Износостойкий чугун

ОЮЗ СОВЕТСКИ ОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУбЛИК А 1, ЯО 13665 2 С 35/00 фСЙГ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕТЕЛЬСТ К АВТОРСКОМ 80 Ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Всесоюзный заочный политехнический институт(56) Патент Великобритании У 1472292, кл. С 22 С 37/00, 1971 фАвторское свидетельство СССР Р 831851, кл. С 22 С 37/10, 1981, (54) ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН(57) Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию высокопрочных износостойких чугунов, применяемых для изготовления профильных заготовок толщиной 80-400 мм с повышенными упругопластическими свойствами методами непрерывного литья, Цель изобретения - повышение; стабильности упругопластических свойств в заготовках толщиной400 мм и иэносостойкости. Предложен"ньп 1 чугун содержит, мас.Е: углерод3,6-4,3, кремний 1,2-2,6, марганец0,8-1,5, хром 0,2-0,7, титан 0,150,5, ванадий 0,05-0,15, алюминий0,05-0,25, медь 0,9-1,4, карбиды иттрия 0,05-0,25, кальций 0,03-0,07,сурьма 0,07-0,25, РЗМ 0,02-0,08, ниобий 0,02-0,35, магний 0,06-0,12,железо остальное, Дополнительноевведение в состав чугуна ниобия,сурьмы, магния и карбидов иттрия впредложенных соотношениях обеспечивает получение в отливках более однородной структуры, стабильной пластичности в слитках, комплекс новыхсвойств, сочетающих в себе высокиезначения эксплуатационных свойств,стабильной динамической прочности,износостойкости и удароустойчивостив массивных заготовках, получаемыхнепрерывными методами литья. 2 табл, 136654630 50 Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию высокопрочных износостойких чугунов,применяемых для изготовления про 5фильных заготовок толщиной 80-400 ммс повышенными упругопластическимисвойствами методами непрерывного. литья,Цель изобретения - повышение стабильности упругопластических свойствв заготовках толщиной 80-400 мм иизносостойкости.Предлагаемый чугун содержит углерод, кремний, марганец, хром, титан, 15ванадий, алюминий, редкоземельныеметаллы (РЗМ), кальций, медь, ниобий,сурьму, магний, карбиды иттрия ижелезо при следующем соотношениикомпонентов, мас.%20Углерод 3,6 - 4,3Кремний 1,2 - 2,6Марганец 0,8 - 1,5Хром 0,2 - 0,7Титан 0,15 - 0,5Ванадий 0705 Ог 15Алюминий 0,05 - 0,25Медь 0,90 - 1,40Кальций 003 - 0,07Сурьма 0,07 - 0,25Редкоземельныеметаллы 0,02 - 0,08Ниобий 0,02 - О, 35Магний 0,06 - О, 12Карбиды 35иттрия 0,05 - 0,25ЖелезоОстальноеСодержание основных компонентов(углерод 3,6-4,3 мас.%; кремний 1,22,6; марганец 0,8-1,5 мас,%) определено из практики производства износостойких чугунов с повышенными упругопластическими свойствами и состабильной структурой, При концентрации углерода до 3,6 мас,%, кремниядо 1,2 мас,% и марганца более 1,5 мас,%увеличивается количество цементитав структУре, .снижаются ее стабильность и удароустойчивость,При содержании углерода более 43мас,%, кремний более 2,6 мас,% имарганца менее 0,8 мас,% увеличивается ликвация, загрязненность чугуна неметаллическими включениями иснижается стабильность структурыи упругопластических свойств в заготовках, Углерод, кремний и марганецв укаэанных пределах обеспечиваютзатвердевание по стабильной системе,Содержание микролегирующих добавок (мас,%: хром О, 2-0, 7; титан 0,15-0,5, медь 0,9-1,4, ванадий 0,05- 0,15, РЗМ 0,02"0,08, алюминий 0,05" 0,25) определено экспериментально и ограничено пределами, обеспечивающими однородную структуру и оптимальные прочностные и пластические свойства, уменьшение междендритной зоны в профилях, стабильную микротвердость. При более низком их содержании прочностные и пластические свойства недостаточны, а при увеличении их концентрации вьппе верхних пределов снижается удароустойчивость, динамическая стойкость и стабильность структуры, что приводит к снижению относительного удлинения и других свойств и их стабильности, Верхние пределы концентрации отбеливающих элементов (хрома, ванадия, РЗМ) снижены, а титана и меди, способствующих повьппению упругопластических свойств чугуна, повышены,Кальций введен как эффективный модификатор, очищающий границы зерен от неметаллических включений и повышающий стабильность структуры и упругопластических свойств чугуна,Верхний предел концентрации кальция ограничен его растворимостью в перлите, а при концентрации его 0,3 мас.% модифицирующий эффект недостаточен и упругопластические свойства чугуна в профильных толстостенных заготовках снижаются, Степень сфероидизации графита в чугуне предлагаемого состава 89-96%Срок службы деталей, изготовленных из предложенного чугуна в условиях ударных нагрузок и сухого трения, в 1,8- 3,6 раза выше, чем деталей из базового износостойкого чугуна.Введение в известный чугун карбидов иттрия в пределах 0,05-0,25 мас,% обеспечивает увеличение центров кристаллизации и повышение дисперсности структуры, однородности структуры внутри профилей, степени перлитизации металлической основы отливок, увеличение однородности упругопластических свойств в заготовках Ф 80- 400 мм, ударостойкости, износостойкости, что приводит к повышению стабильности механических свойствСодержание карбидов иттрия выше верхнего предела нецелесообразно, так как в этом случае в связи с малой1366546 40 45 50 55 их растворимостью увеличивается ихликвация в аустенит и отбеливающее влияние, что снижает однородность структуры, стабильность упру 5гопластических свойств и динамическойпрочности чугуна. Введение в чугункарбидов иттрия в количестве ниженижнего предела не обеспечивает получение желаемых преимуществ по одно; 10родности структуры, износостойкости,стабильности упругопластическихсвойств, оказывает графитизирующеевлияние,Введение в чугун ниобия обусловлено тем, что он упрочняет матрицу и из.мельчает литое зерно в центральнойзоне слитков, уменьшает междендритнуюзону и измельчает графит, изменяяего Форму, структуру металлической 20основы в отливках, повьппает пластич"ность, стабильность микротвердости,динамической прочности и других физико-механических свойств в толстостенных профильных заготовках, 25Введение в чугун ниобия в количествах менее 0,02 мас,существенного влияния на повьппение стабильностиупругопластических свойств не оказывает, а содержание ниобия выше0,35 мас.нецелесообразно, так какв этом случае значительно возрастает длительность плавки чугуна и усложняется технология внепечной обработки, снижаются удароустойчивость,однородность структуры и стабильность вязкости в отливках. Магний и износостойкий чугун в количестве 0,06-0,12 введен как эффективный микролегирующий компо- нент, который связывает примеси в компактные неметаллические включения, улучшает фактор формы графита, обеспечивая повышение однородности структуры, микротвердости, упруго- пластических свойств в массивных профильных заготовках. При содержании магния менее 0,06 мас.не обеспечивается существенного повьппения дисперсности структуры, микротвердости, стабильности структуры в заготовках толщиной 80-400 мм, образования компактного графита и упруго- пластических свойств в массивных слитках, Увеличение концентрации магния более 0,12 мас, , снижает однородность структуры, ударную вязкость, стабильность механических свойств из-за появления черных пятен и ликвации,Сурьма в заданных пределах от0,07 до 0,25 мас, . способствует измельчению структуры и повышениюпластических свойств, измельчениюлитого зерна в массивных заготовках,что обеспечивает повышение стабильности упругопластических свойств,При содержании сурьмы ниже 0,07 мас,стабильности структуры, иэносостойкости и ударной вязкости не достигается, а при увеличении ее содержания более 0,25 мас,7. снижаются удароустойчивость и пластичностьувеличивается количество интерметаллических включений по границамзерен.П р и м е р. Чугун выплавляют виндукционных печах. Для микролегирования чугуна использовали магниевуюлигатуру, металлическую .сурьму иферросплавы, Модифицирование чугуна РЗМ карбидами иттрия, магниевымилигатурами и алюминием производятв литейных ковшах при выпуске чугуна из печи, Химический состав проверяют экспресс-анализом, содержаниекарбидов иттрия - методом дифференцированного химического анализа,Химический состав исследованныхчугунов приведен в табл,1, механические свойства иэносостойкого чугуна в литых заготовках и удароустойчивость - в табл,2. Угар РЗМ составляет 18-237, карбидов пттрия 10-143. Усвоение ниобиянэ феррониобия, присаживаемого после рафинирования расплава в печь,составляет 96-98%, магния 47-52% исурьмы 77-802, Карбиды иттрия вводились в виде измельченных брикетов счастицами 0,5 - 4 мм,Температура металла перед выпуском иэ электропечи для модифицирования в ковш емкостью 2 т составляла1400-1430 С, а температура чугунапри заливке расплава в кристаллиза, тор установки для непрерывного литья -1330-1360 С.На установках ЛНЛЧвытягиваютпрофильные заготовки толщиной 80,160 и 400 мм, Предел прочности и износостойкости чугунов определяли на образцах, вырезанных иэ профилей 80 мм,Микротвердость металлической основыопределяют на микротвердомере ПИТ-З,1366546 5 0,05 - 0,25Остальное Таблица 1 Содержание компонентов, мас,7., в чугуне Компоненты известпредлагаемом ном 4,0 Углерод 3,6 4,3 4,4 3,3 Кремний 1,2 1,6 1,2 2,8 1,0 1,2 1,6 МарганецХромТитан 0,8 0,8 0,2 0,7 1,0 0,1 0,4 0,15 0,2 0,5 0,6 0,02 Ванадий 0,2 0,05 0,1 0,15 0,18 0,02 О,З Алюминий 0,05 0,1 0,25 0,27 0,01 Медь 1,2 1,2 1,4 1,55 0,75 Карбидыиттрия 0,27 0,03 0,100,01 0,05 0,12 0,25 0,05 0,07 0,05 . 0,08 0,3 Кальций 0,03 0,1 РЗМ 0,02 0,09 0,01 а ударную вязкость, относительноеудлинение и ударостойкость - на стандартных образцах, вырезанных из проФилей,Как видно из табл,2, предлагаемыйизносостойкий чугун обладает болееоднородными и стабильными значениямиупругопластических свойств и износостойкости, чем базовый иэносостойкийчугун,Введение в состав чугуна ниобия,сурьмы, магния и карбидов иттрия взаданных соотношениях обеспечивает15получение в отливках более однородной структуры, стабильной пластичности в слитках, комплекс новых свойств,сочетающих в себе высокие значенияэксплуатационных свойств, стабильнойдинамической прочности, износостойкости и удароустойчивости в массивных (80-400 мм ) заготовках, получаемых непрерывными. методами литья.25 формула изобретения Износостойкий чугун преимущественно для непрерывно-литых загото 30 вок, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, титан, алюминий, редкоземельные металлы, кальций, медь и железо, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения стабильности упругопластических свойств в заготовках толщиной 80-.400 мм и иэносостойкости, он дополнительно содержит ниобий, сурьму, магний и карбиды иттрия при следующем соотношении компонентов, мас.Х:Углерод 3,6 - 4,3Кремний 1,2 - 26Марганец 0,8 -. 1,5Хром 0,2 - 0,7Ванадий 0,05 - 0,15 Титан 0,15 - 0,5Алюминий 0,05 - 0,25 Редкоземельные металлы 0,02 " 0,08 Кальций 0,03 - 0,07 Медь 0,9- 1,4Ниобий 0,02 - 0,35 Сурьма 0,07 - 0,25 Магний 0,06 - 0,12 КарбидыиттрияЖелезо,0 Сурь О2 0,2 0 Жел Осталь таль- Остал Остальное Остальстал ое о о е ое а блица 2 угун оказатели Предлагаемы звестЗй 4 46 3 260 ентре офиля 3 47 8 0,05,0 Предел прочности при растяжении,. ИПа 246 Динамическаяпрочность,10 1366546 Продолжение табл,2 Чугун Показатели Известный Предлагаемый 0,08 0,28 0,48 0,46 0,34 005 4-9 4"8 3-8 160 3-7 400 948-996 832-918 817-894 1275-1316 1328- . 13121370 1356 874-925 630"706 129113171212-1285 571-656 160 767-816 518-592 12341302 1174-1226 376"428 400 Износ, мг/м ч 172-186 27-30г 141-165 42-57 23-27 Составитель Н,ШепитькоТехред М. Дидык Редактор М,Недолуженко Корректор С.Черни Заказ 6777/24 Тираж 593 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д,4/5Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул.Проектная,4 в поверхностнойзонепрофиля400 мм Относительное удлинение профиля, %, мм80 Удароустойчивость циклы профиля, мм80 13-15 12-14 10-12 14-17 13-16 9-11 13-16 12-15 7-10 12-14 11-13 5-8 12811326 1212- 1284 25-28