Износостойкий чугун Советский патент 1993 года по МПК C22C37/10 

Изобретение относится к металлургии, в частности к из,ысканию серных износостойких чугунов, применяемых для изготовления профильных заготовок с однород- ной структурой методами непрерывного литья.

Цель изобретения - повышение износостойкости и эксплуатационных свойств.

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

Углерод3,6-4,0 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 Бор 0,05-0,25

Кальций

Никель

Редкоземельные

металлы

Ниобий

Магний

Железо

. 0,03-0,07 0,07-0,25

0,02-0.08 0,02-0,35 0,03-0,07 Остальное

ч1

1

Введение в известный чугун бора в пределах 0,05-0,25 мас.% обеспечивает повышение дисперсной структуры, степени перлитизации металлической основы отливок, улучшение однородности структуры, ударостойкости, теплостойкости и твердости, что приводит к повышению стабильности механических свойств. Содержание бора выше верхнего предела нецелесообразно, так как в этом случае; в связи с малой их растворимостью увеличивается их ликвация в аустенит коагуляции, что снижает однородность структуры и динамическую прочность чугуна. Введение в чугун бора в количестве ниже нижнего предела не обеспечивает получение желаемых преимуществ по однородности структуОО

о

со

4

о

ры, износостойкости, телостойкости и служебных свойств.

Введение в чугун ниобия обусловлено тем, что он упрочняет матрицу и измельчают литое зерно в центральной зоне слитка, из- мельчает 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 количестве 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, снижается удароустойчивость, однородность структу- ры и свойств.

Магний в износостойкий чугун в количестве 0,03-0,07 мас.% введен как эффективный модифицирующий компонент, обеспечивающий повышение однородности структуры, сфероидизацию графита, тепло- прочность, мйкротвердость термическую стойкость. При содержании магния менее 0,03 мас.% не обеспечивается существенное повышение микротвердости и ее стабильно- сти по сечению непрерывнолитых слитков, заметное повышение технических свойств и стойкости чугуна. Увеличение концентрации магния более 0,27 мае. % 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 повыше- ние.стабильности микротвердости и термической стойкости. При содержании никеля ниже 0,07 мас.% стабильности структуры, микротвердости и термической стойкости не достигается, а при увеличении его содер- жания более 0,25 мас.% снижается удароустойчивость и микротвердость.

Введение в состав чугуна бора, ниобия, никеля и азота в заданных пределах обеспечивает получение в отливках более однород- ной структуры, стабильной микротвердости, комплекс новых свойств, сочетающих в себе высокие значения эксплуатационных свойств, динамической прочности, износостойкости и термической стойкости.

Чугун выплавляют в индукционных печах. Для микролегирования чугуна использовали ферросплавы. Модифицирование чугуна РЗМ, магнием,ферробором и алюминием производится в литейных ковшах при выпуске чугуна из печи.

Химический состав исследованных чугу- нов приведет в табл.1; механические свойства и термическая стойкость - в табл.2.

Угар РМЗ составляет 26-32%, карбидов бора 14-18%. Усвоение ниобия, присажива- .емого в печь, составляет 76-80%, никеля 89-93%, магния из лигатуры 47-51 %.

Температура металла перед выпуском из электропечи для модифицирования в ковш емкостью 2 тонны составляла 1480- 1500°С, а температура чугунов при заливке расплава в кристаллизатор установки для непрерывного литья- 1410-1430°С. На установках УНГЛ-2 вытягивают круглые заготовки диаметром 30 и 120 мм. Механические свойства и термостойкость чугунов определяется на образцах, вырезанных из профилей диаметром 30 мм. Микротвердость металлической основы определяют на микротвердомере ПМТ-3 на образцах, вырезанных из заготовок диаметром 30 и 120мм.

Содержание основных компонентов (углерод 3,6-4,0 мае, %, кремний 1,2-2,6 мас.% и марганец 0,3-0,8 мас.%) определены из практики производства износостойких и термостойких чугунов с повышенной микротвердостью матрицы и со стабильной структурой. При концентрации углерода до 3,6 мас.%, кремния до 1,2 мас,% и марганца более 0,8 мас.% увеличивается количество цементита в структуре, снижает ее стабильность и термическая стойкость. При содержании углерода более 4,0 мас.%, кремния более 2,6 мас.%, и марганца менее 0,3 мас.% увеличивается ликвации, загрязненность чугуна неметаллическими включениями, снижается стабильность структуры, микротвердость по сечению заготовок, служебные свойства.

Содержание микролегирующих добавок (хром 0,02-0,07 мас.% титан 0,15-0,5 , медь 0,35-0,85, ванадий 0,05-0,15, РЭМ 0,02-0,08, алюминий 0,05-0,25 мас.%) определены экспериментально и ограничены пределами, обеспечивающими однородную структуру и оптимальные прочностные и пластические свойства, стабильную микротвердость и повышение теплостойкости и износостойкости. При более низком их содержании прочностные и фрикционные свойства недостаточны, а при увеличении их концентрации выше верхних пределов снижается удароустойчивость, динамическая стойкость в стабильность структуры, что приводит к снижению микротвердости и других свойств и их стабильности. Верхние пределы концентрации отбеливающих элементов (хрома, ванадия, РЭМ) снижены, а графитизирующих - повышены.

Магний и кальций введены как эффективные модификаторы, очищающие границы зерен от неметаллических включений и повышающий стабильность структуры и микротвердости, оказывает сфероидизиру- ющее влияние.

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

Как видно из таблицы 2, предложенный износостойкий чугун обладает однородными и стабильными значениями микротвердости и износостойкости, чем базовый износостойкий чугун,

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

Технологические свойства определяют на стандартных технологических пробах. Эррозийную стойкость определяют на струеударной испытательной установке с использованием в качестве эталона стали 45 л после закалки ее с 840°С в воду и отпуска при200°С.

0

Формула изобретения Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, титан, алюминий, редкоземельные металлы, кальций, медь и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения термостойкости, технологических и эксплуатационных свойств, он дополнительно содержит бор, ниобий, никель и магний при следующем соотношении компонентов, мас.%;

15

20

25

Изобретение предназначено для получения профильных заготовок с однородной структурой. Износостойкий чугун содержит, мас.%: углерод 3,6-4,0; кремний 1,2-2,6: марганец 0,3-0,8: хром 0,02-0,07; титан 0,15-0,5: ванадий 0,05-0.15; никель 0,07- 0,25; алюминий 0,05-0,25, медь 0,35-0,85: бор 0,05-0,25; кальций 0,03-0,07; редкоземельные металлы 0,02-0,08, ниобий 0,02- 0,35; магний 0,03-0,07; железо - остальное. Чугун обладает повышенной термостойкостью, высокими технологическими и эксплуатационными свойствами. 2 табл.

Таблица 1

Таблица 2