Сплав на основе железа

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических республик(22) Заявлено 2803,78 (23) 2595587/22-02с присоединением заявки йо(51)м. Кл.з С 22 С 38/Зб Государственный комИтет СССР по делам изобретений н открытий(53) УДК 669,14- -018.2(088.8) Дата опубликования описания 070681 71) Заявител АВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕ ий 0,1-1,0,1-3,5 1-3,5 О, 3-2,8 0,3-8,0 12-36 0,05-3,5 0,01-0,2 О, 01-0, 1,001-0,1 Изобретение относится к металлургии, в частности к литым износостойким материалам, и может быть использовано для изготовления дробеметныхлопаток, защитных плит, импеллеров идругих отливок.Известны износостойкиЕ хромистыесплавы, характеризующиеся высокимсодержанием углерода и хрома 1.Эти сплавы в основном предназначеныдляизготовления деталей, к которымпредъявляются высокие требования поизносостойкости и механическим свойствам, Однако низкий уровень указанных свойств существенно снижает эффективность применения хромистыхсплавов. в промышленности,Известен сплав на основе железаследующего химического состава,вес.:УглеродКремнийМарганецХромАлюминийКальцийМагнийРедкоземельные металлыБор 0 Ванад 5Молибден 0Барий 0,001-0,1Железо Остальное 2, Недостатком данного сплава являет-, ся наличие в его составе дефицитных металлов, таких как молибден, ванадий. Присутствие бария в сплаве повышает токсичность и введение его в сплав нарушает санитарные условия выплавки сплавов и требует дополнительных устройств.Применение алюминия до 3,5 в высокохромистых сплавах вызывает появление прочных окисленных пленок, которые охрупчивают металл. Наличие кремния свыше 1 вызывает трещины. Большое количество марганца в сочетании с высоким количеством углерода и хрома приводит к образованию структуры, исключающей применение деталей, работающих в абразивно-ударной среде (стойкость лопаток иэ известного сплава с элементами на верхнем пределе 8 часов).Наиболее близким к описываемому, изобретению по технической сущности и достигаемому результату является сплав иа основе железа следующего химического состава, вес.:Углерод 1,9-2,4Хром 20-25Кремний До 1,0Марганец 0,6-0,9Титан Ою 2-Оф 3Железо Остальное ГЗ.Существенными недостатками известного хромистого сплава являются относительно низкие литейные свойства,износостойкость, долговечность и качество изготовленных из него отливок, 10что во многом связано с крупнокристаллической структурой, остроугольной формой и неблагоприятным характером распределения в сплаве неметаллических включений, а также,химической неоднородностью. 15Цель изобретения - повышение литейных свойств сплава, износостой-кости, долговечности и качества отливок,Для достижения поставленной цели 20в известный сплав на основе железа,содержащий углерод; хром, кремний,марганец, титан, дополнительно введены алюминий, кальций, магний, редкоземельные металлы и бор при сле- д 5дующем соотношении компонентов, ввес.Ъ:Углерод 1,9-2,4Хром 20-25Кремний 0,3-1,0Марганец 0,6-0,9Титан 0,01-0,3Алюминий 0,01-0,1Кальций 0,005-0,05Магний 0,005-0,05Редкоземельные металлы 0,001-0,08Бор 0,0005-0,005Железо ОстальноеДополнительное введение в составсплава алюминия благоприятно влияет 40на его структуру и литейные свойства. Как и титан, алюминий связываетсвободный азот в нитриды, которые,являются регуляторами аустенитногозерна, При этом нитриды алюминия и 4 з;титана препятствуют протеканию про-.цессов собирательной рекриеталлизации, что в итоге, наряду с их модифицирующей способностью, обеспечивает получение более мелкодисперснойструктуры, что весьма важно для износостойкости и долговечностиВ таком плане совместное влияние алюминия и титана на структуру сплава более эффективно, чем введение одногоиз них.Эффективность введения в сплавалюминия повышается при условии до-.полнительного введения кальция, магния и РЗМ. На частицах глиноземаосаждаются другие включения, пред Оставляющие собой продукт взаимодействия вводимых элементов с серой, железом и другими элементами, в результате чего сложные многофаэные включения более легко удаляются из расп лава, а оставшиеся приобретают глобулярную форму и равномерно перераспределяются в сплаве, что существенноповышает жидкотекучесть и трещиноустойчивость отливок.Вместе с тем, кальций, магний иРЗМ являются эффективными модификаторами структуры и обеспечивают глубокое рафинировайие и раскислениесплава. Все эти факторы способствуютповышению литейных свойств, износостойкости и, в первую очередь, долговечность изготовленных из него отливок,Оптимальное содержание в сплаве.алюминия, кальция, магния и РЗМ определяется пределами 0,01-0,1;0,005-0,08 0,005-0,05 и 0,0010,08 вес.ЪЪ соответственно, Меньшееих содержание (ниже нижнего предела) не обеспечивает положительноговлияния на включения, структуру идругие факторы, поэтому неэффективно, а большее (свыше указанноговерхнего предела) крайне неблагоприятно влияет на весь комплекс свойства сплава.по причине образованияизбыточного количества окислов,"серых фаз" РЗМ, силицидов и другихвредных примесей, скапливающихсяцелыми колониями на границах зерен.Введение бора в состав сплава повышает его износостойкость за счетспособности бора благоприятно воздействовать одновременно на матрицуи карбидную фазу, При этом обеспечивается получение мелкодисперсныхили пластинчатых карбидов бора иизмельчение структуры, что в комплексе предопределяет более высокуюизносостойкость сплава. Кроме того,бор способствует повышению прокаливаемости сталей и сплавов.В связи с тем, что бор обладаетвысокой раскислительной способностью, его совместное введение в сплавс более сильными раскислителями,какими являются кальций, РЗМ, магний, обеспечивает практически полноеизрасходование бора на образованиекарбидов.Оптимальное содержание бора всплаве определяется пределами0,0005-0,005 вес.Ъ, Это связано стем, что меньшее остаточное содержание бора не обеспечивает образованиянеобходимого количества карбидови измельчения зерна, а большее,свыше верхнего предела, напротив,вызывает проявление избыточного ихколичества в виде эвтектических колоний, что резко снижает исследуемыесвойства сплава.Для определения оптимального состава предлагаемого хромистого сплава были исследованы его литейныесвойства, износостойкость, долговечность и качество изготовленных изнего дробеметных литых лопаток при836192 чи емкостью 300 кг. Химический состав выплавленных опытных и контрольных сплавов приведен в табл. 1. различном содержании дополнительновводимых компонентов. Каждый сплаввыплавлен отдельно в индукционной пеТ а б л и ц а 1 Химический состав,Сплав Е.1." Л" Известны,08 Ою 9 0 следовании литейных свойств пределяют их жидкотекучесть устойчивость отливок. Испыизносостойкость проводилиМУИ. В качестве контртеяли ролик из стали Х 13 с ю 42-43 НВС.ния на,долговечность литых проведены непосредственно на дробеметных установкахпри вращении турбины с2,5 тыс. об/мин.Термическая обработха образцов и литых лопаток состоит иэ нагрев до 11000 С, выдержки 1,5-2 часа и охлаждения под воздушной струей.Результаты испытаний приведены в табл. 2. ДБи ДБ- о скоростью Долговечность лопаток,ч Повышение свойств,Классчистотыповерхности а жидкоте- кучести ещиноу йчивос и 1,0 64,72 ,70 5 которое отличие состоит лишь в том что расплав в процессе фракционной разливки обрабатывают комплексным модификатором, содержащим алюминий кальций, магний, РЗМ и бор.Предлагаемый износостойкий хромистый сплав для отливок найдет ши 60 рокое применение при изготовлениилопаток, защитных плит, импеллеров и других литых деталей дробеметных установок, а также различного рода отливок, к которым предъявляются 65 высокие требования по износостойкост При этом износостойкость литых лопаток повысилась в 1-,25 раза, долговечность в 3-5 раз, жидкотекучесть на 30-45, трещиноустойчивость на 25-35. Одновременно заметно улучшается качество отливок за счет повышения геометрической точности и класса чистоты поверхности.весьма важным является то, что технология выплавки предлагаемого иэносостойкого хромистого сплава для отливок практически не изменилась по сравнению с.известной. НеПри и сплавов и трещин тания на на машин ла приме твердостИспыт лопаток 338 . 2 Таблицат Относительный износ836192 Формула изобретения Составитель Г. ДудикТехред С. Мигунова Корректор Н. Стец Редактор С. Титова Заказ 2842/15 . Тираж 681 ,Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб, д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Ожидаемый экономический эффект составит около 25 тыс., руб в год эа счет повышения долговечности отливок, особенно лопаток, в 3-5 раэ и снижения брака по литейных дефектам на 5-10. Сплав на основе железа, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения литейных свойств сплава, износостойкости, долговечности и качества отливок, он дополнительно содержит алюминий, кальций, магний редкоземельные металлы и бор при следующем соотноше%нии компонентов, вес.Ъ:Углерод 1,9-2,4Кремний О, 3-1,0Марганец 0,6-0, 9Хром 20,0-25,0Титан 0,01-0,3Алюминий 0,01-0,1Кальций 0,005-0,08Магний 0,005"0,05Редкоземельныеметаллы 0,001-0,08Бор 0,0005-0,005Железо ОстальноеИсточники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Справочник литейщика, М., 1962/.15 2. Авторское свидетельство СССРР 489808, кл. С 22 С, 37/00, 1974.3. ТИ 115.4, 59-74 прототип).