Эвтектический сплав Советский патент 1993 года по МПК C22C38/32 

Изс бретение относится к черной металлургии,

в частности к способам создания

учения

углерод-, борсодержасщих и других сплавов на оснс ве железа, используемых для полизносостойких покрытий и легированных сплавов.

Цель изобретения - повышение износостойкости, твердости и исключения трещи- нообрагованияв покрытиях.

Эвтектический сплав по данному изобретению содержит компоненты в следующем соотношении, мае. %:

Углерод0,2-0.5 Бор . 1,2-2,8 Марганец 2,0-12,0

Кремний1,2-3,5 Хром 4.5-12,0 Железо Остальное В качестве примесей сплав может содержать серу и фосфор в количестве :Ј0,03% каждого, при этом соотношение Fe : Мп составляет 1 ; (0,02-0,17).

Используют порошковые смеси системы Fe - Мп - С - В - SI - Сг, в которой существуют три эвтектики: Fe - В - С, Fe - Сг - С и Fe - Мп - С. что существенно расширяет область формирования сплавов со структурой эвтектики и возможность их легирования.

ч| О

Сл

О О

о

Для исключения трещинообразовайия в покрытиях, получаемых на деталях диаметром свыше 50.мм 100 мм, содержание глерода в сплаве уменьшают до 0,2-0,5 ас.% марганца до 2-12 мас.%, а бора до 1,2-2 мас.%. В системе Fe- Mn-С область втектики определяется только содержаним углерода С (0,4 мас.%). Содержание марганца не; ограничено в эвтектическом плаве, поскольку он с железом образует непрерывный ряд твердых растворов. Обасть эвтектики в системе Fe - В - С ограничена содержанием углерода (0,2-0,5 мас.%) и бора (1,2-2,8 мас.%). В системе Fe

- Сг- С эвтектика образуется при содержании Сг 8 мас.% и углерода 0,5 мас.%. Образование эвтектики системы Fe - Сг -.С позволяет получить в структуре сплава карбид . Хром также легирует у- Fe, повышая его твердость. Всо это и обеспечивает Достижение поставленной цели. Отсюда очевидны преимущества системы Fe - - В - Si - Сг. Нагрев шихтового материала проводят до температуры плавления легкоплавких металлических компонентов шихты. При этом в состав шихты включают элементы (Мп, С, В, Сг), образующие с железом эвтектику при температуре, меньшей температуры получения сплава, В качестве легкоплавких шихтовых материалов используют чугун передельный, марганец металлический, в качестве источника атомов бора - ферробор, атомов хрома

- kpoM металлический. При наличии в шихте компонентов, кроме легкоплавких, температура плавления которых выше температуры получения сплава, в частности хрома, кремния, происходит частичное расплавление шихты. В этом случае образовавшийся расплав как бы обволакивает нерасплавив- ;шиеся частицы шихты (хрома, кремния), зна- чительнр интенсифицируя их диффузионное перераспределение по объему жидкой фазы. В способе изготовления сплава по данному изобретению нет необходимости в отдельном (обязательном) при- готовлении эвтектического сплава, а Условия его получения заложены в состав компонентов порошковой шихты и режимы последующей обработки металлических изделий наплавкой различными способами, в частности плазменной и газопламенной наплавкой и напылением, электродуговой наплавкой, металлизацией, в т.ч. с использованием порошковой проволоки, электроискрового легирования, лазерной и электронно-лучевой обработкой, наплавкой при печном нагреве и нагреве ТВЧ, центробежной биметаллизацией с нагревом ТВЧ,

намораживанием и импульсным упрочнением, электроультразвуковой обработкой и др. способами. Состав шихтовых материалов может быть различным в зависимости от

того, какими элементами необходимо легировать базовый Fe - Мп - С - В - SI сплав, чтобы получать сплавы заданного состава и как следствие с определенными физико-механическими и эксплуатационными свойст0 вами.

Получение сплавов системы Fe - Мп - С В - Sl.Cr эвтектического типа исходя из систем Fe - Мп - С, Fe - Сг - С и Fe - В - С определяется содержанием железа и мар5 ганца в сплаве, соотношение которых должно составлять Fe : Мп 1 : (0,02 ... 0,17) при содержании углерода и бора 0,2-0,5 и 1,2- 2,8 мас.% соответственно.. Получение сплавов с эвтектической

0 структурой обусловлено тем, что она позво- ляёт получать композиционные, дисперси- онно-упрочненные сплаёй с оптимальным сочетанием твердости и пластичности, обусловленные наличием матричной более пла5 стичной нормирующих высокопрочных фаз, соотношение которых можно целенаправленно изменить. Указанные свойства и возможность легирования эвтектического сп лава металлическими элементами перио0 дической системы позволяют создавать .сплавы с необходимыми свойствами или комплексом свойств.

Предлагаемый способ может быть реализован следующим образом (см,табл. 1).

5 п р им е р 1, Шихту, содержащую 32,1 мае,% чугуна передельного, 17,7 мае,% марганца металлического, 14,3 мас.% ферробо- . ра, 18,5 мас.% железа, 4,6. мас.% ферросилиция и 12,8 мас.% хрома металли0 ческогб, помещают в тигель и подвергают нагреву в индукционной печи до расплавления чугуна и марганца (1250°С), выдерживают 3 мин, затем распыляют. Состав полученного сплава содержит, мас.%: 0,5 С;

5 2,8 В; 12 Мп; 2,5 Si; 12 Сг; 0,03 S; 0,03 Р; 69,54 Fe. Полученный порошковый сплав наносят методом плазменной наплавки в защитной атмосфере на детали диаметром 50 мм и более. Сила тока 140-160 А. скорость на0 плавки-.75 м/ч, подача п.лазмотрона 3 мм/об, плазмообразующийся и защитный газ - аргон. Затем упрочненную деталь охлаждают на воздухе. Упрочненный слой наносили и др. вышеперечисленными

5 способами. Fe - Мп 1 : ОЙ7 (см. табл. 2),

Пример 2. Шихту, содержащую 21,5 мас.% чугуна передельного, 11,8 мас.% марганца металлического, 11,9 мас.% ферробо- ра, 6,4 мас.% ферросилиция, 8,7 мас.% хрома, 39,7 мас.% железа, помещают в тигель и подвергают нагреву в индукционной печи до расплавления чугуна, ферромарганца и марганца (1250°С), выдерживаютЗ мин, затем распыляют, Состав полученного сплава сэдержит, мас.%: 0,5 С; 2,5 В; 8 Мп; 3,5

Si; 8

Сг, 0,03 S; 0,03 Р; 77,34 Fe. Полученный порошковый сплав наносят методом

плазменной наплавки в защитной

атмосфере на детали диаметром 55 мм и более. Сила тока 140-160 А, скорость на- плазки 75 м/ч, подача плазмотрона 3 мм/об, плазмообразующий и защитный газ - аргон. Затем упрочненную деталь охлаждают на воздухе. Упрочненный слой наносили ч др. вышеперечисленными способами. Fe : Мп 1 : 0,1 (см. табл. 2).

Пример 3. Шихту, содержащую 7,2 мае % чугуна передельного, 2,9 мас.% марганца металлического, 5,6 мас.% ферробо- ра, 77 мас.% железа, 2,2 мас.% ферросилиция и 5 мас.% хрома, помещают в ти ель и подвергают нагреву в индукционной печи до расплавления чугуна и марганца (1250°С), выдерживают 3 мин, распыляют. Состав полученного сплава со- дер кит, мас.%: 0,2 С; 1,2 В; 2 Мп; 1,2 Si; 4,5

Сг;

ный

пяа

140

0,03 S; 0.03 Р; 90,84 Fe. Полученпорошковый сплав наносят методом

менной наплавки в защитной атмосфе

ре I- а детали диам. 50 мм и более. Сила тока

160 А, скорость наплавки 75 м/ч, подача г лазмотрона 3 мм/об, плазмообразуюЩИ1

и защитный газ - аргон.

на

др. Мп

Затем упрочненную деталь охлаждают I оздухе. Упрочненный слой наносили и вышеперечисленными способами. Fe : 1 : 0,02 (см. табл. 2).

При необходимости получения электродов для ЭИО расплав разливают в специальные формы, а при получении порошковых матэриалов распыляют. В случае создания поюытия наносят на поверхность детали наппавкой, напылением, электроискровым легированием, намораживанием и др. способам. Возможность уменьшения концентрации углерода в сплаве до 0,2-0,5 .и марганца до 2 ... 12 мас.% позволяет ис- полэзовать его при плазменной наплавке в зашитной атмосфере аргона деталей диа- метэом более 50 мм без образования трещин. Увеличение содержания углерода вызывает появление трещин в наплавленного слое.

С целью изучения возможности расширения номенклатуры легирующих элементов для создания сплавов эвтектического

типа с регулируемыми морфологией и функциональными свойствами в указанный состав шихты системы Fe - Мп - С - В - SI - Сг, в частности по примеру 2 (возможно 1 и

3), вводили последовательно, или в определенном соотношении (сочетании), V, Си, NI, Tl, Al, Sb, W и др. металлические элементы периодической системы в широком интервале концентраций. В результате реализации указанных в примере режимов были получены эвтектические сплавы типа перлит (аустенит) - карбид с определенной структурой, а соответственно целенаправленной регулируемыми физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

Получение эвтектического сплава типа перлит-карбид системы Fe - Мп - С - В - SI и возможность его легирования в частности и другими металлическими элементами периодической системы позволяет уменьшить содержание бора в сплаве до 1,2-2,8 мас.% при сохранении или увеличении физико-механических и эксплуатационных свойств эвтектических сплавов,

Структура получаемых сплавов системы Fe-Mn -C- B-Si- Cr состоит из эвтектики типа перлит (или аустенит) - карбид

(Fe, Мп)2з(С,В)б и y-Fe + РезС + , СпСз

Износные испытаний проводили по схеме вал-вкладыш. На вал наносили методом плазменной наплавки в защитной атмосфере эвтектический слой толщиной не менее

5 0,5 мм, а вкладыш использовали из закаленной и низкоотпущенной стали 45. Микроструктура стали 45 после закалки и низкого отпуска состояла из мартенсита отпуска твердостью 48-52 HRC. Испытания прово0 дили в индустриальном масле МИ-20 с добавлением 0,1 мас.% абразива. В качестве абразива использовали кварцевый песок зернистостью до 100 мкм, Режимы испытаний: удельная нагрузка 7 МПа, скорость

5 скольжения 0,4 м/с, путь трения 1440 м. Относительная ошибка при определении износа образцов гравиметрическим способом не превышала 12%. Как видно из ре- зультато в испытаний (см. табл.), износостойкость эвтектических сплавов системы Fe - Мп - С - В - S.I - Сг при изнашивании со сталью 45 выше в 2,5-43,7 раза в сравнении с износостойкостью сплава, пог

5 ученного по известному, а также выше 2-21 раза, чем флюсующихся сплавов ПГ-СРЗ, ПГ-СР4 и ПГ-10Н-01 (фирма Кастолин, Швейцария). Твердость предлагаемых сплавов превышает таковую для известных (см. табл. 2).

Формула изобретения Эвтектический сплав преимущественно для покрытий, содержащий углерод, бор, марганец, кремний, хром и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости, твердости, и исключения трещинообразования в покрытиях, он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Углерод0,2-0,5 Бор 1.2-2,8 Марганец 2,0-12,0 Кремний 1,2-3,5 Хром 4,5-12,0 Железо Остальное

при этом соотношение Fe : Mn составляет

1 : (0.02-0,07).

Из эбретение относится.к металлургии, в часть ости к способам создания углерод-, боросо держащих и других сплавов на основе желоза, используемых для получения износостойких покрытий и легированных сплаво з. Цель изобретения -повышениеизносостойкости и твердости сплавов и исключение трёщинообразования в покрытиях. Сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: С 0.2-0,5; В 1.2-2.8; Мп 2-12; S11,2-3,5; Сг 4,5-12; Fe остальное, при этом соотношение Fe : Мп составляет 1 ; (0,02-0,17). Сплав получают путем нагрева шихтового материала до температуры плавления 1250°С легкоплавких металлических компонентов шихты чугуна и марганцёсЬ- держащего вещества. При этом в состав шихты дополнительно вводят хром, образующий твердые растворы с железом, и кар- бидообразующий элемент, выдержива Ют при 1250°С 3 мин и распыляют. В качестве железосодержащего, марганцесодержаще- го, кремнийсодержащего вещества используют чугун, марганец мёталлйчёбкййГ ферросилиций, хром металлический. В качестве борсодержащего вещества используют ферробор. 2 табл. ел С

Состав шихты для получения эвтектического сплава

Состав эвтектического сплава и его свойства

Таблица 1

Таблица 2