Износостойкий чугун Советский патент 1992 года по МПК C22C37/10 

Изобретение относится, к области металлургии, в частности к износостойким чу- гунам, работающим в условиях коррозионно-механического изнашивания. Известен износостойкий чугун, содержащий, мас.%:

углерод2-2,5

кремний2,5-3,5

марганец8.0-10

железоостальное.

Известный чугун обладает недостаточной коррозионно-зрозионной стойкостью.

Известен также износостойкий чугун следующего химического состава, мас.%: углерод2,51-3.80

кремний1,35-2,49

марганец0,40-1,28

хром0,35-1,95

медь0,11-1,49

металлы из группы, содержащей кальций, титан, бор, алюминий, сурьму, теллур в сумме 0,25-1,20

железоостальное.

Наиболее близким к предложенному является чугун, содержащий, мас.%: углерод2,8-3,6

кремний1,5-2,3

марганец8,0-10

алюминий0,4-0,8

медь0,8-2,5

хром0,08-0,5

РЗМ0,01-0,1

железоостальное.

Скорость коррозии известного чугуна в оборотной воде при ,5-8,2 составляет 0,040-0,048 г/м2ч. Коэффициент относительной износостойкости при испытании в смеси кварцита и обратной воды - 1,54- 1,80. Эксплуатационная стойкость - до 1000ч.

Недостаток известного чугуна - низкая износостойкость в гидроабразивной среде.

Цель изобретения - повышение износостойкости и эксплуатационной стойкости.

4

DS

СЛ

hO

со

00

Поставленная цель достигается тем, что чугун дополнительно содержит бор, титан, нитриды хрома и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод2,6-3,6

кремний1,6-2,3

марганец9,1-11,5

алюминий0,05-0,75

медь0,81-2,88

редкоземельные

металлы0,002-0,05

бор0,04-0,12

нитриды хрома0,03-0,31

титан0,003-0,16

кальций0,002-0,028

железоостальное.

Существенными отличиями предложенного технического решения являются введение микролегирующих добавок: бора 0,04-0,12 мас.%, нитридов хрома 0,03-0,31 и титана 0,003-0,16 мас.% и дополнительное модифицирование кальцием, что существенно повышает износостойкость и эксплуатационную стойкость при сохранении технологических свойств, немагнитно- сти и коррозионной стойкости.

Проведенный анализ предложенного технического решения показал, что н а данный момент неизвестны технические реше- ния, в которых были бы отражены указанные отличия. Кроме того, указанные признаки являются необходимыми и достаточными для достижения положительного эффекта. Это позволяет сделать вывод о том, что данные отличия являются существенными.

Бор при содержании 0,05-0,3 мас.% стабилизирует перлит, увеличивает его сфе- роидизацию, повышает твердость и износостойкость, их стабильность в процессе эксплуатации и эксплуатационную стойкость литых деталей. При увеличении концентрации бора более 0,12 мас.% начинает проявляться его ликвация, снижается фактор формы графита, а при концентрации до 0,04 мас.% снижается твердость и износостойкость отливок, в отливках преобладает пластичный перлит с дисперсностью Пд 1,0-Пд 1,4 (по ГОСТ 3443-87), что снижает износостойкость и эксплуатационные свойства.

Введение нитридов хрома в количестве 0,03-0,31 мае. % измельчает структуру перлита, графитных включений, повышает твердость, износостойкость, герметичность и эксплуатационную долговечность. При концентрации их до 0,03 мас,% износостойкость, дисперсность структуры и эксплуатационная долговечность недостаточны, а при концентрации нитридов хрома более

0,31 мас.% увеличивается неоднородность структуры, снижается фактор формы графита, ударно-усталостная и эксплуатационные свойства.

Редкоземельные металлы в количестве

0,002-0,5 мас.% в предложенном чугуне, как и в известном, обеспечивает дегазацию расплава, сфероидизацию графита и повышает твердость, износостойкость и эксплуатаци0 онные свойства. При увеличении их концентрации более 0,05 мас,% снижается однородность структуры, стабильность предела выносливости, ударной вязкости, износостойкости и эксплуатационных свойств.

5 Дополнительное введение титана в количестве 0,003-0,16 мас.% измельчает структуру чугуна в отливках, повышает коррозионную стойкость, фактор формы графита и обеспечивает повышение износостойкости и экс0 плуатационной долговечности. При концентрации его до 0,003 мас.% дисперсность и стабильность структуры, износостойкости и твердости недостаточны, а при концентрации титана более 0,16 мас.% сни5 жаются технологические свойства и эксплуатационные свойства в условиях ударно-абразивного износа.

Введение кальция способствует очистке границ зерен и сфероидизации графита.

0 При концентрации кальция до 0,002 мас.% снижается дисперсность графита, механические и эксплуатационные свойства. При концентрации кальция более 0,028 мас.% снижается стабильность структуры и

5 свойств, уменьшаются характеристики износостойкости, усталостной долговечности и эксплуатационной стойкости.

Медь в количестве 0,81-2,88 мас.% как эффективная добавка упрочняет металличе0 скую основу и не снижает вязкость чугуна, снижает поро-хладноломкости и склонность чугуна к образованию трещин, повышает износостойкость и эксплуатационную долговечность. При концентрации меди менее

5 0,81 мас.% его влияние незначительно. Повышение ее концентрации более 2,88 мас.% увеличивает ликвацию, снижает фактор формы графита и однородность структуры, износостойкость и эксплуатационную дол0 говечность.

Содержание углерода и кремния в предложенном чугуне выбрано с учетом практики производства износостойких отливок с повышенными значениями твердости, кор5 розионной стойкости и эксплуатационной долговечности. При увеличении их концентрации выше верхних пределов стабильность структуры в ударной вязкости и характеристики износостойкости и упруго- пластических свойств снижаются, а при

уменьшении концентрации менее нижних пределов снижаются жидкотекучесть, выделяется эвтектический цементит и повышается отбел, что приводит к снижению трещи ностойкости, пластических свойств и эксплуатационной стойкости.

Алюминий оказывает раскисляющее, микролегирующее и стабилизирующее влияние, способствуя уменьшению содержания неметаллических включений и повышению твердости и износостойкости. При его концентрации до 0,05 мас.% раскисляющее, микролегирующее и стабилизирующее их его влияние недостаточно, а при концентрации алюминия более 0,75 мас.% снижается твердость отливок, относительная износостойкость и эксплуатационная стойкость.

Содержание марганца повышено до 9,1-11,5 мас.% и ограничено пределами концентраций, ниже которых не достигает- ся высокой сфероидизации перлита и существенного повышения износостойкости, а выше верхнего предела увеличиваются содержание цементита и отбел, повышается хрупкость, снижается стабильность структу- ры и пластические свойства, ударно-усталостной долговечности и эксплуатационной стойкости в условиях ударно-абразивного износа.

Опытные плавки высокопрочных чугу- нов проводят в дуговых печах. Перегрев расплава при плаве составляет 1490-1510°С. В качестве шихтовых материалов используют литейные чугуны, чугунный лом 17А, стальной лом 1А, ферромарганец ФМп75, фер- робор ФБ2(ГОСТ 14848-69) сплав ФСЗОРЗМЗО (ТУ 14-5-136-81), нитриды хрома (ТУ 6-09-0345-75), ферротитан ФТиЗО(ГОСТ 4761-80), силикокальций ФСК16А2, медь М, титаномедистые чугуны и ферросилиций. Рафинирование расплава производят кальцинированной содой (ГОСТ 5100-73). Микролегирование расплава ферробором и ферротитаном производят в электропечи в конце плавки, а модифици-

рование силикокальцием, сплавом ФСЗОРЗМ20 и нитридами хрома - в литейных ковшах.

Из модифицированных чугунов отливают износостойкие отливки, технологические пробы и образцы для механических испытаний.

Определение содержания компонентов в чугунах проведено методами дифференцированного химического анализа. Ударную вязкость определяют на образцах 10x10x55 мм с У-образным надрезом.

Механические испытания проводят стандартными методами, а анализ структуры чугунов по ГОСТ 3443-87. Эксплуатационную надежность определяют на испытательных стендах сухого трения, в паре с синтеграном.

Предложенный чугун обеспечивает более высокую износостойкость, твердость и эксплуатационную стойкость, чем базовый чугун.

Формула изобретения Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, алюминий, редкоземельные металлы и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости и эксплуатационной стойкости, он дополнительно содержит бор, титан, кальций и нитриды хрома при следующем соотношении компонентов, мае. %:

Углерод

Кремний

Марганец

Алюминий

Медь

Редкоземельные

металлы

Бор

Нитриды хрома

Титан

Кальций

Железо

2,6-3,6

1.6-2,3

9,1-11,5

0,05-0.75

0,81-2.88

0,002-0.05

0.04-0,12

0.03-0,31

0.003-0,16

0.002-0,028

Остальное

Высокопрочный чугун для работы в условиях теплосмен относится к области металлургии. Сущность изобретения: высокопрочный чугун дополнительно содержит сурьму, титан, церий, бор, азот и висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2,7-3,1; кремний 2.2-2,6; марганец 0,2-0,7; никель 0,4-0,8; медь 0,8-1,6. молибден 1,2-1,8, ванадий 0,2- 0,8; алюминий 0,02-0,07; магний 0,03- 0,07; олово 0,002-0,01; хром 0,02-0,06; бор 0,002-0,005, церий 0,02-0,06; кальций 0,002-0,015; сурьма 0,02-0,06: азот 0,04- 0,11; титан 0,02-0,07; висмут 0,002-0.004 и железо - остальное. Сопротивляемость тепловым ударам составляют 3870-4080 циклов. 2 табл.