Износостойкий чугун

(5 22 С 37 08 КОМИТЕТ СССРЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОСУДАРСТВЕНН ПО ДЕЛАМ ИЗО САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ инеи А.П.Мел ССР1982.(57) Изобретениелургии, в частносколегированных из ЧУГУНносится к металк изысканию низсостойких чугунов д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Заявка Японии Р 57-1кл. С 22 С 37/00, 1981.Авторское свидетельствУ 973655, кл. С 22 С 37/1 для цилиндрических трубных и другихзаготовок. Целью изобретения является повышение стабильности микротвердости и гидроабразивной износостойкости, Предложенный чугун содержит,мас.7.: углерод 2,4-3,3; кремний 0,21,0; марганец 0,8-2,6; хром 15,727,0; молибден 0,2-0,6; ванадий 0,82,5; никель 0,5-1,0, медь 0,22-1,4;цинк 0,02-0,1; бориды редкоземельныхметаллов. 0,05-0,2; нитриды бора 0,030,1; железо остальное. Предложенныйчугун обладает высокой эксплуатационной стойкостью в условиях гидроабраэивного изнашивания, что достигаетсяза счет получения мелкодисперсноймартенситно-аустенитной матрицы скомплексными карбидами, 2 табл,1355639 35Микролегирование чугуна 0,05 -0,2 мас.7. боридов РЗМ обусловлено упрочняющим их влиянием на матрицу, иэмельчением и изменением морфологии карбидов и повышением микротвердости матрицы. При увеличении боридов РЗМ более 0,2 мас.7 снижаются трещиностойкость и износостойкость, а при концентрации до 0,05 мас.Е отмечается недостаточная микротвердость матрицы, низкие пластические свойства и 45удароустойчивость.Соцержание легирующих добавок(хром 15,7-27, никель 0,5-1,0, молибден 0,2-0,6, ванадий 0,8-2,5 мас.7) определено экспериментально и ограничено пределами, .уиже которых микротвердость карбидов и матрицы, прочностные свойства, глубина прокаливаемости и износостойкость недостаточны, а выше которых снижается стабильность структуры, увеличивается количество крупных карбидов, снижаются динамическая прочность и другие свойства в отливках. Изобретение относится к металлургии, конкретнее к изысканию низколегированных износостойких чугунов дляцилиндрических, трубных и других заготовок, используемых в химическоммашиностроении,Целью изобретения является повышение стабильности микротвердости и гидроабразивной износостОйкости, 1 ОПредлагаемык чугун содержит углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий, никель, медь, боридыРЗМ, цинк и нитриды бора и железопри следующем соотношении компонентов, мас.7.:оУглерод 2,4-3,3Кремний 0,2-1,0Хром 157 27 ьОМарганец 0,8-2,6 20Молибден 0,2-0,6Ванадий 0,8-2,5Никель 0,5-1,0Медь 0,22-1,4Цинк 0,02-0,1 25Бориды РЗМ 0,05-0,2Нитриды бора 0,03-0,1Железо ОстальноеДополнительное введение меди вколичестве 0,22-1,4 мас.7 микролегирует и упрочняет металлическую основу, измельчает структуру, уменьшаетее охрупчивание, блокирует дефектыкристаллической структуры, снижаетликвацию, повышает микротвердостькарбидов и стабильность и однородность структуры и механических свойств,что обеспечивает повьддение стабильности гидроабразивной износостойкости, прочности и других механическихи служебных свойств в отливках, Приконцентрации меди до 0,22 мас.Е мик. ролегирующий эффект проявляется слабо, существенного упрочнения металлической основы не достигается и стабильность твердости, износостойкостии служебных свойств в отливках низкая. При концентрации меди более1,4 мас.Е снижаются пластическиесвойства, прокаливаемость и стабильность механических свойств чугуна вотливках, увеличивается количествонеметаллических включений по границам зерен, увеличивается ликвация иснижается стабильность свойств.Введение цинка в количестве 0,020,1 мас.% повьддает твердость, измельчает структуру, повышает трещиностойкость и износостойкость матрицы, прокаливаемость, микротвердость карбидов и матрицы, ее стабильность в отливках, что обеспечивает снижениегидроабразивного износа и повышениестабильности механических свойств.Содержание цинка принято от концентрации (0,02 мас,Х), с которой отмечается повышение твердости и иэносостойкости в отливках, и ограниченоконцентрацией 0,1 мас.7, выше которой отмечается снижение динамическойпрочности и стабильности структуры исвойств чугуна,Содержание основных компонентов(углерод 2,4-3,3, кремний 0,2-1,0 имарганец 0,8-2,6 мас,Е) определеноисходя из практики производства белых износостойких чугунов для износостойких литых деталей, При снижениисодержания углерода менее 2,4 и кремния ниже 0,2 мас.ь и повышении концентрации марганца более 2,6 мас.7снижаются литейные свойства, трещиностойкость, увеличивается ликвацияи снижается стабильность структуры исвойств, а при концентрации углеродаболее 3,3, кремния более 1,0 и марганца менее 0,8 мас.Е структура в отливках становится грубой, снижаютсямикротвердость карбидов и матрицы,их износостойкость и стабильностьмеханических свойств в отливках.3 13556Нитриды бора (0,03-0,1 мас.Ж),имеющие высокую прочность и твердость, являются эффективными модифицирующими добавками сохраняющими твердость приУ5 отпуске, измельчающими структуру и повышающими твердость и микротвердость чугуна, механические свойства, прокаливаемость, износостойкость.При концентрации их до 0,03 мас.7 модифн цирующий эффект проявляется слабо, а при концентрации их более О, 1 м;гс.7 они полностью не растворяются в матрице, повышается концентрация неметаллических включений, их графитизирующее влияние и неоднородность структуры, что приводит к снижению износостойкости, трещиностойкости и механических свойств чугуна в отливках.П р и м е р. Опытные плавки чугуна 20 проведены в индукционной печи с использованием литейных чугунов марки ЛКи ЛК, передельных чугунов М 2 и ПЛ, лома чугунного 17 А, силикомарганца СМН, стального лома, бри кетов боридов РЗМ, азотированного ферробора, феррохрома, феррованадия, ферросилиция и других ферросплавов. Чугун перегревали до 1550-1570 С и выпускали при 1500-1520 С в литейные ковши с цинком, медью, брикетами боридов РЗМ, нитридов бора и другими микрслегирующими и модифицирующими добавками, Из чугунов отливали цилиндрические образцы диаметром 30 мм,35 технологические ступенчатые пробы с максимальной толщиной 500 мм и отливки заготовок в металлические формы и отливки деталей насосов. Усвоение меди составило, 7: 68-75; цинка 59- 64; боридов РЗМ 82-89; нитридов бора 86-927 Формула изобретенияИзносостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий, никель и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности микро- твердости и гидроабразивной износостойкости, он дополнительно содержит медь, цинк, бориды редкоземельных металлов и нитриды бора при следующем соотношении компонентов, мас.3:Углерод 2,4-3,3 Кремний 0,2-1,0Марганец 0,8-2,6 Хром 15,7-27,0 Молибден 0,2-0,6 Ванадий 0,8-2,5 Никель 0,5-1,0 Медь 0,22-1,4 Цинк 0,02-0,1 Бориды редкоземельных металлов 0,05-0,2 Нитриды бора 0,03-0,1 Железо Остальное В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок,Испытания образцов и отливок проводят после закалки с 970-1050 С и отпуска при 560-580 С. 394.В табл. 2 приведены данные о микротвердости, износостойкости, механических и эксплуатационных свойствах,полученных литьем в металлическиеформы,Микротвердость определяли на приборе ПМТ-З, а трешиностойкость - натехнологической пробе ЛПИ им,М.И.Калинина.Как видно из данных табл. 2, предлагаемый чугун обладает более стабильной стойкостью и однородной структурой в сравнении с базовым чугуном.Высокая эксплуатационная стойкостьв,условиях гидроабразивного изнашивания достигается за счет получениямелкодисперсной мартенситно-аустенитной матрицы с комплексными карбидами.Оптимальные значения твердости, износостойкости и механических свойств в литых изделиях достигаются при нормализации с температуры 970-1050 С.1355639 Таблица 1 Компоненты Предлагаемый Известный Углерод 2,3 2,4 2,9 3,3 2,1 3,5 0,3 0,2 0,6 1,0 0,1 14,8 28,2 15,7 27,0 28,0 0,4 08 2,6 3,2 0,5 1,2 1,0 0,5 0,7 1,0 0,2 0,22 09 0,1 Медь 0,02 0,05 0,1 Цинк 0,04 0,3 0,5 Ванадий 0,5 0,8 0,5 0,4 0,2 0,6 0,8 0,02 0,4 0,05 0,08 0,2 0,03 0,03 0,05 0,01 О, 12 0,1 ное,ное ное ное ное ное Та блица 2 Показатели Предлагаемый Известный 1430 147067 68 Предел прочности приизгибе, МПа 1020 1280 .60 65 960 140560 67 Твердость, НКС Коэффициент износостойкости 13,4 8,7 16,0 15,9 86 15,8 Микротвердость, МПа; 13780 182805020 5840 карбидов 5180 5760 5900 5920 матрицы КремнийХромМарганецНикель МолибденБориды РЗМНитриды бораЖелезо Содержание компонентов в чугуне, мас.7. Осталь- Осталь- Осталь- Осталь- Осталь- ОстальСвойства износостойких чугунов 18430 18710 14080 169401355639 7 Продолжение табл. 2 Свойства износостойких чугунов Показатели Известный Предлагаемый 7,8 146 Трещиностойкость, 7 144 4480 4610 1430 3880 1400 4160 Стабильность струк.туры, 7. 96 93 66 65 88 77 Составитель Н.шепитько Редактор Ю.Середа Техред Л,Олийнык Корректор И.ЭрдейиЗаказ 5753/25 Тираж 605 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д,4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная,4 Износ цилиндровыхвтулок при скорости пульп 3,5 м/с,мг/см ч Эксплуатационнаястойкость, ч