Чугун

(51) 4 37 Й КОМИТЕТ ССС РЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(57) Изобреметаллургиистойким чугизготовлени Рай К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Патент Япониикл. 10 Л 173, 1969.Авторское свидетУ 1014964, кл. С 22 ение относится к области в частности к иэносонам, используемым для деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания. Цель изобретения - измельчение карбидной фазы и повышение теплостойкости, Чугун предложенного состава содержит, мас.Е: углерод 2,0- 3,5; кремний 0,8-1,0 марганец 0,3- 0,6 хром 12,0-20,0 ванадий 3,2-4,0 молибден 0,5-0,9, алюминий 0,05-0,15 кальций 0,001-0,05 ф церий 0,11-0,2; иттрий 0,05-0,09; железо - остальное. Совместное модифицирование хромованадиевого чугуна иттрием и церием сопровождается повышением его тепло- стойкости, измельчением структуры, измельчением карбидной фазы при изменении среднего размера карбидных частиц до 2,01 мкм, сохранением мелкозернистой структуры до повышенных температур нагрева (1150 С). 1 табл.о1280039 2 Изобретение относится к металлургии, в частности к износостойкимчугунам, используемым для изготовления деталей, работающих в условияхинтенсивного абразивного изнашивания.Целью изобретения является измельчение карбидной фазы и повышение теплостойкости чугуна.П р и м е р . Чугун выплавляютв индукционной печи емкостьб 60 кгс основной футеровкой, В качествешихты используют стальные отходы,ферросплавы и специальные присадки,Предлагаемый состав чугуна можно получить любым из известных способов15вводом элементов или их соединенийв ковш или в электропечь,Для получения мелкозернистой мар.тенситно-аустенитной структуры с равн20номерно распределенными в неи дисперсными карбидами хрома, молибдена иванадия, определяющими высокую твердость и износостойкость, отливкиподвергают закалке 1000-1050 С и часовому отпуску при 180+5 С, а для,обеспечения теплостойкости - закалкеот 1150+5 С и двукратному головномуотпуску при 540 ф 5 С.1Химический состав чугуна выбран, 3 рисходя иэ следующих соображений.Содержание кремния составляет 0,81,0 . Верхний предел по содержаниюкремния 1,0 определен, исходя изпрокаливаемости чугунов данного состава, которая резко снижается приувеличении содержания кремния более1%. Снижение прокаливаемости отрицательно сказывается на износостойкости чугунов. 40Введение в чугун хрома в количестве 12,0-207 при заданном в указанныхпределах содержании углерода и ванадия оказывает решающее воздействиена Формирование структуры, износостойкость и теплостойкость чугуна.В предлагаемом чугуне образуются карбиды тригонального типа (Сг, Ре)С зс микротвердостью 13000-21000 МПа икубический карбид ЧС с микротвердостью 30000 МПа, При кристаллизациичугуна укаэанного состава, содержа-щих карбиды (Сг Ре). С 7, Формируетсяаустенитохромистокарбндная эвтектика, имеющая скелетное строение, в ко торой матричной фазой является аустенит. Эти особенности эвтектики и наличие высокотвердых дисперсных карбидов хрома и ванадия определяют высокую износостойкость и теплостойкостьчугуна.Введение в чугун кальция основанона его взаимодействии с серой. Присодержании серы в чугуне до 0,037,для полной десульфурации достаточнодо 0,057. кальция. Более высокое содержание кальция приводит к образованию большого количества неметаллических включаний, в том числе и с РЗМ,что сопровождается снижением механических свойств. Поэтому верхнее содержание кальция ограничивается пределом 0,057.Модифицирование иттрием в предло.женных пределах обеспечивает резкоеизмельчение структуры, что сопровождается повышением механическихсвойств чугуна, в частности пределапрочности на изгиб,Церий повышает эффективность действия иттрия, способствует его болееглубокому усвоению жидким металломи оказывает также модифицирующийэффект, создавая цополнительные центры кристаллизации. Кроме того, церий способствует очищению границ зерен от неметаллических включений иизмельчает зерно, повьппая механические свойства сплава.Нижний предел содержания иттрияи церия обеспечивает наличие модифицирующего эффекта и повышение свойствФчугуна а верхний предел (соответственно 0,09% и 0,27) является границей положительного воздействияэтих ингредиентов на структуру исвойства чугуна, т.к, дальнейшее повьппение их концентрации приводит кснижению механических свойств и ударной вязкости. Нижний предел по содержанию алюминия определяется его минимальным количеством, начиная с которого алюминий является не только раскислителем, но и оказывает влияние на размер зерна, измельчая его, а также способствует рафинированию межфазных границ и увеличивает однородность состава,Введение алюминия более 0,157 в предлагаемый чугун нежелательно, так как это приводит к росту зерна при нагреве и способствует появлению ряда дефектов: наблюдаются "сколы" в изломе и увеличивается склонность к хрупкому межкристаллическому разрушению.Введение молибдена в чугун способствует улучшению прокаливаемостисплава, повышению износоустойчивости и устойчивости против отпуска.Нижний предел содержания молибдена 5(0,5 ) установлен с учетом его влияния на прокаливаемость чугуна и минимально необходимого количества, необходимого для заметного повышенияустойчивости чугуна против отпуска. 10Верхний предел по содержанию молибдена для предлагаемых составов (0,9 )определяется, исходя из того, чтоповышение концентрации молибдена свыше 0,9 приводит к интенсивному 15обезуглероживанию сплавов при нагреве под закалку и понижению их износостойкости.Химический состав, размеры карбидных частиц и теплостойкость предлагаемых и известных чугунов приведеныв таблице. Для определения теплостойкости термообработанные образцы чугунов указанных составов термообраъбатывали на вторичную твердость (закалка от 1150 ф 5 С и двухкратный часовой отпуск при 540+5 С) и подвергали их часовому нагреву при 520,530, 540, 550, 560, 570, 580, 590 и600 С, а затем в охлажденных до комнатной температуры образцах замерялитвердость.. Для исследованных чугунов принимали, что теплостойкость должна обеспечить твердость не менее 58 НКС после 4-часового нагрева при указанныхтемпературах.Анализ таблицы показывает, чточугун составов 1-11 имеет размеры .карбидных частиц в литом состоянии 40значительно меньше, чем чугун составов 12 и 13,Теплостойкость чугуна составов1-11, обеспечивающая твердость не менее 58 НКС после 4-часового нагрева, 45составляет 570-580 С, а теплостойкость чугуна составов 12 и 14 - 550 и560 С соответственно, Наиболее низкая теплостойкость у чугуна состава13 (530 С). 50Изучение микроструктуры сплавов(немодифицированного и модифицированного чугуна 280 Х 19 Ф 3,5) в литом состоянии показало, что модифицированиеСе+У уменьшает дендритность структу ры. Наблюдается утонение осей дендритон и их дробление. Изменилась структура эвтектики: эвтектические карбиды при модифицировании дробились и принимали форму, близкую к округлой. Средний размер карбидных частиц уменьшился с ш = 5, 11 мкм и 111,56 мкм, до ш = 3,62 мкм и 1 = 8,04 мкм. В целом по сечению структура стала более однородной.Структура закаленных от 1050 Со немодифицированных и модифицированных сплавов отличается как размерами карбидных частиц, так и степенью однородности. Средний размер карбидных частиц составляет у немодифицированного чугуна 3,56 мкм, а у модифицированного - 2,01 мкм.Кроме того, структура модифицированного чугуна сохраняется мелкозернистой после закалки от температуры 1150 С, тогда как в немодифицированоном чугуне наблюдается укрупнение зерна.Таким образом, модифицирование хромованадиевых чугунов сопровождается: измельчением структуры, нри одновременном увеличении ее однородности по сечению отливки, измельчением карбидной фазы при изменении среднего размера карбидных частиц с 3,56 до 2,01 мкм; сохранением мелкозернистой структуры до повышенных температур нагрева (1150 С).Формула из обретенияЧугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, алюминий, кальций, церий и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью измельчения карбидной фазы и повышения теплостойкости, он дополнительно содержит иттрий, при следующем соотношении компонентов, мас.Х;Углерод 2,0-3,5Кремний 0,8-1,0 Марганец 0,3-0,6 Хром 12,0-20,0 Ванадий 3,2-4,0 Молибден 0,5-0,9 Алюмйний 0,05-0,15 Кальций 0,001-0,05Церий 0,11-0,2Иттрий 0105 0109 Железо Остальное,1280039 Содержание, вес,% Чугун, В С 83. Мп Сг ч ( моА 1 1,0 3,2 0,4 20,0 0,5 2,0 0,05 2,8 0,8 19,1 0,5 0,3 0,08 16,5 0,9 0,4 3,3 0,7 0,10 0,9 0,4 13,7 0,65 2,9 О, 10 0,3 0,7 0,85 14,0 3,0 0,10 0,9 3,6 0,8 0,3 13,7 0,12 2,7 18,1 1,0 0,4 3,2 0,9 0,12 2,7 0,14 0,9 1,0 12,5 3,3 0,5 3,3 18,2 0,5 0,8 0,5 3,9 0,11 2,8 0,9 12,0 4,0 0,15 0,6 0,8 10 0,15 13,7 3,2 0,8 0,5 0,9 3,0 2,8 0,5 3,0,1,0 2,5 6,2 3,1 0,01 1,8 2,7 13 14,0 3,4 0,1 14 0,8 0,3 3,05 Продолжение таблицы Содержание, вес.% Чугун,В У С 1 Сц Ре Са Остальное 3,50 8, 11 580, 3,62 8,04 580 То же 8,53 3,70 570 580 8,35 0,01 0,06 0,15 3,92 004 006 0) 14 3,88 8,29 580 0,03 0,05 О, 19 3,82 8,94 570 8,22 3,60 580 3,84 8,37 570 0,001 0,05 О, 12 Оэ 005 005 Оэ 11 0,008 0,07 0,15 0,03 0,08 0,20 0,04 0,08 0,18 Средний размер кар- Теплостойбидных частиц мкм кость, 1Т С1280039 Продолжение таблицы Чугун,У Средний размер карбидных частиц мкм Са иГе в580 9,21 3,91 570 9,50 4,06 8,95 3,95 570 14,96 11,56 5,80 550 0,02 0,7 530 0,08 3,99 9,60 560Принимали, что теплостойкость должна обеспечить твердость не менее 58 НЕС после 4-часового нагрева при указанных температурах. Корректор М. Шароши Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Содержание, вес.й У С 1 С 9 0,05 0,05 0,20 10 0,05 0,09 0,20 11 0,04 0,09 0,20 1213 0,0114 0,03 0,1 Составитель Н.ШепитькоРедактор М.Келемеш Техред Л.Олейник Заказ 7024/25 Тираж 567ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ТеплостойкостьТ С