Чугун

СООз СОВЕТСНИХСОЩИАЛИСТИ 1 ЕСНИХРЕСПУБЛИК А д 4 С 22 С ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ут по ытыми(21) 3748133/22-02(71) Научно-исследовательскийпроектно-конструкторский инстидобыче полезных ископаемых откспособом,804206332 повышения абразивной иэносостойкости при сохранении высокой твердости при повышенных температурах, он дополнительно содержит кобальт, алюминий, кальций и церий при следующем соотношении компонентов, масЛ:Углерод 2,6-3,2 Кремний 0,4-0,8 Марганец 0,3"0,6 Хром 12,2-22,0 Ванадий 2,6-3,5 Молибден 0,4-0,6Никель 0,3-0,4 Кобальт 1,8-2,0 Алюминий 0,05-0,14 Кальций 0,002-0,05 Церий 0,12-0,2Железо Остальное1 1Изобретение относится к металлургии, в частности к износостойким, сплавам, предназначенным для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного истирания, в том числе и при повышенных температурах.Цель изобретения - повьппение абразивной износостойкости и сохранение высокой твердости при повышенных температурах.Сплав выплавляют в индукционной печи емкостью 60 кг с основной футеровкой, в качестве шихты используют стальные отходы, ферросплавы, электрический никель. Температура жидкого металла в момент разливки составляет 1380-1410 С.. Химический состав исследованных сплавов приведен в табЛ. 1.В предлагаемом сплаве, по сравнению с иэвестнйм, повьппено содержание ванадия и уменьшена концентрация хрома, а также дополнительно введены кобальт, алюминий, кальций и церий.Повышенное содержание ванадия в указанных концентрационных пределах2,6-3,57 обеспечивает требуемую износостойкость сплава благодаря образованию дисперсных карбидов ванадия, обладающих высокой твердостью, При содержании ванадия менее 2,67 мала вероятность образования самостоятельных карбидов ванадия. Введение ванадия более 3,57 нежелательно, так как происходит резкое снижение содержания углерода в мартенситной матрице, что сопровождается понижением твердости и износостойкости сплава.Более низкое содержание хрома в предлагаемом сплаве (12,2-22%) при заданном содержании углерода, позволяет. исключить в структуре . грубые заэвтектические карбиды, которые уменьшают износостойкость сплава. Нижний предел хрома ( 12,2%) обеспечивает образование карбидов (Сг, Ге) С, которые обладают наиболее высокой микротвердостью 1 НЧ 1500-18001 из всех карбидов хрома. Введение С г более 22,0% влечет за собой охрупчивание сплава из-за большого количества карбидной фазы, что снижает механические свойства.Введение кобальта в укаэанном концентрационном диапазоне (1,8- 2,07) способствует измельчению .206332 1 дена и ванадия, определяющими высо 50 кую твердость и износостойкость,5 0 15 20 25 30 35 40 пластин первичных карбидов, задерживает рост зерна аустенита, кобальт полностью растворяется в твердом растворе, повышая теплостойкостьсплава, замедляет выделение вторичных карбидов и ведет к более тонкому распределению выделений, Содержание кобальта менее 1,87 не обеспечивает необходимой легированноститвердого раствора и требуемой теплостойкости. Увеличение содержания кобальта более 2,0% стабилизируетаустенит и уменьшает его микротвердость, что приводит к снижению износостойкости.Нижний предел по содержаниюалюминия (0,05%) определяется егоминимальным количеством, начинаяс которого алюминий измельчает зерно, рафинирует межфазные границы иувеличивает однородность сплава.Введение алюминия более 0,14% оказывает отрицательное воздействие насплав, так как сопровождается ростом зерна при нагреве под закалку,при этом увеличивается склонностьсплава к хрупким межкристаллическимразрушениям,Содержание церия (0,12-0,207)в указанных концентрационных пределах производит модифицирующеедействие, сопровождающееся иэмельчением структурных составляющих сплаваначиная с содержания 0,12%, Верхний предел ( 0,20% ) по содержаниюцерия является граничным значениемположительного воздействия этогоингредиента на структуру и свойствасплава, так как дальнейшее повьппениеего концентрации приводит к снижениюмеханических свойств сплава.Предлагаемый сплав предназначен для изготовления литых деталей и инструмента, подвергающихся абразивному износу,Для получения мелкозернистой мартенситно-аустенитной структуры с равномерно распределенными в ней дисперсными карбидами хрома, молиботливки подвергают закалке от 1000 о1050 С.Твердость чугуна после такой обработки достигает 66,67 НК.Износостойкость сплавов, термообработанных на максимальную и вторичную твердость, определяют при абразивном изнашивании в условиях ,испытаний по схеме Бриннелля-Хаворта,Таблица 1 аМю М ш 4 В щ ЩВ компонентов, мас.Ж, в составе и значения показателей Компонентыи показатели одержание 1 1 1 2 4 Известный 2,60 2,85 УглеродКремний 3,0 3,20с0,80 3,0 0,40 0,45 0,60 0,45 0,45 0,30 Марганец 0,55 060 0,60 12,20 220 14,20 ХромМолибден 18,0 26,0 0,40 0,42 0,50 0,60 0,60 Ванадий 2,60 2,95 3,10 3,50 0,60 3 12 т,е. при истирании абразивом, проходя щим между вращающимся диском с резиновым кольцом и испытуемым образцом пластина 70 х 20 х 8, прижатым к дискуВ качестве эталона используют Ст.З в нормализованном состоянии.Сохранение твердости при повышен,ных температурах эксплуатации оценивают, замеряя твердость после 50 ч: выдержки при 55 ОЫ 0 С.Результаты испытаний выплавленных сплавов на износостойкость приведены в табл.1.Сохранение высокой твердости и износостойкости при повышенных тем,пературах эксплуатации (до 540 ОС обеспечивается закалкой от высоких температур (1150-1170 С) и 2"З-крат. ным отпуском при 550-560 С. ПослеОтакой обработки сплав имеет твердость 64-66, Н 1 С.Сохранению высокой твердости и износостойкости способствует легирование сплава кобальтом, который в указанных концентрационных пределах повышает химическую активность углерода и молибдена в феррите, что проявляется в уменьшении их растворимости в феррите и увеличении количества дисперсных карбидов, выделяющихся при отпуске, вследствие чего повышается твердость и теплостойкость сплава. Кроме того, кобальт увеличивает стойкость упрочняющей . карбидной фазы против коагуляции при последующих нагревах сплава в процессе эксплуатации за счет усиления прочности межатомной свяэи в решетке матрицы сплава и в карбидной фазе. 06332 4Высокая износостойкость предлагаемого сплава достигается еще тем,1что при введении алюминия, церия,кальция и повышении содержания ванадня упрочняется матрица, измельчаются карбиды и увеличивается ихколичество, вследствие чего сплавпосле закалки на максимальную твер,дость ( от 1000-1050 1) имеет прочную1 О мартенситную матрицу с вкрапленнымив нее вторичными карбидами хрома,молибдена и ванадия и небольшое количество (1 ОХ) нестабильного остаточного аустенита.15 Твердость сплавов после закалкиот 1150-1160 С и 2-кратного часовоого отпуска при 550210 С , а такжеопосле нагрева при 540 С в течение20 ч приведена в табл.2,2 О Приведенные в табл.2 данные пока.зывают, что предлагаемые сплавы обладают высокой твердостью и иэносостойкостью при абразивном изнашивании, а также сохраняют высокую твер 25 дость в процессе эксплуатации приповышенных температурах.Введение в состав сплава дорогоестоящих ингредиентов, таких как кобальт и ванадий, не сказывается наповышении себестоимости инструмента,так как при их введении повышаютсяизносостойкость и долговечностьинструмента. Кроме того, изношенный инструмент можно переплавлять иизготовлять из него новый путем до-.легирования и заливки в формы,Предлагаемые сплавы могут битв:использованы в качестве, инструмента .для разрушения вгорных пород и измельчения абразивнюс материалов.461206332 Продолжение табл. Компонентыи показатели Содержание Известный 1 2 0,32 0,40 0,31 0,30 Никель Кобальт 1,8 1,85 0,002 0,01 2,0 0,03 0,05 Кальций 0,14 0,08 0,10 0,05 Алюминий 0,18 0,20 0,16 0,12 Церий Остальное Остальное Остальное Остальное Остальное Железо 62 66 67 Твердость, НС отпуска при550 Г, Н 8 С 61 64 64 Коэффициентиэносостойкости 10,20 10,25Ю 10,40 10,35 8,90 К образцов, обработанных на вторичную твердость 10,10 10,20 10,40 8,60 10,30 ФК - изностостойкость сплавов выражена коэффициентом,равным отношению потери веса эталона к потеревеса исследуемого образца при износе.Т а б л и ц а 2 Сплав Известный-Предлагаемый12 6061 64 64 61 65 60 ВНИИПИ Заказ 8654/27 Тираж Подписное филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная, 4 Вторичная твердость послезакалки от1150 С и 2-кратного часового компонентов, мас.Ж, в составе и значения показателей Твердость после Твердость послеотермообработки, нагрева при 540 СН 1 С 20 ч, Н 1 С