Чугун

(19) (11)А 1) С 22 С 37 ПИСАН ТЕНИ тем, что, ческихи, он дот, бор, ваи церий и компонен 2 ч а ю щ и й с яповыаения механии износЬстойкосьно содержит аэоолибден, иттрийующем соотношени отли с целью свойств полнител надйй, м гри след тов, мас 11 38.; П.Т. К денкоМихайлов Бюл.имбетов,Н.И. Лебе ав.ец ова- арматууглеродХромКремнийМарганецАзот стооерскл ВанадийМолибденИттрийЦерийЖелезо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР, ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ"Машиностр2. Авто9 583192,ный научно-исслед итут технологии 96(088.8)р М,Е. Отливки из бейких чугунов. М., ие", 1972, с. 12-13. ое свидетельство СССРС 22 С 37/00, 1977,(54) (57) ЧУГУН, содержащий углерод,хром, кремний, марганец и железо,2,9-3,2 15-28 Осбк 0 0,4-0,8 0,05-0,20 0,001-0,200 0,001-1,000 0,001-1,000Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию чугунов для изготовления износостойких деталей.Известен чугун (.1), содержащий компоненты ц следующем соотношении, 5 мас. В: углеродКремнийМарганецХром.НикелЬЖелезо 2,7-3,00,7-1,40,5-0,828 у 0-30,01,5-3,0Остальное 1,0 Указанный чугун имеет низкие литейные свойства, низкие механические свойства и содержит в составе дефицитный и дорогостоящий никель.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является износостойкий чугун 2, содержащий элементы, мас. %: 15 20 углеродХромКремнийМарганецНикельЖелезо 2,90-3,20 20,00-22,00 0,60-1,00 0,40-0,80 1,20-3,20 Остальное 2).25 30 Этот чугун широко применяется для изготовления литых деталей различного оборудования, работающих в условиях абразивного и коррозионного воздействия рабочих сред, 35Недостатками известного чугуна являются низкие механические свойства и высокая хрупкость, низкая износостойкость, наличие в составе его дефицитного и дорогостоящего 40 никеля.Цель изобретения - повышение механических свойств и иэносостойкости чугуна. Поставленная цель достигается тем, что чугун содержащий углерод, кремний, марганец, хром и железо, дополнительно содержит азот, бор, ванадий, молибден, иттрий и церий при следующем соотношении компонентов, мас. Ъ: 45 50 55 60 Содержание азота в предлагаемомчугуне принято (0,05-0,20)%, так 65 углеродКремнийМарганецХромАзотБорВанадийМолибденИттрийЦерийЖелезо 2,90-3,200,60-1,000,4-0,815,00-28,000,05-0,200,001-0,200,001-1,000,001-1,000,0005-0,100,0005-0,10Остальное как это в сочетании с (2,9-3,2)Ъ углерода, (15-28)Ъ хрома, (0,001 1,0)Ъ ванадия и (0,001-1,00)Ъ молибдена обеспечивает получение в литом состоянии микроструктуры, состоящей иэ аустенитной металлической основы и первичных карбидов типа Ме 7 С, которые после закалки на воздухе превращаются в мелко- игольчатый мартенсит с вторичными карбидами и повышают износостойкость чугуна. При содержании азота ниже нижнего предела в микро- структуре чугуна появляется перлит и снижается твердость и износостойкость его, При концентрации выше.верхнего предела в твердом сплаве выделяется избыточное содержание азота (сверх его растворимости) в виде "азотистой" пористости.Введение в чугун азота, аустенитообраэующего элемента в укаэанных пределах повышает износостойкость и механические свойства чугуна за счет растворения азота в твердом растворе аустенита, стабилизации и упрочнения его и подавления перлитного превращения. Азот подобно углероду внедряется в междоуэлия кристаллической решетки аустенита и уп.рочняет его. Растворимость азота в чугуне зависит от химического состава его и температуры. Расчеты показывают, что при содержании укаэанных элементов на нижнем уровне растворимость азота в чугуне составляет 0,058 и при содержании их на верхнем уровне 0,215. Часть азота находится в составе устойчивых нитридов (например, нитридов хрома, ванадия и т.д.).Содержание бора принято (0,001- 0,20)Ъ, так как при содержании ниже нижйего предела бор не влияет на процессы структурообразования. При концентрации выше верхнего предела бор активно взаимодействует с азотом, кислородом и углеродом, образует скопления неметаллическвх включений и избыточных карбидов, склонных .к выкрашиванию, и снижает износостойкость и механические свойства чугуна.Введение бора в указанных пределах повышает износостойкость и механические свойства чугуна эа счет образования тугоплавких и мелко- дисперсных карбидов ВС (Т = 2350 С) и нитридов .ВИ (Тпр= 3000 С), являющихся центром кристаллизации, повышения .дисперсности микроструктуры и улучшения прокаливаемости чугуна.Содержание ванадия в чугуне,принято (0,001-1,0)Ъ, так как при содержаний ниже нижнего предела он не оказывает влияния на процессы структурообразования чугуна. При концентрации ванадия выше верхнегопредела в микроструктуре чугуна резко увеличивается содержание хрупких карбидов, склонных к выкрашиванию при ударных нагрузках, и снижается износостойкость чугуна.Введение ванадия в укаэанных пре делах повышает износостойкость и механические свойства чугуна эа счет образования мелкодисперсных и тугоплавких оксидов Ъ ОЗ (Т )2000 С) нитридов ЧИ (Тпл = 2050 С) и карби дов Ч С (Тл = 2850 С), оказывающих зародышевое действие при кристаллизации расплава, очищая границы .зерен от примесей, и повышения про.каливаемости чугуна. Ванадий од-15 новременно повышает растворимость азота в твердом растворе аустенита и упрочняет его.Введение молибдена в указанных пределах повышает износостойкость и механические свойства чугуна эа счет образования тугоплавких и мелко- дисперсных карбидов МоС (Тпл =2405 С), входящих в состав комплексных карбидов типа МеСЭ, подавления перлитного превращения и повышения прокаливаемости чугуна. Молибден растворяется и в твердом растворе аустенита, но он не стабилизирует аустенит, т.ене препятствует мартенситному превращению. 30Содержание молибдена в чугуне -нринято (0,001-1,00)В, так как при концентрации ниже нижнего предела он не оказывает влияние на процессы структурообразования, а увеличение содержания молибдена выше верхнего предела нецелесообразно в связи с высокой его стоимостью и резким повышением содержания хрупких карбидов.40Содержание иттрия (церия) в чугуне, а также в случае их совместного присутствия, принято (0,0005- 0,10) В, так как при содержании его ниже нижнего предела рафинирующего и модифицирующего воздействия на чугун не наблюдается, а при увеличении содержания указанных компонентов выше верхнего предела образуются. скопления сульфидов, оксидов, оксисульфидов и нитридов, ухудшающие ме ханические свойства и износостойкость чугуна.Введение иттрия и церия в указанных пределах повышает механические свойства и износостойкость чугуна эа счет рафинирующего и моди- фицирующегО действия их путем образования устойчивых, тугоплавких и мелкодисперсных карбидов УС (1800- 1900 С) У.С (1700-1800 ф С) У С 50 (1800 С), оксидов УОЭ (Тл = 2415 С), СеО (Тдл = 2600 фС), сульфидов СеЯ (Тпл = 2700 фС) У.Яь (Тел = 1900 оС а также нитридов УМ (Трл = 2600 С) . Тугоплавкие мелкодисперсные включения являются центром кристаллизации,.распределяются в объеме зерна, очищая. границы его от примесей, повышают дисперсность и равномерность микроструктуры и улучшают свойства чугуна.Увеличение содержания хрома одновременно повышает растворимость азота в твердом растворе аустенита и подавляет перлитное превращение в массивных отливках. Для экономии хрома нижний предел содержания егоснижен до 15 без существенного ухудшения свойств чугуна.Содержание хрома в чугуне расширено для обеспечения заданного.комплекса свойств по износостойкости и коррозионной стойкости, а также по механическим и литейным свой- ствам в зависимости от требований, предъявляемых к отливкам, и условий их работы, Верхний предел содержания хрома увеличен до 28 для повышения коррозионной стойкости и износостойкости чугуна за счет увеличения содержания карбидов хрома.Введение в металлический расплав последовательно молибдена, иттрия, церия, ванадия, бора и в последнюю очередь азота (например, в составе азотированного феррохрома), ввод которого в жидкий чугун сопровождается заметным барботажем расплава, вследствие выделения избыточного азота иэ ванны, взаимно дополняет иусиливает рафинирующее, модифицирующее и легирующее действие их на микроструктуру и свойства чугуна, так как указанные элементы имеют разную степень сродства к кислороду, сере, фосфору, азоту и углероду. Кроме того, вводимые в жидкий чугун элементы, являясь поверхностно-активным и, концентрируясь на границах зерен, препятствуетих росту, повьпцают дисперсность микроструктуры и равномерность распределения карбидов и нитридов. Таким образом, последовательное введение указанных элементов в установленных пределах содержания позволяет в наибольшей степени использовать их воздействие на микроструктуру и свойства чугуна.В табл. 1 приведены химические составы известного и предлагаемого чугунов. Для изучения свойств чугуна проводят. выплавку его в 40 килограммовой индукционной печи.Доводку чугуна до заданного химсостава осуществляют путем присадки в печь при температуре расплава, равной 1480-1550 С с присадкой ферро молибдена, феррованадия, ферробора, лигатур Сцелиши Сиитмиши аэотированного феррохрома.Для определения свойств чугуна отливаются стандартные цилиндрические пробы диаметром 30 мм и длиной 340 мм и клиновидные пробы,иэ которых вырезаются образцы дляиспытания чугуна на коррозионнуюстойкость,.износостойкость и определения его свойств. Свойства чугунаопределяются после закалки с температуры 1000-1100 С на вбздухе, Износостойкость определяют как отношение потери массы эталона к потереМассы образца, испытанных в идентичных условиях,В табл. 2 приведены соответствующие составам свойства чугунов.Приведенные данные показывают,.что предлагаеьый беэникелевый азотсодержащий чугун имеет более высокую износостойкость и коррозионнуюстойкость по сравнению с чугуномпрототипом. Предлагаемый чугун по сравнению с прототипом имеет болеевысокие механические свойства,аименно: предел прочности на разрывна 15-25%, стрелу прогиба - на 4080 и ударную вязкость в 2 разавыше, чем у чугуна-прототипа.Замена существующих в отраслиизносостойких чугунов типа ИЧХ 28 Н 2,ИЧХ 28 Н 2 М и др. на предлагаемыйбеэникелевый чугун позволяет сэконо мить большое количество дефицитного никеля и одновременно увеличитьресурс работы изделий.Годовой экономический эффект отвнедрения предлагаемого чугуна только в отрасли химического и нефтяного .машиностроения составляет,300,0 тйс. руб, при годовом объемепроизводства ихоколо 1000 т засчет экономии 25 т никеля, увеличения ресурса работы изделий и снижения потерь от брака.10 1047986 Таблица 2 Механические свойства Плав ки Износостойкость 24 210 Предлагаемый чугун 88,0 1,0 10 30 60 48,49,0 1,5 10,44 4,5 Составитель Н. КосторноРедактор Л. Авраменко ТехредМГергель рректор А.ференц Заказ 7869/30 Тираж 627 Под ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5