов показывает, что предложенный сплав имеет более высокие характеристики износостойкости и пластичности при сохранении коррозионной стойкости.

Формула изобретения Чугун содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, цирконий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости и пластичности при сохранении коррозионной стойкости, оно дополнительно содержит молибден, ниобий и празеодим при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод2,1-3.5

кремний0,01-2,5

марганец0,2-2.5

хром18,5-28,0

титан0.005-0,1

цирконий0,0005-0,1

ниобий0,001-0,2

молибден0,001-0,10

празеодим0,001-0,005

железоостальное.

Изобретение относится к металлургии, а именно к износостойким сплавам, работающим в среде абразивного и гидроабразивного износа, сопровождаемого коррозионным воздействием среды. Сущность изо бретения: в чугун введены молибден, ниобий и празеодим при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2,1-3.5; коемний 0.01-2.5: маоганец - 0,2- 2,5; хром 18,5-28,- молибден 0,001-0,2; титан 0,005-0,1, ниобий 0,001-0,2; цирконий 0,005-0.1; празеодим 0,001-0,005, железо - остальное. Указанный чугун обладает высокой износостойкостью и пластичностью при сохранении высокой коррозионной стойкости Стизг 1020-1150 МПа, HRc 60-63, стрела прогиба (6,3-7,0) м.относит. из- нос 0,30-0,36 2 табл.

Таблица 1

Механические свойства (после термообработки)

Таблица 2