Износостойкий чугун Советский патент 1978 года по МПК C22C37/10 

1

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам, содержащим железо, углерод и хром в качестве основы, используемых для изготовления износостойких деталей, например быстроизнашивающихся сменных деталей металлургического и горнорудного оборудования.

Известен износостойкий чугун, содержащий компоненты в следующем соотношении ,вес.%:

Углерод

2,2 - 3,4

Хром 9,0 -10,8

Кремний 1,2 - 2,2

Марганец 0,4 - 3,8 Остальное ij

Железо

Сплав этот представляет собой белый доэвтектический чугун, эвтектичес кой структурной составляющей в котором является эвтектика на базе гексагонального карбида хрома -( )-,Са а продуктами распада аустенита - мартенсито - трооститная смесь, и имеет следующие механические характеристиквз в литом состоянии

Предел прочности

на разрыв, 6, кг/мак- 40-45

Предел прочности на

на изгиб,cSrt кг/мм 65

Твердость, KB С6;j-64

2

Потеря веса при испытании на износостойкость при нагрузке 50, 7Ь, 100 и 125 кг составляет 0,0122) 0,0205 0,0291; 0,0388 г (соответственно).Не6 достатком сплава является его низкая ударная вязкость (0,23-0,35 кгм/мм). Это не позволяет применять сплав при производстве деталей, работающих в условиях износа при повышенных удельO ных давлениях или ударных нагрузках. Цель изобретения - создание износостойкого- сплава, обладающего повышенной ударной вязкостью и упрочняющегося под действием ударных нагрузок. Это достигается тем, что предлагаемый износостойкий чугун дополнительно содержит церий и ванадий при следующем соотнсниении компонентов, вес„% S

Углерод2,5

.3,2

9,0 -10,8

Хром Кремний 1,2 - 2,4 Марганец 11,0 -15,0 0,001 - 0,2 Церий

Ванадий0,15- 0,3

ЖелезоОстальное

Содержание серы и фосфора не более О., вес.% каждого.

При максимальной концентрации углерода образуется чисто эвтектичесR;JH структура чугуна с наибольшим ко личеством высокотвердых эвтектических карбидов (Cr,re)Cj, что обес течивает самую высокую износостойкость чугуна, ч Минимальная же концентрация углерода приводит к увеличению в структу чугуна количества высокопластичной аустенитной фазы, что при некотором падении износостойкости чугуна обес-печивает его наибольшую- ударную вязкость. Концентрация хрома обусловлена тем, что при наличии остальных компонентов сплава, она обеспечивает образование в структуре чугуна высокотвердых эвтектических карбидов хро ма (CfPe )Cj I ответственных за износостойкие свойства сплава. Дополни тельное легирование кремнием в указанном диапазоне концентраций способ ствует образованию гексагонального карбида хрома. При этом максимальная концентрация кремния обеспечивает об разование названного карбида при мак симальном содержании углерода и минимальном хрома. Минимальная концентра ция кремния обеспечивает образование гексагонального карбида хрома при минимальной концентрации углерода в сплаве и максимальной - хрома. Дополнительное легирование марганцем в указанных пределах способствует стабилизации высс копластичного аустенита. Это обеспечивает повышенную ударную вязкость сплава, а также позволяет сплаву упрочняться в процессе его эксплуатации в условиях повышенных удельных давлений (или в условиях ударных нагрузок) из-за способности легированного аустенита наклепываться Церий и ванадий в указа11ном к.онцентрационном диапазоне способс.твуют измельчению зерна сплава в литом состоянии, увеличивая тем самым его ударную вязкость. Приме р,Чугун выплавляют в открытой индукционной печи в основном тигле.Разливают сухие песчано-глинистые формы диаметром 80 и высотой 250M Содержание компонентов в чугуне следующее, вес.%: Углерод 3,22 Хром10,78 Марганец 14,81 Кремний 2,38 Церий0,008 Ванадий 0,17 Сера0,04 Фосфор0,06 Железо Остальное, Полученный сплав имеет следующие технологические и механические харак теристики: Жидкость по спирали Кери,мм при температуре Заливки lJ20-i480 C610-980 Линейная усадка,% 1,80 Предел прочности при„ разрыве (0g), кг/мм 24-27 Предел прочности при изгибе ( о) ,кг/глл 54-55 Ударная вязкость ( а j ) ,кгм/см 0,37-0,43 Твердость в литом состоянии (HRC) 29 - 31 Твердость в наклепанном состоянии () 40 - 42. Второй состав чугуна отличается лее низким содержанием углерода и еет структуру белого дозвтектичесго чугуна, обладающего в сравнении чисто эвтектическим чугуном меньм содержанием высокотвердых карбив {Сг, Ре)7Сз , ответственных за носостойкость. в связи с этим данный сплав испывался в качестве износостойкого мариала. Содержание компонентов в нем ставляет, вес,%: Углерод2,79 Хром9,50 Марганец12,5 Кремний1,30 Церий0,012 Ванадий0,2 Сера0,05 Фосфор0,06 ЖелезоОстальное Сплав имеет следующие технологикие и механические х;арактеристики Жидкотекучесть по спирали Кери,мм при температуре заливки 1320-1480°С 440-520 Линейная усадка,% 1,95 Предел прочности приразрыве (eg), кг/мм 27-30 Поедел прочности при изгибе ( бц) / кг/мм 44-48 Ударная вязкость (a,.)i кгм/см20,67-0,8 Твердость в литом состоянии ()25-28 Твёрдость в наклепанном состоянии (НТгс) 36-38 Износостойкость предлагаемого чуа указанного состава оценивалась облицовочных плитах пресс- форм для изводства огнеупоров,работающих на ос при повышенных удельных давлех. Сплав выплавляют в открытой индукнной печи в основном тигле. Заливплит производили в кокиль. при сроке службы плит текущего проодства из цементированной и заканой стали 20Х, рав,н6м j.70 час, cpoi жбы плит из предлагаемого чугуна занного оостава составляет 600 час, о же время плиты из известного изостойкого сплава (прототипа) исдиь не удалось вследствие их высокой

хрупкости и растрескивания в процессе установки в пресс.

Предлагаемый чугун обладает достаточной износостойкостью, а его ударная вязкость выше, чем-у известного сплава. Кроме того, твердость чугуна под воздействием ударных нагрузок в ХО/1ОДНОМ состоянии увеличивается . Повьжиенная ударная вязкость износостойкого чугуна позволяет увеличить срок службы быстроизнашивающихся деталей, работающих при повышенных удельных давлениях или в условиях ударных нагрузок.

Технология выплавки сплава не меняется в сравнении с используемой для известного сплава.

Формула изобретения

Износостойкий чугун, содержащий углерод, хром, кремний, марганец, железо, отличающийся тем, что, с целью повыш эния ударной вязкости и увеличения твердости под действием ударных нагрузок в холодном состоянии, он дополнительно содержит церий и ванадий при следующем соотношении компонентов, вес,%;

2,5 - 3,2 9,0 -10,8 1,2 - 2,4

11,0 -15,0 0,001 - 0,2 0,15- 0,3 Остальное.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;

1.Авторское свидетельство СССР 20 347362, кл, С 22 С 37/06,1970,