Износостойкий чугун

(5 ц 5 С 22 С 37/06 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 6 Од (Я 6 д ,СО ( ) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Минский городской центр научно-технического творчества молодежи им. П.М.Машерова и Лебедянский машиностроительный завод им. 60-летия. СССР(56) Авторское свидетельство СССР М 729273, кл. С 22 С 37/10, 1978.Авторское свидетельство СССР М 1125279, кл. С 22 С 37/10, 1973. Изобретение относится к металлургии, в частности к чугунам, работающим в условиях абразивного изнашивания, и можетбыть использовано для деталей дробеметного оборудования, в частности лопаток. Известен износостойкий чугун, содержащий, мас.%: Углерод 1,8-2,2 Кремний 3,5-6,0 Марганец 0,2-0,8 Хром 16-21 Бор (или титан) 0,1 - 0,3 Молибден 0,5-1,5 Железо Остальное Однако чугун известного состава ввидувысокого содержания кремния имеет низкую прочность, пластичность и недостаточную эксплуатационную стойкость, Поэтомудробеметные лопатки, изготовленные из такого чугуна в процессе эксплуатации подвоздействием дроби разрушаются уже впервые часы работы, Наиболее близким к изобретению потехнической сущности и достигаемому ре.22 1735386 А 1(57) Изобретение относится к металлургии, в частности к чугунам, работающим в условиях абразивного изнашивания, и может быть использовано для деталей дробеметного оборудования, в частности лопаток. Цель изобретения - повышение ударной вязкости, твердости и эксплуатационной стойкости. Предлагаемый чугун содержит, мас.%: углерод 2.5 - .3,5, кремний 0,0015- 0,15; марганец 0,0015 - 0,05; хром 16-22; вольфрам 0,2 - 1,0: кобальт 0,3 - 2,0; алюминий 0,05 - 0,15; барий 0,02 - 0,08; железо - остальное. 1 табл. зультату является износостойкий чугун следующего состава, мас,%;Углерод 2,8 - 3,2Кремний 0,8-1,0Марганец 0,5-0,8Хром 17,0 - 23,0Алюминий 0,1 - 0,3Олово 0,05 - 0,2Железо ОстальноеДанный чугун отливают только в кокиль для получения мелкозернистой структуры отливок при ускоренном охлаждении и в сочетании с последующей нормализацией при 900 - 930 С и отпуском при 250 - 280 С повышается его ударная вязкость, износостойкость и эксплуатационная стойкость. Однако используемые унифицированные лопатки при разработке технологии получения их в кокиль подвергаются существенным конструктивным изменениям из-за увеличения литейных уклонов, радиусов, так как тонкостенные отливки унифицированных лопаток при литье в кокиль подвержены короблению и трещинообразованию, требуется увеличение толщины рабочей плоскости, а следовательно, и массы отливок, чтоведет к увеличению нагрузки на подшипники и вал колеса турбины и тем самым уменьшается срок их службы. Кроме того, 5получение отливок лопаток в кокиль требуетиспользования дорогостоящей, имеющейнизкую стойкость оснастки, усложненнойтехнологии получения отливок и выделениядополнительных площадей под специализированные участки, что не всегда приемлемо в условиях действующего производства,Целью изобретения является повышение ударной вязкости, твердости и эксплуатационной стойкости. 15Предлагаемый чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром и алюминий,дополнительно содержит вольфрам, кобальт и барий при следующем соотношениикомпонентов, мас. ф : 20Углерод 2,5-3,5Кремний 0,0015 - О,15Марганец 0,0015-0,05Хром 16-22Вольфрам 02 - 10 25Кобальт 0,3-2,0Алюминий 0,05 - 0,15Барий 0,02 - 0,08Железо ОстальноеВ качестве примеси предлагаемый чугун может содержать ванадий, титан, никель, фосфор и серу.В предлагаемом чугуне пределы по содержанию углерода и хрома выбирают израсчета обеспечения высоких твердости, 35ударной вязкости и износостойкости как влитом, так и в термообработанном состоянии,При содержании 2,5 - 3,5 мас,фуглерода и 16 - 22 мас.хрома и отношении Сг/С 404,7 - 8,4 обеспечивается получение в литом,состоянии аустенитной структуры с равномерно распределенными в ней эвтектическими компактными хромистымикарбидами типа (Сг, Ре)зС и (Сг, Ее)7 Сз, количество которых 28 - 33 от общего объемаметалла, максимальная износостойкость ипрочность чугуна. После термической обработки структура сплава состоит из легированного мартенсита, компактных 50эвтектических и мелкодисперсных вторичных карбидов типа (Сг, Ее)7 Сз, обладающихвысокой твердостью и прочно удерживающихся в мартенситной матрице, имеющейвысокую износостойкость. 55Выплавку чугуна производят в индукционной печи ИСТс кислой футеровкой. Вкачестве шихтовых материалов (в расчетена 100 кг) используют углеродистый полупродукт, получаемый после деванадации ванадиевого чугуна в конвертерах и содержащий, мас. : углерод не менее 3,4; кремний, марганец, хром, ванадий по 0,02 - 0,1; титан не более 0,03; фосфор и сера не более 0,06, Стружку и отходы от производства деталей из сплава стеллит, содержащего, мас, : кобальт 47-53; хром 27 - 33; вольфрам 13 - 17; хром металлический, ферросиликобарий, алюминий,На дно тигля индукционной печи загружают расчетное количество стружки и отходов сплава стеллит, хром, чушки полупродукта углеродистого, производят плавку и перегрев чугуна до 1520-1580 С, В жидкий чугун вводят 0,2 - 0,3 мас,ферросиликобария, а непосредственно перед разливкой в ковш - 0,05 - 0,15 мас.алюминия. Температура заливки чугуна в формы 1400 - 1450 С.Проводят 11 плавок предлагаемого и три плавки известного чугунов с различным содержанием химических элементов.Известный чугун можно использовать только при отливке в кокиль.В таблице даны сравнительные данные по твердости, ударной вязкости и эксплуатационной стойкости известного и предлагаемого составов чугуна, отливки из которых получают в равных условиях охлаждения, т.е, при заливке в песчаные формы и прошедшие термическую обработку по одинаковому режиму - нормализацией на воздухе с температуры 900-950 С и последующим отпуском при 250 - 280 С.Как видно из таблицы, при отливке в одинаковых условиях охлаждения в песчаных формах и термообработке по единому режиму, эксплуатационная стойкость лопаток из предлагаемого состава чугуна в среднем в 1,7 раза превышает стойкость лопаток из известного состава чугуна. При этом ударная вязкость и твердость предлагаемого чугуна в среднем в 2,2 раза и на 4 ед, Н ВС выше соответствующих показателей известного чугуна,Эксплуатационная стойкость лопаток, полученных из предлагаемого чугуна в песчаные формы, сопоставима и близка с эксплуатационной стойкостью лопаток из известного чугуна, полученных отливкой в кокиль, равняются соответственно в среднем 216 и 230 ч,При заливке предлагаемого чугуна в кокиль показатели эксплуатационной стойкости лопаток на 15-20 фвыше эксплуатационной стойкости лопаток из известного чугуна, также отлитого в кокиль. Это свидетельствует о возможностях ис- пользования предлагаемого чугуна для раз1735386 дости и эксплуатационной стойкости, он дополнительно содержит вольфрам, кобальт и барий при следующем соотношении компонентов, мас. 07 Ь:5 Углерод 2,5-3,5Кремний 0,0015-0,15Марганец 0,0015-0,05Хром 16-22Алюминий 0,05 - 0,1510 Вольфрам 0,2-1,0Кобальт 0,3 - 2,0Барий 0,02 - 0,08Железо Остальное 15 Твердость НкС всостоянии Плавка ЭксплуатачиМимический состав чугуна нас.ь Уларлаявязкость,йк омалстойпитом (е термообпесчаную работанОорму) нем кость,застная123Предлагаемая45 0,09 о,3 0,14 28 3,0 3,2 0,80,90,95 0,8 1 д 07 20 О,5 гз 58-60 58-62 60-62 4 д50-54 52-56 90-110105- 12010-130 Остальное0,17 0,21 0,19 О, 150,10,04 0,0015 16 0,0015 18 0,0 20 0,05 21 0,02 19 0,02 19 0,02 8 0,05. 20 0,05 22 150-18 С 17 С2,5 2,7 ,о 2,9 3,0 32 3,3 3,4 35 О,ОС 50,0050,0010,10,10,010,10,150,19 0,20 0,05 0,05 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,О 1,С 1,5 0,9 1,0 0,7 1,8 0,6 0,9 1,0 2,0 1,О 0,02 0,06 7 8 9 10 11 2 0,24 0,30 0,27 0,25 0,24 о,зз 0,33 0,26 О, 19 0,10 190-240 200-270 200-260 200-250 190-240 200-270 210-270 216,1 120-200 50-о 0 0,08008 О,С 6 0,04 0,06 0,08 0,080,1 0,1 0,1 0,05 0,1 С,5 О, 1513 14 1,5 2,4 0,20 0,05 0,2 0,03 0,00150,001 3,9 23 0,0015 25 0,001 120,1 35 40 45 50 Составитель С.ДеркачеваТехред М,Моргентал Корректор О Кравцова Редактор Н.Гунько Заказ 1794 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 личных методов литья и расширения областей его применения.Таким образом, использование предлагаемого чугуна позволяет получить по сравнению с известным более высокие показатели ударной вязкости, твердости и эксплуатационной стойкости лопаток, полученных как в песчаные формы, так и в кокиль.Формула изобретения Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, алюминий и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения ударной вязкости, твер 54-56 54-58 56-58 56-58 56-58 56-58 54-58 53-56 53-56 56,3 56-58 42-46 58-6 О 58-62 62-64 64-67 64-67 64-67 63-66 6-68 64-68 6 З,8 58-62 54-56