Чугун

 

ЧУГУН, содержащий углерод, хром, кремний, марганец и железо. отличающий-ся тем, что, с целью повьошения механических свойств и износЬстойкости, он дополнительно содержит азот, бор, ванадий , молибден, иттрий и церий следующем соотношении компонентов , мае. %: Углерод 2,9-3,2 Хром 15-28 0,6-1,0 Кремний fapгaнeц 0,4-0,8 0,05-0,20 Азот 0,001-0,200 Бор 0,001-1,000 Ванадий 0,001-1,000 Молибден I 0,0005-0,1000 Иттрий 0,0005-0,1000 Церий (Л Железо Остальное

союз советских

° СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН.(19) (11) 3(51) С 22 С 37 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ отличающийся тем, что, с целью повышения механических свойств и износ >стойкости, он дополнительно содержит азот, бор, ванадйй, молибден, иттрий и церий гри следующем соотношении компонентов, мас. В:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР .

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3455664/22-02 (22) 18.06.82 (46) 15.10.83. Бюл. 9 38.; (72) С.Ж. Жалимбетов, П.Т. Кравец, П.П. Алифер, Н.И. Лебеденко, В.A Григорян, А.М. Михайлов и В.П. Бугай (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт технологии арматуростроения (53) 669.15-196(088.8) (56) 1. Гарбер М.Е. Отливки из белых износостойких чугунов. М

"Машиностроение", 1972, с. 12-13.

2. Авторское свидетельство СССР

9 583192, кл. С 22 С 37/00, 1977. (54 ) (57) ЧУГУН, содержащий углерод, хром, кремний, марганец и железо, Углерод

Хром

Кремний

Марганец

Азот

Бор

Ванадий

Молибден

Иттрий

Церий

Железо

2,9-3 2

15-28

0 6-1,0

0,4-0,8.

0 05-0,20

0,001-0,200

0,001-1,000

0,001-1,000

0,0005-0,1000

0,0005-0,1000

Остальное

1047986

Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию чугунов для изготовления износостойких деталей.

Известен чугун (. 1), содержащий компоненты ц следующем ° соотношении, 5 мас. %:

2,7-3,0

0,7-1,4

0,5-0,8

28,0-30,0

1,5-3,0

Остальное

УгЛерод

Кремний

Марганец

Хром .НикелЬ

Железо

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 P2), содержащий элЕменты, мас. %:

20

2,90-3,20

20,00-22,00

0,60-1,00

0,40-0,80

1,20-3,20

Остальное ГБ.

Углерод

Хром

Кремний

Марганец

Никель .Железо

30

Этот чугун широко применяется для изготовления литых деталей различного оборудования, работающих в условиях абразивного и коррозионного воздействия рабочих сред. 35

Недостатками 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. %:

50

60

Содержание азота в предлагаемом чугуне принято (0,05-0,20j%, так 65

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Азот

Бор

Ванадий

Молибден

Иттрий

Церий

Железо

2,90-3,20

0,60-1,00

0,4-0,8

15,00-28,00

0 05-0,20

0,001-0,20

0,001-1,00

0,001-1,00

0,0005-0,10

0 0005-0,10

Остальное как это в сочетании с (2,9-3,2)% углерода, (15-28)% хрома, (0,001

1,0)% ванадия и (0,001-1,00)% молибдена обеспечивает получение в литом состоянии микроструктуры, состоящей иэ аустенитной металлической основы и первичных карбидов типа Ме С, которые после закалки на воздухе превращаются в мелкоигольчатый мартенсит с вторичными карбидами и повышают износостойкость чугуна. При содержании азота ниже нижнего предела в микроструктуре 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 (0,0010,20)%, 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 неметаллических 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 мелкодисперсных карбидов В4С (T „„= 2350 С) и нитридов .BN (Type= 3000 C)> являющихся центром кристаллизации, повышения .дисперсности микроструктуры и улучшения прокаливаемости чугуна.

Содержание ванадия в чугуне,принято (0,001-1,0)%, так как при содержании ниже нижнего предела он не оказывает влияния на процессы структурообразования чугуна. При концентрации ванадия выше верхнего

1047986 предела в микроструктуре чугуна резко увеличивается содержание хрупких карбидов, склонных к выкрашиванию при ударных нагрузках, и снижается износостойкость чугуна.

Введение ванадия в укаэанных пре- 5 делах повышает износостойкость и механические свойства чугуна эа счет образования мелкодисперсных и тугоплавких оксидов V Og (T ä )2000 С) нитридов VN (Три = 2050 C) и карби- 10 дов Ч С (Т„л = 2850 С), оказывающих зародышевое действие при кристаллизации расплава, очищая границы .зерен от примесей, и повышения про.каливаемости чугуна. Ванадий одновременно 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 мелкодисперсных карбидов Мо С (T„„ =

2405 C), входящих в состав комплексных карбидов типа Ме С, подавления перлитного превращения и повышения прокаливаемости чугуна. Молибден растворяется и в твердом растворе аустенита, но он не стабилизирует аустенит, т.е..не препятствует мартенситному превращению. 30

Содержание 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.

Содержание иттрия (церия) в чугуне, а также в случае их совместного присутствия, принято (0,00050,10) 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- 50 ханические свойства и износостойкость чугуна.

Введение иттрия и церия в указанных пределах повышает механические свойства и износостойкость чугуна эа счет рафинирующего и модифицирующегО действия их путем образования устойчивых, тугоплавких и мелкодисперсных карбидов YC (18001900 С) У .С (1700-1800 C) Y С 50 (1800 С), оксидов Yg Og (Т л = 2415 C), СеО (Тдл = 2600 С), сульфидов CeS (Тпл = 2700 C) Y Sy (Тпл= 1900оC) а также нитридов YN (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 его снижен до 15% без существенного ухуд» шения свойств чугуна.

Содержание хрома в чугуне расширено для обеспечения заданного. комплекса свойств по износостойкости и коррозионной стойкости, а также по механическим и литейным свойствам 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 и усиливает 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, препятствует их росту, повьпаают 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 Сцелиш-2 и Сиитмиш-1 и аэотированного феррохрома.

1047986

Для определения свойств чугуна отливаются стандартные цилиндрические пробы диаметром 30 мм и длиной 340 мм и клиновидные пробы, иэ которых вырезаются образцы для испытания чугуна на корразионную стойкость,.износостойкость и определения его свойств. Свойства чугуна определяются после закалки с температуры 1000-1100 С на вбздухе. Износостойкость определяют как отношение потери массы эталона к потере

Массы 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 коррозионную стойкость по сравнению с чугуномпрототипом. Предлагаемый чугун по сравнению с прототипом имеет более высокие механические свойства, а именно: предел прочности на разрыв на 15-25%, стрелу прогиба - на 4080% и ударную вязкость в 2 раза выше, чем у чугуна-прототипа.

Замена существующих в отрасли износостойких чугунов типа ИЧХ28Н2, ИЧХ28Н2М и др. на предлагаемый беэникелевый чугун позволяет сэконо10 мить большое количество дефицитного никеля и одновременно увеличить ресурс работы изделий.

Годовой экономический эффект от внедрения предлагаемого чугуна только в отрасли химического и нефтяного .машиностроения составляет .300,0 тйс. руб. при годовом объеме производства их около 1000 т за счет экономии 25 т никеля, увеличения ресурса работы изделий и снижения потерь от брака.

1047986

9 о х

)« о о! М«

l 1

I.

» — -»

I

1. к

<О

«» с

«.«

D (Ч с

РЪ

I

1

I

I

) t3l .

Ю

О «-1 О Н

О Ю « Ю с с с

О, О Ю Ю

ttl

О

Ю с О

tA

О

О с

Ю

«-1 с

Ю

«-»

Ю

Ь. t

Х 1 о

И

»3Ъ

Ю

Ю

Ю с

tll

Ю

Ю с

Л

Ю

О

Ю

Ю

«"3 О Q

О «1»-Ч с с с

О . О, О

»-»

Ю с

Ю>

«-1 с

Ю бР

ttl

О с

9

Ц

О

tD с

«!

Ю с

Ю«

Х

Ю х

Ю

»«Ъ

»3Ъ

»«Ъ, с

Х О » Ю с »» »

3!Ъ О

ЧР 3«Ъ с с

О О

«"М

О с

«3 с

Ю

«3» с

O о

3t: х

Х

Е х

1 — -»

I

Й х !

«

О

)«

О а

) О . ttl

О 3)Ъ

« с т) О

tlat

«3 с

Ю

tA с

tA

«3 а с

ОЪ. tO с

Ю ! с

9 с

tt) Ю

)«

ttI

Ц

Ц

9 О а сч

g c

\

Н О

О О с с

О О

l а3

1

1 I

I I

И

»33

Ю с

Ю .

D с

tA

Ю с

1

Ю. с

tO

D с

D! !

И Е 1

Ct

CO с

D (Ч

«3» с

С»

CO <О

Ul Ot с. с

О О

Ц о о

О . О

33Ъ О с с

«3» t)l

«-1 4

»Л

Ю с

D (Ч

О О О

О О «-3 «"3 с с с с

О ф 3)Ъ О

ФЧ . 3Ч 3Ч . 3Ч

ЪЗЪ Ю с с

«-1 .3Ч

t«3 3Ч

3 о

Р)

О

ОЪ с

СЧ

»-! !

I 1

n5, l

1! х!

Х I

Ц !

О 1

tO I ! ч 1

U I

1

1 I

3

) > f

l 1

1 I

1 — — -! 1 1

I 1

1 О 1

I

I 3 I

I Vj I

1 I

1

Г

I

I и 1

О I

1 )

I l

1 I

Г

I

1 0

1

1 1

l 1 1 1 ) I

t Ф t. . с е

I 1 I 1 1

У

I l 1 ) 1 ) и э и ! I 1 I I I

»3Ъ »с» Ю Ul »с3 3

О О О 3Ч «-1 О О О с с с с с с с .с

О О О О О О Ю О

Ю Ю tA Ю tA»3Ъ 3!Ъ ttl

CO «3 1О 1О tO IA Ю «3 с . с с с с с

О О О О Ю О Ю О

О О О О 3)Ъ ttl »3Ъ ttl 0 CO . О 3 «О 30 CO 0 с с с \ с \ с с

О О rt О .О О О О

3)Ъ О О О ОО «-! 3)Ъ t)l

О» ОЪ Ю 3Ч г 3 «Ч ОЪ т 3 с с \ с с с с

3Ч 3Ч <«Ъ 3«\ 3«Ъ t«l ФЧ РЪ

«-! t«3»«Ъ ° 3» ttl с СО

Ю с

<Ч

t«3

»-3

П1 с

Ю

«!

1

1

1

I

I

I !

I ! !

1

1 ! ! !

l

9 х ф а

О

»(3 о

О е с

Ю

Ю

9

)»

О

Ю

z

3 а

9 о

1047986

Т а б л и ц а 2

Механические свойства

Плав ки

Стрела прогиба, ф

Износо стойкость верость с

24 210

Предлагаемый чугун

88 0

11,0 100 30

1 48,5

7,0

2 49,0

11,5 101 31

1,0

6,5

90,0

11,6 98 28

0,95

3 48,0 б,б

89,0

120 95 26

0,90 62

4 45,0

87,0

5,7

5 45,0

12,0 96 26

0,90 60

6,0 б 47,5

11,9 98

0,91 62

7,0,88, 5

О, 90 60

7 1

10., 9 97

7 48,0

11,0 96

0,85 62

91

6,5

8 50

Чугун-прототип 320Х20Н

9,0 125

9,5 120

0,40 60

9 38,0

70,0

3 5

10 39,0

0,44 62

4,0

71,0

Составитель Н. Косторной

Редактор Л. Авраменко ТехредМ..бергель Корректор А Ференц

Заказ 7869/30 Тираж 627 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная; 4

Предел прочности на разрыв, кгс/мм

Сопротивление изгибу, кгс/мм

Ударная вязкость ,кгс.м/см

Скорость коррозии в

30%-ном растворе Н 04 за время выдержг/м