Износостойкий чугун Советский патент 1993 года по МПК C22C37/10 

Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию серых износостой- ких чугунов, применяемых для изготовления профильных заготовок с однородной структурой методами непрерывного литья.

Цель изобретения - повышение износостойкости и эксплуатационных свойств.

Износостойкий чугун, по данному изобретению, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, ванадий, алюминий, редкоземельные металлы, медь и железо; дополнительно содержит карбиды бора, ниобий, никель и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 3,6-4.0 Кремний 1,2-2,6 Марганец 0,3-0,8 Хром 0,2-0,7 Титан 0,15-0,5 Ванадий 0,05-0,15 Алюминий 0,05-0.25 Медь 0,35-0,85

Карбиды бора

Кальций

Никель

Редкоземельные

металлы

Ниобий

Азот

Железо

0,05-0,25 0.03-0,07 0,07-0,25

0,02-0,08 0,02-0.35 0,13-0,27 Остальное Введение в известный чугун бора в пределах 0,05-0,25 мас.% обеспечивает повышение дисперсности структуры, степени лерлитизации металлической основы отливок, увеличение однородности структура ударостойкости износостойкости и твердости, что приводит к повышению стабильности механических свойств. Содержание карбидов бора выше верхнего предела нецелесообразно, так как в этом случае, в связи с малой их растворимостью увеличи- вается-их ликвация в аустенит и коагуляция, что снижает однородность структуры и динамическую, прочность чугуна. Введение в

ел

с

00

о

Ј

О

о

чугун карбидов бора в количестве ниже нижнего предела не обеспечивает получение желаемых преимуществ по однородности структуры, износостойкости, теплостойкости и служебных свойств,

Введение в чугун ниобия обусловлено тем, что он упрочняет матрицу и измельчает литое зерно в центральной зоне слитков, измельчает графит, изменяя его форму, структуру металлической основы в отливках, повышает теплостойкость, стабильность микротвердости, динамической прочности и других физико-механических свойств.

Введение в чугун ниобия в количествах менее 0,02 мас.% существенного влияния на повышение стабильности микротвердости, теплостойкости и физико-механических свойств не оказывает, а содержание ниобия выше 0,35 мас.% нецелесообразно, так как в этом случае значительно возрастает длительность плавки чугуна и усложняется технология внепечной обработки, снижаются удароустойчивость, однородность структуры и свойств.

Азот в износостойкий чугун в количестве 0,13-0,27% введен как эффективный легирующий компонент, который связывает титан, редкоземельные мэталлы алюминий,.ванадий и другие элементы в чугуне в дисперсные нитриды и карбонитриды, обеспечивающие повышение однородности структуры, микротвердости, теплопроч- нрсти и термической стойкости. При содержании азота менее 0,13 мас,% не обеспечивается существенное повышение микротвердости и ее стабильности по сечению непрерывнолитых слитков, заметное повышение термической стойкости чугуна, Увеличение концентрации азота более 0,27 мас.% снижает однородность структуры, ударную вязкость, стабильность механических свойств,

Никель в заданных пределах от 0,07 до 0,25 мас.% способствует повышению пластических свойств, измельчению и стабилизации структуры, что обеспечивает повышение стабильности миЈротвердости и термической стойкости. При содержании никеля ниже 0,07 мас.% стабильности и структуры, микротвердости и термической стойкости не достигается, а при увеличении его содержания более 0,25 мас.% снижаются удароустойчивость и микротвердость.

Введение карбидов бора, ниобия, никеля и азота в заданных соотношениях обеспечивает получение в отливках более однородной структуры, стабильной микротвердости, комплекс новых свойств, сочетающих в себе значения эксплуатационных

свойств, динамической прочности, износо- стойкости и термической стойкости.

Чугун выплавляют в индукционных печах. Для микролегирования использовали

ферросплавы. Модифицирование чугуна РЗМ, карбидами бора и алюминием производят в литейных ковшах при выпуске чугуна из печи после продувки азотом.

Химический состав исследованных чу0 гунов приведен в таблице 1, а механические свойства и термическая стойкость в табл.2.

Угар РЗМ составляет 26-32%, карбидов бора 14-18%. Усвоение ниобия, прйсажен5 ного в печь, составило 76-80, никеля 89- 93%.

Температура металла перед выпуском из электропечи для модифицирования в ковш емкостью 2 т составляла 1480-1500°С,

0 а температура чугуна при заливке расплава в кристаллизатор установки для непрерывного литья - 1410-1430°С.

На установках УНГЛ-2 вытягивают круглые заготовки диаметрами 30 и 120 мм.

5Механические свойства и термостойкость чугунов определяли на образцах, вырезанных из профилей диаметром 30 мм. Микротвердость металлической основы определяют на микротвердомере ПМТ-3 на

0 образцах, вырезанных из заготовок диаметрами 30 и-120 мм,

Содержание основных компонентов (углерод 3,6-4,0 мас.%, кремний 1,2-2,6 мас.% и марганец 0,3-0,8 мас.%) определены из

5 практики производства износостойких и термостойких чугунов с повышенной микро- твердостью матрицы и со стабильной структурой. При концентрации углерода до 3,6 мас.%, кремния до 1,2 мас.% и марганца

0 более 0,8 мас.% увеличивается количество цементита в структуре, снижаются ее стабильность и термическая стойкость. При содержании углерода более 4,0 мас.% кремния более 2,6 мас.% и марганца менее

5 0,3 мас.% увеличивается ликвация, загрязненность чугуна неметаллическими включениями и снижаются стабильность структуры и микротвердости по сечению заготовок, служебные свойства.

0 Содержание микролегирующих добавок (хром 0,02-0,07 мас.%, титан 0,15-0,5; медь 0,35-0,85; ванадий 0.05:0,15; РЗМ 0,02-0,08; алюминий 0,05-0.25 мас.%) определены экспериментально и ограничены

5 пределами, обеспечивающими однородную структуру и оптимальные прочностные и пластические свойства, стабильную микротвердость и повышенную износостойкость и теплостойкость. При низком их содержании прочностные и фрикционные

свойства недостаточны, а при увеличении их концентрации выше верхних пределов снижается удароустойчивость, динамическая стойкость и стабильность структуры, что приводит к снижению микротвердости и других свойств и их стабильности. Верхние пределы концентрации отбеливающих элементов (хрома, ванадия, РЗМ) снижены, а графитизирующих - повышены.

Кальций введен как эффективный модификатор, очищающий границы зерен от неметаллических включений и повышающий стабильность структуры и микротвердости.

Верхний предел концентрации кальция ограничен его растворимостью в перлите, а при концентрации его 0,03 мас.% модифицирующий эффект недостаточен.

Как видно из данных табл.2, предложенный износостойкий чугун обладает более однородным и стабильными значениями микротвердости и износостойкости, чем базовый чугун.

Термическую стойкость определяют в условиях термоциклирования. в интервале температур 20-900°С.

Технологические свойства определяют на стандартных технологических пробах. Эрозионную стойкость определяют на стру- еударной испытательной установке с использованием в качестве эталона стали 45Л после закалки ее с 840°С в воду и отпуска при200°С.

Исследование прочностных свойств определяют на цилиндрических образцах диаметром 10 мм.

Формула из обретения Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, титан, алюминий, редкоземельные металлы, кальций, медь и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения прочност ударной вязкости и эксплуатационных свойств, он дополнительно содержит карбиды бора, ниобий, никель и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

0

5

0

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Титан

Ванадий

Никель

Алюминий

Медь

Карбиды бора

Кальций

Редкоземельные

металлы

Ниобий

Азот

Железо

3,6-4,0

1.2-2,6

0,3-0,8

0,02-0,07

0,15-0,5

0,05-0,15

0,07-0.25

0,05-0,25

0,35-0,85

0,05-0,25

0.03-0,07

0,02-0,08 0,02-0,35 0.13-0,27 остальное

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для изготовления термостойких и фрикционных изделий. Износостойкий чугун дополнительно содержит карбиды бора, ниобий, азот и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3,6-4,0; кремний 1,2-2,6; марганец 0,3-0,8; никель 0,07- 0,25; хром 0,02-0,07; титан 0,15-0,5; ванадий 0,05-0,15; алюминий 0,05-0,25, медь 0,35-0,85; кальций 0,03-0,07; РЗМ 0,02-0,08; карбиды бора 0,05-0,25; ниобий 0,02-0,35; азот 0,13-0,27 и железо - остальное. Чугун обладает высокой износостойкостью, прочностью, ударной вязкостью, его термостойкость составляет 1821-1936 циклов. 2 табл.

Таблица 1

Таблица 2