Износостойкий чугун

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 8 А 1 176 3)5 С 22 С 37/ НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТОРСКО ВИДЕТЕЛЬСТ таллургии. Сущность изобретения; высоко- прочный чугун дополнительно содержит сурьму, титан, церий, бор, азот и висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%; углерод 2,7 - 3,1; кремний 2,2-2,6; марганец 0,2-0,7; никель 0,4-0,8; медь 0,8-1,6. молибден 1,2-1,8, ванадий 0,2- 0,8; алюминий 0,02-0,07; магний 0,03- 0,07; олово 0,002-0,01; хром 0,02-0,06; бор 0,002-0,005, церий 0,02-0,06; кальций 0,002-0,015; сурьма 0,02-0,06; азот 0,04- 0,11; титан 0,02-0,07; висмут 0,002-0,004 и железо - остальное, Сопротивляемость тепловым ударам составляют 3870-4080 циклов, 2 табл. железо остальное.Наиболее близким к предложенному является чугун, содержащий, мас,%:углерод " 2 8-3 6 кремний 1,5-2,3марганец 8,0-10 алюминий 0,4-0,8 медь 0,8-2,5хром 0,08 - 0,5 РЗМ 0,01-0,1железо остальное.. Скорость коррозий известного чугуна в оборотной воде при рН=7,5 - 8,2 составляет 0,040-0,048 г/м ч. Коэффициент относительной износостойкости при испытании в смеси кварцита и обратной воды - 1,54- 1,80, Эксплуатационная стойкость - до 1000 ч,Недос известного чугуна - низкая износ кость в гидроабразивной среде. таток остой Цель изобрстойкости и эк 25 - 1,2 СУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМИ ГКНТ СССР(71) Гомельский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 416406, кл. С 22 С 37/00, 1974.Патент ПНР 102522, кл, С 22 С 37/06,1979.Авторское свидетельство СССРЬЬ 1216239; кл. С 22 С 3710, 1986,(57) Высокопрочный чугун для работы в ус;ловиях теплосмен относится к области меИзобретение относится. к области меллургии, в частности к износостойким чунам, работающим в условиях ррозионно-механического изнашивания.Известен иэносостойкий чугун, содерщий, мас.%:углерод 2 - 2,5кремний 2,5 - 3,5 марганец 8,0-10 железо остальное.Известный чугун обладает недостаточй коррозионно-эрозионной стойкостью.Известен также износостойкий чугун едующего химического состава, мас.%:углерод 2,51-3,801,35 - 2,49 0,40 - 1,28 0,35 - 1,95 0,11-1,49 кремниимарганецхроммедьметаллы из группы, содержащей кальций, титан, бор. алюминий сурьму, теллур в сумм ния - повышение износоатационной стойкости.5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 Поставленная цель достигается тем, чточугун дополнительно содержит бор, титан,нитриды хрома и кальций при следующемсоотношении компонентов, мас.%:углерод 2,6-3,6кремний 1,6 - 2,3марганец 9,1 - 11,5алюминий 0,05 - 0,75медь 0,81-2,88редкоземельныеметаллы 0,002-0,05бор 0,04 - 0,12нитриды хрома 0,03 - 0,31титан 0,003 - 0,16кальций 0,002 - 0,028железо . остальное.Существенными отличиями предложенного технического решения являются"введение микролегирующих добавок; бора0,04-0,12 мас,%, нитридов хрома 0,03 - 0,31и титана 0,003-0,16 мас.% и дополнительное модифицирование кальцием, что существенно повышает износостойкость иэксплуатационную стойкость при сохранении технологических свойств, немагнитности и коррозионной стойкости.Проведенный анализ предложенноготехнического решения показал, что на данный момент неизвестны технические решения, в которых были бы отраженыуказанные отличия, Кроме того-, указанныепризнаки являются необходимыми и достаточными для достижения положительногоэффекта, Это позволяет сделать вывод отом, что данные отличия являются существенными,Бор при содержании 0,05-0,3 мас.%стабилизирует перлит, увеличивает его сфероидизацию, повышает твердость и износо.стойкость, их стабильность в процессеэксплуатации и эксплуатационную стойкость литых деталей, При увеличении концентрации бора более 0 12 мас.% начинаетпроявляться его ликвация, снижается фактор формы графита, а при концентрации до0,04 мас.% снижается твердость и износостойкость отливок, о отливках преобладаетпластичный перлит с дисперсностью Пд1,0 - Пд 1,4 г,по ГОСТ 3443 - 87), что снижает: . износостойкость и эксплуатационные свойства.Введение нитридов хрома в количестве0,03 - 0,31 мас.% измельчает структуру перлита, грэфитных включений, повышает твердость, износостойкость, герметичность иэксплуатационную долговечность, Приконцентрации их до О,ОЗ мас,% износостой" кость, дисперсность структуры и эксплуатационная долговечность недостаточггы, апри концентрации нитридов хрома более 0,31 мас.% увеличивается неоднородность структуры, снижается фактор формы графита, ударно-усталостная и эксплуатационные свойства.Редкоземельные металлы в количестве 0,002 - 0,5 мас,% в предложенном чугуне, как и о известном, обеспечивает дегазацию расплава, сфероидизацию графита и повышает твердость, износостойкость и эксплуатационные свойства. При увеличении их концентрации более 0,05 мас,% снижается однородность структуры, стабильность предела выносливости, ударной вязкости, износостойкости и эксплуатационных свойств, Дополнительное введение титана в количестве 0,003-0,16 мас,% измельчает структуру чугуна в отливках, повышает коррозионную стойкость, фактор формы графита и обеспечивает повышение износостойкости и эксплуатационной долговечности. При концентрации его до 0,003 мас,% дисперсность и стабильность структуры, износостойкости и твердости недостаточны, э при концентрации титана более 0,16 мас.% снижаются технологические свойства и эксплуэтационные свойства в условияхударно-абразивного износа; Введение кальция способствует очистке границ зерен и сфероидиэации графита. При концентрации кальция до 0,002 мас,% снижается дисперсность графита, механические и эксплуатационные свойства. При концентрации кальция более 0,028 мас,% снижается стабильность структуры и свойсто, уменьшаются характеристики износостойкости, усталостной долговечности и эксплуатационной стойкости.Медь в количестве 0,81-2,88 мас.% как эффективная добавка упрочняет металлическую основу и не снижает вязкость чугуна,снижает поре-хладноломкости и склонность чугуна к образованию трещин, повышает износостойкость и эксплуатационную долговечность. При концентрации меди менее 0,81 мас.% его влияние незначительно. Повышение ее концентрации более 2,88 мас.% увеличивает ликвацию, снижает фактор формы графита и однородность структуры, износостойкость и эксплуатационную долговечность.Содержание углерода и кремния в предложенном чугуне выбрано с учетом практики производства износостойких отливок с повышенными значениями твердости, коррозионной стойкости и эксплуатационной долговечности. При увеличении их концентрации вьгше верхних пределов стабильность структуры в ударной вязкости и характеристики износостойкости и упруго- пластических свойств снижаются, а при1765238 Составитель М, КарпенкоТехред М.Моргентал Корректор О, Кравцова Редактор Заказ 3356 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 уменьшении концентрации менее нижних пределов снижаются жидкотекучесть, выделяется эвтектический цементит и повышается отбел, что приводит к снижению трещиностойкости, пластических свойств и эксплуатационной стойкости,Алюминий оказывает раскисляющее, микролегирующее и стабилизирующее влияние, способствуя уменьшению содержания неметаллических включений и повышению твердости и износостойкости. При его концентрации до 0,05 мас,0 раскисляющее, микролегирующее и стабилизирующее их его влияние недостаточно, а при концентрации алюминия более 0,75 мас. снижается твердость отливок, относительная износостойкость и эксплуатационная стойкость,Содержание марганца повышено до 9,1-11,5 мас,% и ограничено пределами концентраций, ниже которых не достигается высокой сфероидизации перлита и существенного повышения износостойкости, а выше верхнего предела увеличиваются содержание цементита и отбел, повышается хрупкость, снижается стабильность структуры и пластические свойства, ударно-усталостной долговечности и эксплуатационной стойкости в условиях ударно-абразивного износа.Опытные плавки высокопрочных чугунов проводят в дуговых печах. Перегрев расплава при плаве составляет 1490 - 1510 С, В качестве шихтовых материалов используют литейные чугуны, чугунный лом 17 А, стальной лом 1 А, ферромарганец ФМп 75, ферробор Ф Б 2(ГОСТ 14848-69) сплав ФСЗОРЗМЗО (ТУ 14-5 - 136 - 81), нитриды хрома (ТУ 6-09-0345-75), ферротитан ФТиЗО(ГОСТ 4761 - 80). силикокальций ФСК 15 А 2, медь М, титаномедистые чугуны и ферросилиций. Рафинирование расплава производят кальцинированной содой (ГОСТ 5100-73). Микролегирование расплава ферробором и ферротитаном производят в электропечи в конце плавки, а модифицирование силикокальцием, сплавомФСЗОРЗМ 20 и нитридами хрома - в литейных ковшах.Из модифицированных чугунов отлива 5 ют иэносостойкие отливки, технологическиепробы и образцы для механических испытаний,Определение содержания компонентовв чугунах проведено методами дифференци 10 рованного химического анализа, Ударнуювязкость определяют на образцах 10 х 10 х 55мм с У-образным надрезом.Механические испытания проводятстандартными методами, а анализ структу 15 ры чугунов по ГОСТ 3443-87, Эксплуатационную надежность определяют наиспытательных стендах сухого трения. в паре с синтеграном,Предложенный чугун обеспечивает бо 20 лее высокую износостойкость, твердость иэксплуатационную стойкость, чем базовыйчугун. Формула изобретения 25 Иэносостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, алюминий, редкоземельные металлы и железо; о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения износостойкости и эксплуатационной стой кости, он дополнительно содержит бор, титан, кальций и нитриды хрома при следующем соотношении компонентов, мас. :Углерод 2,6-3,6 35 Кремний . 1,6-2,3Марганец 9,1-11,5 Алюминий 0,05-0,75 Медь 0,81-2,88 Редкоземельные40 металлы 0,002-0,05Бор 0,04-0,12 Нитриды хрома . 0,03-0,31 Титан0,003-0,16 Кальций 0,002-0,028 45 Железо Остальное