Износостойкий чугун

ЕЛЬСТ он дополниминий, молисоотношенииУглеродКремнийМарганеХромНикельМедьВанадийИттрий раТитанАлюминийМолибден Бор зелезо се,УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт проблем литья АН Укинской ССР(56) 1. Авторское свидетельство Спо заявке й 3283175/22-02,кп., С 22 С 37/00 э 1981.(54) (57) ИЗНОСОСтойКИИ ЧУГУН, содержащий углерод; кремний, маргахром, никель, медь, ванадий, ит;трцерий и железо, о т л и ч а ю щс я тем, что, с целью повышенияносостойкости при абразивном изн тельно содержит титан,бден и бор при следующкомпонентов, мас.й:3,2"4,22,25-3,0ц 6,5-16,02,5-4,80,5-6,50,5-2)20,3-4,85О,005-О,О 50,02-0,050,15-0,65О, 15-0,80,4-1,800,005-0,08Остальное,2 З 5,40 45 50 55 Изобретение относится к чернойметаллургии, в частности к составамизносостойких чугунов.Известны износостойкие чугуны,содержащие углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, медь,титан, церий, магний, бор олово ижелезо.Наибалее близким по составу и достигаемым свойствам к предлагаемомуявляется чугун, содержащий, мас,Ф:Углерод . 1,8-3,2КремнийМарганец 0,4-0,9Хром 0,3" 1,0Никель 0,3-1,2Медь 0,01-3,0Ванадий 0,05-1,0Иттрий 0,05-0,15Церий 0,04-0,08Железо ОстальноеЧугун обладает высоким уровнем механических свойств 11 .Однако износостойкость данногочугуна низкав.Цель изобретения - повышение износостойкости чугуна,Поставленная цель достигается тем,что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь,ванадий, иттрий, церий и железФ, дополнительно содержит титан, алюминий,молибден и бор при следующем соотношении компонентов, мас.:Углерод 3,2-4,2Кремний 2,25-3,0Марганец 6,5-16,0Хром 2 5-48Никель О 5-6,5Медь 05-2,2Ванадий 0,3-4,85Иттрий 0,005-0,05Церий 0,02-0,05Титан 0,15-0,65Алюминий 0,15-0,8 .Молибден 0,4" 1,8Бор 0,005-0,08Железо Остальное Содержание компонентов в чугуне в указанных пределах обеспечивает высокий уровень механических свойств чугуна и износостойкость,При содержании углерода менее 3,24 структура чугуна становится белой, при содержании углерода, превышающем 4,23 в структуре появляется большое количество свободного гра 5 10 15 20 25 30 ц фита, что обуславливает снижение проч-,ности чугуна,При содержании кремния менее 2,254образуется большое количество карбидов, а повышение более 3,03 сопровождается образованием большого количе"ства графита, что уменьшает прочност"ные свойства чугуна.Марганец значительно понижает эв"тектоидное превращение железоуглеродистых сплавов и способствует аустенизации чугунов.При содержании марганца менее 6,54матрица имеет мартенситную структуру.При содержании в составе чугуна марганца более 167, образуется карбиднаяфаза в виде крупных включений.Присутствие. в составе чугуна хро"ма обеспечивает оптимальное количество карбидной фазы и повышение еемикротвердости,Никель способствует аустенизациичугуна и повышает прочность металлической матрицы, При увеличении содержания никеля более 603 влияние егона свойства чугуна не выявляются.Медь способствует аустенизации иповышает жидкотекучесть чугуна. Повышение содержания меди .больше 2,2 Фприводит к ее ликвидации по границампервичных зерен и уменьшению прочностных свойств чугуна,Ванадий в составе чугуна приводитк инверсии микроструктуры,Благоприятное влияние ванадия на микроструктуру и свойства износостойкого чугуна начинает проявляться при содержании ванадия больше 0,3, При увеличении содержания ванадия в чугуне в количествах больше 4,853 даль-. нейшего улучшения микроструктуры и повышения свойств чугуна не наблюда- . ется.Иттрий вводится в состав чугуна с целью измельчения карбидной фазы, повышения ее микротвердости, улучшения формы и уменьшения размеров графитовых включений. Влияние иттрия на структуру и свойства чугуна начинает проявляться при его содержании больше 0,0053. Оптимальное содержание иттрия находится в пределах 0,005-0,053. При его содержании. больше 0,053 наци нают образовываться крупные включе" ния карбидной фазы, что приводит кповышению хрупкости и. уменьшению износостойкости чугуна, Церий способствует измельчению первичных фаз структуры и получениюее Компоненты Содержание компонентов, мас,3, в составе вестпредлагаемом Улерд 3, 08 3,51 3,2 Ц,09 ц,2 3,8, 3,97 2)М 1 2,98 2,67 2 25 2,Ь 7 3,0 2,86 КремнийМарганец 0,82 6,5 7,81 8,9 М 12,37 1 Ь,53 16,0 3 .10135компактной или шаровидной формы графита. Его положительное действие наструктуру и свойства чугуна проявляются при содержании больше 0,023,При содержании церия более 0,054значительно увеличивается количество карбидной фазы; хрупкость чуГуна повышается,Титан в используемых количествахявляется модификатором, Его модифицируемое действие начинает проявлятьсяпри содержании 0,153. При содержаниититана большЬ 0,65 наблюдается ухудшение формы и увеличение размеровграфитовых включений, что приводит 15к снижению прочностных свойств чугуна.Введение в состав чугуна алюминия способствует стабилизации структуры и свойств чугуна, Содержанив в ичугуне более 0,153 алюминия приводитк улучшению формы графитовых включений и стабилизирует соотношение количества фаз микроструктуры. Увеличениесодержания алюминия в чугуне больше гз,6,8 приводит к ухудшению формы гра фита, проявлению пленок окиси алюминияи уменьшению прочностных и антифрикционных свойств чугуна.Введение в состав чугуна молибдена зообеспечивает повышение прочности металлической матрицы,и увеличение из йосостойкости чугуна. Благоприятноевлияние молибдена на микроструктуру:и свойства чугуна начинает проявлять 3ся при его содержании в чугуне боль:ше 04. При увеличении содержания: молибдена больше 1,83 его влияниена свойства чугуна не наблюдается,Бор способствует измельчению кар" 40бидной фазы и повышает ее микротвердость. Влияние бора на микротвердость, карбидной фазы проявляется при .егосодержании больше. 0,0053. При содержании бора более 0,083 дальнейшего по 1: 08 авышения микротвердости карбидной фазыне наблюдается.Плавку исследуемых чугунов проводят в индукционных печах ИСТе 0,16, Вкачестве шихтовых материалов исполь".зуют литейный и передельныйчугуны,гранулированный никель, катодную.медь,вторичный алюминий, ферросплавы, молибдена, хрома, титана, бора, вана"дия, церия и иттрия, Из исследуемыхчугунов отливают образцы для исследования микроструктуры и свойств чу-,гуна,Химический состав чугунов приведен в табл. 1.1 Исследование микроструктуры чугуновпоказало, что чугуны предлагаемогосостава по сравнению с известным имеют в 1,3-2,5 раза более мелкие включения карбидной фазы и в 1,2"1,1 раза больше мелкие включения графитапо форме близкие к шаровидным, Кромекарбидной фазы с микротвердостью1145-1260 Н в чугунах имеется сильноизмельченная фаза .с микротвердостью1865-1910 Н. Наличие этой фазы связано с образованием сложнолегированных карбидов,В табл, 2 представлены результатымеханических свойств чугунов. При испытаниях на износостойкость в качестве контртела используют закаленнуюсталь МОХ,Как видно из таблицы, предлагаемыйчугун при сохранении механическихсвойств на уровне известного обладаетсущественно более высокой износостой"кост ью,Экономический эффект от внедрения,предлагаемого чугуна за счет улучше"ния износостойкости чугуна составля"ет 2 М,7"26,1 на тонну готовой про"дукции., Продолжение табл. 1 Содержание компонентов, мас.Ф) в составе Компоненты известном предлагаемом 1 2 3 4 5 б0,67 3,74 0,78 0)95 Хром 65 567 05 4,36 2,91 Никель 0)84 1)82 1,28 0,93 0,65 0)5 2,20,73 0,51 О 3 О 96 2;39 3,57 4,85 Медь Ванадий Иттрий 0,07 0,05 0,043 0,035 0,028 0,005 01014 0,05 0,05 0,046 0,041 0,038 0,02 0,031 0,65 0,42 0,34 0,15 0,25 0,19 0)39 0,57 0,8 0)43 0,62 0,15 0,69 1,04 0,4 1,29 1,8 1,67 Молибден 0,009 0,018 0,005 0,036 0,.08 0,064 Бор ОстальтОс- ОстальтОстальтОстальт ОстальтОстальиное таль- ное ное ное ное ное Железо Таблица 2 Свойства Состав редлагаемый из вест 448 т 461 453 т 46 Предел прочности при изгибе, МПа 558 тббб 6729 674 т 683 680 т 687 686 т 692 691 тб 360 365 382 39043 0)23"0,27 - 0,17 тО)19 т т ит ттт и еи т тет т и и и е в и В в и е в е и аказ 2946/35 Тираж 625 Подписно ВНИ Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Церий .ТитанАлюминий Предел прочности при растяжении, МПа 2,5 3,91 ,21 4,48 .4,8 2 т 480 469 т 483 481 т 494 486 т 51 1