Чугун

союз советскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5235 А ц 5 С 22 С 37/06 Е ИЗОБ Т СА АВТОР У С ТЕЛЬ Т мате риа ики прочности СССР йский и Е, В,М и М 56-10373, 1981.идетельство СС2 С 37(06, 1974 онов ие относится к метосостойким сплава бразивного и гидро опровождаемого аллургии, м, работа- абразив- оррозиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Институт фиэловедения СО АН(57) Изобретена именно к иэнющим в среде аного износа, с Изобретение относится к области металлургии, а именно, к износостойким сплавам, работающим в условиях абразивного и гидроабразивного изнашивания.Известен высокоуглеродистый сплав следующего химического состава, вес.%:углерод 1,9 - 3,0 кремний 1,5марганец 2,5 - 5,9 хром 20-40 молибден 2титан 2ванадий 1,5вольфрам 1,5медь 1,5железо остальное Сумма концентраций хрома, молибдена, ванадия, титана, вольфрама и меди "40%, а доля аустенитной составляющей в структуре ф"40%, при этом сталь имеет ударную вязкость 0,8 кг.м/см (см, и. Япония В 56-10373, МКИ: С 22 С 38/38, В 02 С 13/04, оп. 07,03.81). онным воздействием среды, Сущность изо бретения; в чугун введены молибден, ниобий и празеодим при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2,1 - 3,5; коемний 0.01 - 2,5: маоганец -0,2- 2,5; хром 18,5 - 28; молибден 0,001 - 0,2; титан 0,005-0,1, ниобий 0,001-0,2; цирконий 0,005 - 0,1; празеодим 0,001 - 0,005, железо - остальное, Указанный чугун обладает высокой износостойкостью и пластичностью при сохранении высокой коррозионной стойкости %зг 1020-1150 МПа, Нйс 60-63, стрела прогиба (6,3-7,0) 10 з м, относит.износ 0,30-0,36, 2 табл,Недостатками данного сплава является его низкая однорсГдность в связи с тем, что структурная и особенно концентрационная однородность определяется воздействием на расплав сильнейших карбидо-нитридообразователей, оптимальная концентрация которой применительно к элементам 4-й и 5-й групп составляет 0,011-0,4 вес%. Превышение этой суммарной концентрации ведет к охрупчиванию, а снижение концентрации не обеспечивает достаточной износостойкости. Воздействие только титана в указанном диапазоне концентрации не дает требуемого уровня однородности в связи с тем, что не в полной мере проявляется энтропийный фактор. Другим недостатком данного сплава является его высокая стоимость эа счет высокого содержания легирующихэлементов ("40%),Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является износостойкий чугун следующего химического состава, вес,%:(см. а,с. М 429129, МКИ: С 22 С 37/06,оп. 25,05.74 г,),Недостатком данного чугуна является 10йизкая износостойкость и пластичностьвследствие низкого уровня концентрационной однородности и неравномерности распределения его структурных составляющих,Наличие большого количества марганца в 15сочетании с добавками хрома приводит кповышению хрупкости и снижению пластичности, Кроме того, чугун характеризуется нестабильной твердостью (НВС 54 ед.).Целью изобретения является повышение иэносостойкости и пластичности присохранении корроэионной стойкости.Указанная цель достигается тем, что износостойкий сплав, содержащий углерод,кремний, марганец, хром, титан, цирконий 25и железо дополнительно содержит молибден, ниобий и празеодим при следующемсоотношении компонентов, мас.%:углерод 2,1-3,5кремний 0,01-2,5марганец 0,2-2,5хром 18,5-28,0молибден 0,001 - 0,10титан 0,005 - 0,10ниобий 0,001 - 0,20 35цирконий 0,005 - 0,10празеодим 0,001-0,005железо остальноеВ качестве примесей сплав может содеркать серу и фосфор до 0,1 мас.окаждого.Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый износо- стойкий сплав отличается от известноговведением новых компонентов, а именно: 45молибдена, ниобия и празеодима. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна", Анализизвестных составов сплавов (а.с. 1076483),1023836) показал, что некоторые введенные 50в заявляемое решение вещества известны,например, ниобий в а.с. М 1076483, ниобийв а.с, М 1023836. Однако их применение вэтих сплавах в сочетании с другими компонентами не обеспечивает сплавам такие 55свойства, которые они проявляют в заявляемом решении, а именно, обеспечение высокой структурной и концентрационнойоднородности, а следовательно, высокойизносостойкости и пластичности. Таким образом, данный состав компонентов придает сплаву новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".В условиях оптимального легирования (модифицирования) после кристаллизации сплава создается структура, которая состоит иэ высоколегированного твердого раствора измельченной фрагментированной ледебуритной эвтектики и высокопрочной дисперсной составляющей, относительно равномерно локалиэующейся по всему объему сплава.При этом, в зоне ледебурита эта фаза представляет из себя модулированную структуру.Микрорентгеноструктурный анализ показывает, что дисперсная составляющая представляет сложное образование, в центре которого находится карбонитрид типа МС на основе циркония, титана, ниобия, а по периферии он окружен карбидом молибдена, характеризующимся значительным дефицитом по углероду.Праэеодим, выполняя роль модификатора 11 рода, адсорбируется (несколько атомных слоев) на поверхности дисперсного карбида и образует сложные соединения, облегчающие релаксацию напряжений вблизи мекфазной границы и, тем самым, дополнительно повышают пластичность сплава, Большая часть молибдена находится в твердом растворе и эа счет особого характера межатомных связей Мо-Мо, Мо - Сг, Мо - Ге увеличивает пластичность, в частности, низкотемпературную пластичность сплава. При этом сплав сохраняет высокое сопротивление абразивному изнашиванию,Введение молибдена менее 0,001% существенно не влияет на пластические характеристики сплава, а свыше 0,100 стабилизирует сложные карбиды на основе хрома и значительно снижает пластичность сплава.При содержании углерода менее 2,1 понижается износостойкость в связи с изменением упрочняющей фазы, При содержании углерода более 3,5 происходит охрупчивание структуры, снижается пластичность.Введение кремния до 0,01 оне имеет существенного влияния на свойства описываемого сплава, а свыше 2,5 оснижает вязкость твердого раствора, способствует графитизации чугуна.Марганец способствует отбеливанию чугуна. При содержании марганца менее 0,2 орезко падает износоустойчивость.1765235 Таблица 1 Рг Сг Мо Мп Ег Ге 0,001 0,06 0,10 0,002 0,32 0,025 0,048 0,082 0,098 0,0010,100,200,00060,200,040,070,150,2 18,5 23,2 28,0 17,2 33,1 18,4 19,8 25,4 27,3 0,005005 0,10 0,001 0,15 0,041 0,0490,081 0,960,005 0,05 0,10 0,001 0,17 0,008 0,035 0,074 0,094 0,011,25 2,50,005 3,1 0,53 0,87 1,65 2,32 0,2 2,85 2,5 0,9 3,2 1,46 1,72 2,00 2,30 1 2 3 4 5 6 7 8 8 2,1 2,8 3,5 1,8 3,9 2,4 2,73 2,96 3,14 0,0010,0030,0050,00050,010,0020,00250,00370,005 ост,П ототип 20 15 32 300 - 015 - 015 - ост. Увеличение содержания марганца свыше2,5 расширяет у -область, увеличивая количество аустенита в сплаве, что значительно снижает износоустойчивость.При содержании хрома ниже 18,5 происходит потеря иэносоустойчивости сплава,а превышение 28% существенно удорожаетсплав и не дает заметных преимуществ посвойствам,Комплекс элементов Ча, Ча групп (цирконий, титан, ниобий) и празеодима обеспечивает эффект мбдифицирования.Примеры исполнения.Выплавка проводилась в 50-килограммовой индукционной печи. В качестве шихтовых материалов используют стальной ичугунный лом, ферросилиций, феррохром,ферромолибден, ферросплавы элементовЧа, Ча групп; празеодим вводится в видеокислов в комплексе с восстановителем 20(растворителем) /а,с. 617944/.Составы сплавов приведены в табл. 1.Втаблице 2 приведены физико-механические характеристики описываемого и известного сплавов после термообработки 25(охлаждение на воздухе от 1000 С, отпускпри 300 С),Показатели коррозии для литого состо-яния), полученные по методике (с.н,с. В, В.Скорчелетти, А. М. Шульгин. Химическая 30стойкостьсплавов на железной основе, М.-л,ГОНТИ, 1938 год) для сплава М 2 табл. 1): весовая - 0,043 г/мч, глубинная - 0,033 мм/год; для прототипа М 10 (табл. 1): весовая - 0,040 г/м ч, глубинная - 0,034 мм/год.Анализ характеристик предложенного и известных сплавов показывает, что предложенный сплав имеет более высокие характеристики износостойкости и пластичности при сохранении коррозионной стойкости. Формула изобретения Чугун содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, цирконий и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения износостойкости и пластичности при сохранении коррозионной стойкости, оно дополнйтельно содержит молибден, ниобий и праэеодим при следующем соотношении компонентов, мас. :углерод 2,1-3,5 кремний 0,01-2,5 марганец 0,2-2.5 хром 18,5 - 28,0 титан 0,005-0,1 .цирконий. 0.0005-0,1 ниобий0,001-0,2 молибден 0,001 - 0,10 празеодим 0,001 - 0,005 железо остальное.1765235 Таблица 2 Механические свойства (после термообработки) ВМ пп Прочность приизгибе, МПа Стрела прогиба, м.10;6,7 0,28 0,72 1140 П ототип 0,53 4,5 54,0 1200 0,38 10 Редактор Заказ 3356 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 1020 1150-1170 1160 910-930 920 11.10 - 1140 1120 1000 - 1020