Состав для поверхностного легирования отливок

)5 В 22 С 3/0 И ЕТЕН к литейному хнологии полеской структуповышение лла отливок вение стойкозии и к термотав содержит - 0,08; иттрий никель 19-28, тан 2 - 4; калия остальное, 2 льный инстисонов, П.А.Гав ТНО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАН Е ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СОСТАВ ДЛЯ ПОВЕРХГИРОВАНИЯ ОТЛИВОК Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при производстве слитков с биметаллической структурой.Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости металла отливок в расплавленном стекле, повышение стойкости к межкристаллитной коррозии и к термоциклическим нагрузкам.Состав для поверхностного легирования отливок содержит хром, бор, никель, железо и дополнительно иттрий, бериллий, алюминий, ферротитан, калия фтортанталлат при следующем соотношении компонентов,мас,0 ь:Хром 62 - 71 Бор 0,05 - 0,08 Иттрий 0,09-2,1 Бериллий 0,07 - 1,9Никель 19 - 28Алюминий 0,04 - 0,09 Ферротитан 2 - 4 Фтортанталат калия 0,5 - 1,8 Железо Остальное 1696095 А 1(57) Изобретение относится производству, в частности к те учения слитков с биметаллич рой. Цель изобретения корроэионной стойкости мета расплавленном стекле, повьш сти к межкристаллитной корро циклическим нагрузкам. Сос мас,0: хром 62 - 71; бор 0,05 0,09-2,1; бериллий 0,07-1,9; алюминий 0,04 - 0,09; ферроти фтортанталат 0,5-1,8; железо табл,Хром в заявленном составе применяется для повышения коррозионной стойкости металла, повышения прочности, Благодаря легированию хромом, легированный слой металла на железо-никель-хромовой основе обладает жаропрочностью. Хром способствует повышению прочности легируемого металла, причем повышение прочности обеспечивается путем совместного введения алюминия и титана в виде ферротитана, которые упрочняют твердый раствор путем выделения интерметалидов, Оптимальное содержание хрома 62 - 710)ь, При его содержании менее 62;4 снижаются коррозионные свойства металла, а при содержании хрома более 71 снижается пластичность металла,Бор источник активных атомов бора для образования на поверхности твердых сплавов боридов, обладающих высокой твердостью и износостойкостью, Наличие в составе ферротитана и бора позволяет образовывать на поверхности стали боридный слой (РеВ и Р 2 В), этот однофаэный борид 1696095иый слой обладает пониженной хрупкостью, При реакции бора с фтортаиталатом калия образуешься фторид бора, создающий восстановительную атмосферу, снижая пористость металла, Бор совместно с алюминием служит раскислителем, Оптимальное содержание бора 0,05-0,080 , При содержании бора менее 0,05 указанные эффекты проявляются в недостаточной степени, а при его содержании более 0,080 образуются двухфазные боридные слои с повышенной хрупкостью,Иттрий способствует измельчению зерна, повышает жаропрочность, разгаростойкость и коррозионную стойкость в расплаве стекла, Измельчая зерно, иттрий ускоряет формирование частиц новой фазы, иитеисифицируя диффузионные процессы. Иттрий связывает углерод, переходящий из основного металла в тугоплавкие карбиды, которые, располагаясь внутри зерен металла, снижают вероятность коррозии. Оптимальное содержание иттрия 0,09 - 2,10 , При содержании иттрия менее 0,090 его влияние недостаточно, а при его содержании более 2,1 дальнейшего улучшения свойств металлл а н е и рои сходит.Бериллий служит для снижения термических напряжений в поверхностном слое металла, повышения стойкости к термоциклическим нагрузкам, Бериллий является поверхностье активным элементом, способным к локализации на межфазных границах, Локализуясь на межфазных границах он способствует ослаблению термических напряжений растрескивания, Совместно с ит грием бериллий способствует удалению с поверхности металла иеметаллических включений, таких, например, как сера.Бериллий совместно с иттрием активно связывает диффундирующий вглубь металла кислород в тугоплавкий окисел, который аналогично тугоплавкому окислу иттрия препятствует дальнейшему проникновению кислорода в металл, Коэффициент теплопроводности окислов бериллия превосходит коэффициенты теплопроводности остальных окислов металлов, участвующих в образовании окисной пленки на поверхносги металла. Тем самым окись бериллия обеспечивает отвод тепла от поверхности окисной пленки в ее глубину, а значит, счижает напряжения, возникающие при периодических циклах нагрева - термоциклических нагрузках, Оптимальное содержание бериллия 0,07 - 1,9 . При содержании бериллия менее 0,07% наблюдается растрескивание при термоциклических нагрузках, а при его содержании более 10 15 20 ;30 ;5 0 45 50 55 1,90 дальнейшего улучшения свойств металла не происходит,Никель в составе необходим не только, для получения устойчивой аустенитной структуры, но и для образования достаточного количества интерметаллидной фазы Т + А + Й), Никель повышает прочность и стойкость к короэии. Соотношение интерметаллидной фазы способствует сопротивляемости сплава коррозии. Оптимальное содержание никеля 19 - 28 . При содержании никеля менее 190 повышается хрупкость металла, а при его содержании более 28% дальнейшего улучшения свойств металла практически не наблюдается.Алюминий в составе является раскислителем, кроме того, эа счет образования алюминидов никеля он упрочняет металл, Жаропрочные свойства и прочностные характеристики сплавов на железо-хромо-никелевой основе зависит от содержания титана и алюминия, Только комплексное легирование приводит к улучшению свойств металла. Оптимальное содержание алюминия 0,04 - 0,09. При содержании алюминия менее 0,04 нарушается соотношение между весовыми концентрациями элементов, что приводит к снижению прочности, а при содержании алюминия более 0,09 образующаяся на поверхности металла оксидная пленка склонна к растрескиванию,Ферротитан является истоЧником титана в составе, Повышение прочностных свойств при введении титана является результатом образования высокодисперсной интерметаллидной фазы, Оптимальное содержание ферротитаиа 2-4 . При его содержании менее 20 его влияние недостаточно, а при содержании ферротитана более 40 металла приобретает низкую пластичность,Фтортанталат калия является источником фтора в шкале и источником тантала в легируемом металле, Фтортаиталат калия, являясь источником фтора. препятствуетобраэованию пор в легируемом металле так как он, реагируя с бором, создает восстановительную атмосферу, отфлюсовывает окислы на поверхности металла и повышает разгаростойкость так как наличие окислов. например никеля, в металле приводит к образованию эвтектики М - йО, которая увеличивает хрупкость металла, особенно при повышенных температурах, Образующийся тантал переходит в металл, а калий, имея низкую температуру кипения (759 С), воэгоняется, Тантал способствует уводу карбидов вглубь зерен, повышая тем самым стойкость металла и межкристаллитной корооэии. Оптимальное содержание фтортан 1696095талата калия 0,5 - 1,80, При содержаниифтортанталата калия менее 0,50, его влияние недостаточно, а при содержании более1,80 дальнейшего улучшения свойств металла не происходит.Приготовлены предлагаемые составыдля поверхностного легировэния отливок(табл. 1) и состав смеси, принятой зэ прототип, содержащей компоненты, мас,;Хром 64,0Никель 32,0Бор 0,004Кальций 0,003Ниобий 0,05Железо ОстальноеУказанные смеси в виде полых цилиндрических оболочек получают путем формовки их в специальных металлических формах(причем смесь предварительно смешиваютс порошком пульвербанелита), При подогреве до 350 - 370 С смесь отвердевает. После охлаждения до комнатной температурыполученные оболочки извлекают из форм,Полученные таким образом полые цилиндрические оболочки ф 135 х 150 = 250 ммустанавливают в изложницу с рабочим диаметром 160 мм. Зазор между внутреннейстенкой изложницы и наружной поверхностью оболочки засыпают кварцевым песком. В изложницы с установленными в нихоболочками, содержащими состав для поверхностного легирования, заливают сталь35 Л. Получают биметаллические слитки ти. па углеродистая сталь - нержавеющаясталь, а после обжатия слитков на 50 получают биметаллический прокат,Определение разгаростойкости (стойкости к термоциклическим нагрузкам) проводят по методике проблемнойлаборатории ЖдМИ. Образец с помощьюприжима закрепляют на рабочем столе установки. Контактным способом производятнагрев до 950 С, затем образец охлаждаютпрочной водой до 50 С. Время нагрева иохлаждения составляет 12 с, Сравнительную оценку термостойкости производят поколичеству термоциклов до образованияф первой трещины разгара. Определение кор 50розионной стойкости металла н расплавленном стекле производят на образцах размером 6030 х 4 мм, Образцы полируют, затемвыдерживают в течение 64 ч в расплавлен 5 ном стекле состава, мас.: окись кремния62,6; окись алюминия 15,4; окись кальция12,5; окись магния 5; окись натрия 2,5; окислы железа менее 1; ион фтора 2 при температуре 850 С, после чего их вынимают из10 печи и очищают от стекла. Осмотр поверхности производят с помощью лупы Х 5. Потери от коррозии определяют весовымспособом, Стойкость к межкристаллитнойкоррозии определяют методом ВУ.15 Технико-экономические показателипредлагаемого и известного составов приведены в табл. 2,Как видно из табл. 2 предлагаемый состав (составы 2 - 4) обеспечивает большую20 стойкость к термоциклическим нагрузкам,большую коррозионную стойкость в расплаве стекла, большую стойкость к межкристаллитной коррозии перед известнымсоставом, принятым за прототип. При со 25 держании компонентов состава больше илименьше оптимального его свойства ухудшаются,Формула изобретенияСостав для поверхностного легирова 30 ния отливок, содержащий хром, бор, никель,железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения коррозионной стойкостиметалла отливок в расплавленном стекле,повышения стойкости к межкристаллитной35 коррозии и к термоциклическим нагрузкам,он дополнительно содержит иттрий, бериллий, алюминий, ферротитан, фтортанталаткалия, при следующем соотношении компонентов, мас.:40 ХромБорИттрийБериллийНикель45 АлюминийФерротитанФтортанталат калияЖелезо1696095 Таблица 1 Содержаниекомпонентов, мас.,Компоненты тальн аблиц Саста оличество цикловплосмен до образоия певой треунь Предлагаем1 45Известный оставите ехред М,лико Ееда к, Бланар орректор Т. Малец ген 1 аказ 4257 ВНИИПИ Го Тира арственного ком 113035, Мосизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Хром Бор Иттрий Берилий Никель Алюмини Ферротита Фтортантал калия Железо766 910 922 908 781 . 584 Подписноета по изобретениям и открытиям при ГК