Сплав для износостойкой наплавки Советский патент 1993 года по МПК C22C38/08 

Изобретение относится к металлургии, в частности к электрошлаковой отливке или наплавке деталей, и заключается в разработке сплава, обеспечивающего высокие служебные свойства деталей, например зубьев ковшей экскаваторов, в условиях ударногабразивного изнашивания при положительных и отрицательных температурах.

Цель изобретения - повышение хладостойкости сплава.

Поставленная цель достигается тем, что в чугун, содержащий углерод, хром, марганец, кремний, никель и азот дополнительно введен ванадий при следующем соотношении компонентов, %:

Углерод3,2-4,4 Хром 22,0-28,0 . Марганец 1,5-2,0 Кремний 1,0-1.5 Ванадий 1,5-2,0 Азот 0,05-0,1

Никель0,2-0,6 Железо Остальное Детали, работающие в северных районах, имеют низкий срок службы, что объясняется охрупчиванием металла при отрицательных температурах, т.е. их недостаточной хладостойкостью. Охрупчивание железоуглеродистых сплавов при понижении температуры связано с фазовыми превращениями, при которых первичный и эвтектический аустенит превращается в мартенсит. Следовательно, для обеспечения высоких свойств сплавов при отрицательных температурах или хладостойкости необходимо, чтобы аустенитная структура составляющая этих сплавов обладала повышенной устойчивостью против распада с образованием мартенсита. Это может быть достигнуто за счет рационального легирования сплава.

Марганец является довольно сильным аустенитообразующим элементом. При

Чвдяиэ

Ы

держании менее 1,5% Мп не наблюдается заметного изменения структуры и свойств сплавов. Фактически это то количество Мп, которое вводится с помощью шихтовых материалов. В количестве от 1,5 до 2% мзрга- нец стабилизирует у -фазу, повышая хладостойкость сплава. При концентрации свыше 2% Мп происходит ухудшение свойств сплавов как при положительных, так и при отрицательных температурах, что связано с формированием грубой крупнокристаллической структуры под влиянием марганца,

Более сильным аустенитообразующим элементом является Ni.

Содержание менее 0,2% Ni малоэффективно, а более 0.6% Ml приводит к заметному удорожанию сплава, Концентрация NI, равная 0,2-0,6 в сочетании с 1,5-2,0% Мп, является наиболее рациональной, повышающей устойчивость у -фазы. Отсутствие мартенсита в основе сплава благоприятно влияет на его прочность. Аустенит, легированный Ni, надежно закрепляет карбидную фазу, предохраняя ее от выкрашивания, что приводит к повышению износостойкости сплава. Отсутствие превращения аустени- та в мартенсит при охлаждении сплава ниже 0° С способствует сохранению высокой прочности и износостойкости при отрицательных температурах.

Азот, входящий в состав предложенного сплава, не только образует нитриды и карбонитриды, ной повышает устойчивость аустенита против распада, т.е. так же, как и Мп и №, способствует сохранению высоких свойств сплавов при снижении температуры ниже 0° С. При содержании менее 0,05% азот почти полностью расходуется на обра- зование упрочняющих фаз. В интервале концентрации 0,05-0,1% азот распределяется между карбонитридами и твердым раствором, повышая устойчивость последнего. При содержании более 0,1% N образуется большое количество карбонитридЬв, выкрашиваясь б процессе изнашивания, не спо- собствуют повышению износостойкости и прочности сплава при положительных и отрицательных температурах.

Ванадий является сильным карбидо- и нитридообразующим элементом. Образуя сошестйо с углеродом и с азотом упрочняющие фазы, ванадий повышает износостойкость сплавов. Карбиды и карбонитриды, выделяясь из жидкого раствора -и являясь центрами кристаллизации, способствуют измШИбнию структуры, что в свою очередь гтоло житёльно сказывается на прочность

сплава. Количество упрочняющих фаз зависит от содержания V; Содержание менее 1,5% V малоэффективно из-за недостаточного количества упрочняющих фаз. Введение свыше 2% V нецелесообразно из-за образования большого количества химических соединений ванадия, которые могут привести к повышению твердости и охруп- чиванию сплава, а также к значительному повышению его стоимости.

В отличие от титана, ванадий не только образует упрочняющие фазы, но и легирует основу сплава, повышая ее устойчивость против распада при отрицательных температурах, т.е. повышая хладостойкость сплава. При введении более 2% ванадия образующееся большре количество химических соединений ванадия обедняет эвтектический аустенит, снижает его устойчивость при понижении температуры ниже 0° С. При содержании менее 1,5% ванадия образующееся количество упрочняющих фаз являет- ся недостаточным для обеспечения хорошего сопротивления образивному воздействию.

Углерод и хром являются основными элементами, формирующими структуру сплава. От содержания этих элементов зависит количество и тип выделяемых карби-. дов. При содержании 3,2-4.5% С и 22-28% Сг образуются в основном тригональные карбиды МтСз и. в небольшом количестве карбиды МзС. При содержании менее 3,2% С4 менее 22% Сг увеличивается количество карбидов цементитногр типа, что приводит к снижению сопротивления абразивному воздействию. При содержании более 4,5 % С и 28% Сг образуется большое количество тригональннх карбидов хрома. Это сопровождается обедне, нием основы сплава углеродом и хромом и снижением ее устойчивости, особенно при отрицательных температурах, т.е. для такого сплава характерна низкая хладостойкость и низкая прочность,. .

.;.-. .- . ъ

Пример, Сплавы предложенного и изЁестного состава выплавляли в индукционной печи с емкостью тигля 50 кг. При этом получали пластинчатые электроды размером 15x90x400 м,м- Пластинчатые электроды подвергали электрошлаковому переплаву в медном водоохлзждаемом кристаллизаторе размером 60x40x100 мм.,.

Из слитков вырезали образцы для определения износостойкости и прочности при изгибе при положительных и при отрицательных температурах.

В табл,1 приведен химический состав исследуемых сплавов, в табл.2 - механические свойства,

Из табл.2 видно, что сплав предложенного состава имеет более высокую износостойкость во всем интервале концентраций элементов, что объясняется наличием в его структуре мелкодисперсных карбонитридов ванадия, прочно закрепляемых в аустенит- ной матрице, не претерпевающей фазовых превращений при охлаждении сплава. Мелкодисперсная структура наряду со стабильной аустенитной структурой, позволяет повысить и прочность предложенного сплава как при положительных, так и при отрицательных температурах или его хладо- стой кость.

0

Формула изобретения

Сплав для износостойкой наплавки, содержащий углерод, хром, марганец, кремний, никель, азот и железо, отличающий- с я тем, что, с целью повышения хладостой- кости, он дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод3,2-4,5 Хром 22-28 Марганец . 1,5-2,0 Кремний 1,0-1,5 Никель 0,2-0,6 Азот 0,05-0,10 Ванадий 1,5-2,0 Железо Остальное.

Изобретение относится к металлургии, в частности к электрошлаковой отливке или наплавке деталей. Сущность изобретения: для повышения прочности, износостойкости и хладостойкости сплав для износостойкой наплавки, содержащий углерод, хром, марганец, кремний, никель, азот дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас%: углерод 3,2-4,5; хром 22-28; марганец 1,5-2,0; кремний 1,0-1,5; азот 0,05-0,01; ванадий 1,5-2,0; никель 0,2-0,6; железо остальное. 2 табл.

Химический состав исследуемых сплавов после электрошлакового переплава

Таблица2

Механические свойства сплавов после электрошлакового переплава

Таблица 1

Табл.2 (продолжение)