Износостойкий чугун

ТСКИХТИЧЕСКИХ ОЮЗ СОВЕ ОЦИАЛИС РЕСПУБ(191 И 1) 51)5 С 22 1 О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИ ЕЛЬСТВ лур сос ющи ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(71) Научно-производственное объе" динение по тракторостроению "НАТИ" (72) В.И.Канторович, В.А.Гольдштейн, В,Ф .Дурандин, Ю,Д.Егоров, Н.А,Миронов, А,Г,Галков, М.П,Шебатинов, А.Л.Овсянников, И.И.Цыпин, С.С.Дмитриченко, А.Д.Зуев, Ю,А,Журавлев и В.Д.Ков ригин(56) Авторское свицетельство СССР У 1036785, кл, С 22 С 37/06, 1983.Авторское свидетельство СССР У 981427, кл. С 22 С 37/06, 1982. (54) ИЗНОСОСТОЙКИИ ЧУГУН Изобретение относится к металгии, в частности к разработкетавов чугуна для отливок, работах в условиях износа и трения,Цель изобретения - повышение жидкотекучести, твердости, предела прочности при изгибе и износостойкости.Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предложенного состава обусловлен следующим образом.Содержание углерода (2,7 Х) и кремния (0,37) меньше нккнего предела снижает твердость и износостойкость. Содержание каждого из этих элементов больше верхнего предела (3,6 Х С и О 8 Я) резко сникает износостойкость из-за образования в структуре чугуна хрупких сложных эвтектических карбидов больших размеров.(57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано дляизготовления отливок, работающих вусловиях износа и трения. Цель изобретения - повышение жидкотекучести,твердости, предела прочности при изгибе и иэносостойкости. Чугун содержит, мас.7.; С 2,7-3,6; Б 0,3-0,8;Мп 0,4-.0,8; Сг 16-24;.Ы 0,2-0,6;Сц 0,2-0,6; Ч 0,1-0,3; РЗМ 0,01-0,10;А 1 Ов 05 Оэ 12 ф Р 0,01-0,2 р Б .0,0050,01; Уе остальное. Дополнительныйввод в состав чугуна А 1, И и Р позволяет повысить жидкотекучесть в1,03-1,26 раза, 6 - в 1,12-1,26 раза, НБС - в 1,09-1,16 раза, а такжеснизить износ в 4-9 раэ. 2 табл. Содержание марганца и меди в ука занных пределах обеспечивает достаточно высокую прокаливаемость и позволяет закаливать на воздухе с получением в структуре не более 5 Е оста- точного аустенита. При уменьшении содержания марганца и меди меньше нижнего предела (0,43 и 0,2 Х соответственно) не обеспечивает получение заданной твердости после термообработки. При увеличении содержа" ния марганца и меди вьппе верхнего предела (0,87. и 0,6 Х соответственно) количество остаточного аустенита возрастает, что приводит к уменьшению твердости, а следовательно, сни-, жению стойкости к абразивному воздействиюПри выбранном пределе углерода введение хрома 16,0-24,0 Х обеспечи-, вает образование тригональных кар1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 бидон типа М С с твердостью 1500021000 Н/мм в количестве до 40%.Содержание хрома меньше 16,0%приводит к образованию карбидов хрома типа М С 3 по количеству менее30% и увеличению в металлической основе остаточного аустенита, что снижает стойкость к абразивному износу.Увеличение содержания хрома вьппеверхнего предела (24,0%) приводит кобразованию (при данном содержанииуглерода 2,7-3,6%) карбидов хроматипа М С, микротвердость которыхниже микротвердости карбидов МСэ.Это приводит к увеличению не толькокарбидной Фазы, но и к увеличениюразмера карбидов и изменению их формы, что существенно сказьвается наснижении износостойкости чугуна.Присадка в чугун ванадия в указанном пределе (0,1-0,3%) способствует образованию мелкодисперсныхкарбидов типа ЧС и легированию карбидов хрома, уменьшая одновременноразмер зерна металлической основы.Содержание ванадия в чугуне меньшенижнего предела (0,1%) неэффективно,а при содержании больше верхнегопредела (.0,3%) приводит к увеличению размеров карбица ЧС, что такжеотрицательно сказьвается на износостойкости.При выборе химического составапредлагаемого чугуна экспериментально установлено, что соотношение суммы элементов (Сг + Ч) к сумме(С + И) находится в пределе 5,9-6,7,Сг+Чт.е. --= 5 9-6 7. Это соотношеС+ Бние обеспечивает износостойкостьпредложенному чугуну при абразивномизносе.Никель повышает трещиноустойчиность чугуна за счет содержания вструктуре остаточного аустенита.Содержание никеля в чугуне меньшенижнего предела (0,2), практическине оказывает влияния на сопротивление к трещинообразонанию, а содержание никеля вьппе верхнего предела(0,6%) приводит к увеличению количества остаточного аустенита, чтоснижает твердость, а следовательно,и износостойкость деталей,Присадка алюминия и азота приводит к улучшению качества расплаваи изменению процесса кристаллизации,за счет раскисления и образования дополнительных зародьппей, что обеспечивает образование мелкозернистой металлической основы,Введение алюминия и азота меньше нижнего предела (0,05% и 0,005%) не показьвает положительного эффекта, а вьппе верхнего предела (0,12% и 0,01%) приводит к выделению окислов алюминия и нитридов алюминия на границах зерен, что отрицательно сказывается на свойства чугуна.Наличие фосфора в составе предлагаемого износостойкого чугуна обеспечивает необходимую жидкотекучесть, чтобы получать отливки без дефектов, Содержание в чугуне фосфора меньше нижнего предела (О, 01 %) неэффективно, а вьппе верхнего предела (0,12%) хотя и приводит к повышению жидкотекучести, однако происходит охрупчинание получаемых деталей, что существенно сказывается на стойкости предлагаемого чугуна. Для рафинирования расплава от вредных примесей, а следовательно, очищения границ зерен от неметаллических включений в чугун введены редкоземельные металлы (РЗМ). Снижая концентрацию примесных элементов, они увеличивают жидкотекучесть, повышают плотность металла, уменьшают внутренние напряжения в литой структуре.Содержание РЗМ меньше нижнего предела (0,01%) недостаточно эффективно влияет на содержание примесных элементов. Присадка РЗМ больше верхнего предела (0,1 %) приводит к появлению в структуре, чугуна значительного количества интерметаллидов на основе РЗМ, отрицательно влияющих на прочностные свойства деталей.Выплавку высокохромистого чугуна проводят в индукционной печи ИСТ,16 с основной футеровкой. В расплав чугуна при 1480-1520 Свводят легирующие элементы: никель, медь, феррованадий, фосфор и алюминий, а азот в виде азотированного феррохрома.Перед заливкой н ковш вводят редкоземельные металлы. Жидкий чугун при 1430-1460 С заливают н облицованный кокиль, получая стандартные образцы для испытания, которые н дальнейшем подвергают термической обработке.Составы данного чугуна и прототи" па приведены в табл. 1, а результатыС Бд Мп Сг. М Сц Ч А 1 Р И РЗМ Ге Извес тный 2,6 1,О 0,4 16,0 0,2 0,2 0,1Предложенный 0;01 Остальное 2 э 7 Ов 5 Оэ 4 8 вО Оэ 2 Ов 4 Ов Ов 05 Ов 05 Ов 005 Зв 2 Ов 3 Оеб 1 бвО ОеЗ Оэб Оэ 2 Ов 08 Ов 01 Ов 007 36 08 07 210 04 03 03 010 009 0009 ЗеО Овб Оэ 8 24 вО Овб Оэ 2 Ов 2 Ов 1 2 Ов 2 . ОвОО О, 01 -0,05 -и 0 09 0,10 Т а б л и ц а 2 а также снизить износ в 4,06-9,06раза.Формула изобретенйя Свойства чугуна Жндкоте Прочность Твер- Износ, кучестьв на изгиб, достьэ г/м .чймм МПа НВС звестн 55 20,3гаемый 60 3,5 6 5 5 2 0 2,1 .5,0 40 ВанадийРедкозем Как следполните льныйАЗ.е БиРптекучесть в112-1,26 р ьты Оэ 01 - О,ет из табл. 1 и 2ввод в состав чугзволяет повысить1,03-1,26 раза,за, НВС в 1,09-1,ные элемАлюминийФосфорАзотЖелезо 0,05 - 0,1 О, 01 - О, ,005 - 0,0 Ос таль ное идко- в испытаний свойств по известным методикам в табл. 2.Испытания на износ ведут непосредственно на деталях на стенде СУв жидкой абразивной среде. Жндкотеку, честь определяют при 1400 С по длинеспирали трапециевидного сечения соснованиями 8,4 мм и 5 мм высотой8,2 мм.Химические составы сравниваемых 5чугунов и уровень их свойств приведены в табл.и 2.Таблица 1 Износостойкий чугун, содержащийуглерод, кремний, марганец, храме никель, медь, ванадий, редкоземель ные элементы и железо, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью повышения жидкотекучести, твердости,предела прочности при изгибе и износостойкости, он дополнительно содержит 40 алюминий, азот и фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.Е:Углерод 2,7 - 3,6Кремний 0,3 - 0,8Марганец 0,4 - 0,845 Хром 1 бв 0 - 24 в 0Ник ель 0,2- 0,6Медь 0,2- 0,60,1 - 0,3