Износостойкий чугун
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве деталей дробеметных аппаратов. Цель изобретения - повышение предела прочности при растяжении, твердости и износостойкости в термообработанном состоянии. Новый чугун содержит мас.%: С 2,9-3,3; SI 0,01-0,2; Мп 0,2-0,6; Сг 21-28; В 0,005-0.05; Са 0,005-0,05; Ti 0,4-1,0 и Fe остальное. Дополнительный ввод в предложенный чугун титана, а также изменение в нем содержания SI и Мп позволили повысить сгв в 1,25-1,4 раза; HRC в 1,05-1,10 раза и износостойкость в 1,32-1,38 раза. 2 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (sI>s С 22 С 37/06
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4680551/02 (22) 18.04.89 (46) 30.11.91. Бюл. ¹ 44 (71) Магнитогорский горно-металлургический институт им. Г,И.Носова (72) В,М.Колокольцев, А.Ф,Миляев, К.Н. Вдовин, Л.Б.Долгополова, С.П. Кожемякин, В.A.Àëoâ, И,M.×åáóðàõèí, А.А.Ежевский и В.Н.Молев (53) 669.15-196(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 1025749, кл, С 22 С 37/06, 1983, Авторское свидетельство СССР
¹ 1357451, кл. С 22 С 37/10, 1984.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к разработке состава чугуна для производства деталей дробеметных аппаратов
Цель изобретения — повышение предела прочности при растяжении, твердости и износостойкости.
Изобретение иллюстрируется примерами конкретного применения.
Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предложенного состава обусловлен следующим.
Содержание углерода (2,9 — 3,3%) близко к эвтектическому, При содержании углерода менее 2,9%, износостойкость понижается из-за уменьшения количества упрочняющей фазы. Увеличение содержания углерода более 3,3% нарушает однородность литой структуры, что приводит к снижению износостой кости.
» . Ж 1694681 А1 (54) ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве деталей дробеметных аппаратов. Цель изобретения — повышение предела прочности при растяжении, твердости и износостойкости в термообработанном состоянии.
Новый чугун содержит мас.% . С 2,9 — 33; Si
0,01 — 0,2: Мп 0,2 — 0,6; Cr 21 — 28; В 0,005 — 0,05;
Са 0,005 — 0,05; Ti 0,4 — 1,0 и Fe остальное.
Дополнительный ввод в предложенный чугун титана, а также изменение в нем содер>KBHvIsI SI M MA f103Bo éII повысить Gg B
1,25-1,4 раза; HRC в 1,05-1,10 раза и износостойкость в 1,32-1,38 раза. 2 табл, Кремний (0,01 — 0,2%) и марганец (0,2—
0,6% ) специально в состав чугуна не вводятся, а являются неизбежными добавками, попадающими с шихтовыми материалами.
Кремний уменьшает прокаливаемость, особенно сильно при его содержании более
0,2%. Содержание кремния в чугуне менее
0,01% труднодостижимо при использовании обычных шихтовых материалов, а также как и содержание марганца менее 0.2%.
Увеличение содержания марганца более
0,6% приводит к снижению точки начала мартенситного превращения и возрастанию стабильности и количества остаточного аустенита, снижающих абразивную износостойкость.
Хром (21,0-28,0%) необходим для образования износостойких карбидов типа; (Cr, Ре)т Сз и СгтСз. При содержании хрома менее 21% образуются карбиды типа (Ре, Сг)ЗС, снижающие абразивную износостойкость.
1694681
При содержании хрома более 287 в структуре чугуна присутствуют крупные и хрупкие карбиды типа МгзСе, также снижающие . абразивную износостойкость.
Введение в чугун кальция (0,005 — 0;05 ) основано на его способности взаимодействовать с серой. При содержании серы до
0,03 для полной десульфурации достаточно до 0,05 кальция, Кальций способствует равномерному распределению неметаллических включений по объему отливки и получению более дисперсной и однородной литой структуры. Содержание кальция менее 0,005 слабо влияет на дендритную структуру чугуна и морфологию неметаллических включений и этого количества недостаточного для подавления вредного влияния серы. Содержание кальция выше
0,05 приводит к образованию крупных неметаллических включений, загрязняющих сплав и снижающих его свойства, Бор (0,005 — 0,5 ), являясь поверхностноактивным элементом, упрочняет и стабилизирует границы зерен, замедляет рост кристаллов, способствуя иэмельчению структуры, что повышает стойкость чугуна в условиях ударных нагрузок. Присадка бора меньше
0,005 мало эффективна, а больше 0,05 приводит к охрупчиванию, образованию термических трещин, огрублению структуры и, следовательно, снижению абразивной износостойкости.
Титан (0,4 — 1,0 ) способствует измельчению зерна, устраняет столбчатое строение отливок, модифицирует чугун, позволяет получать однородные механические свойства по толщине отливки, способствует очищению металла от неметаллических включений. Смещает эвтектоидную точку вправо, уменьшая количество перлита и увеличивая в нем содержание углерода.
Титан способствует образованию эвтектоида с достаточно высокой твердостью и увеличению размеров его полей, уменьшению и исключению цементитной эвтектики.
Совокупность этих факторов приводит к увеличению вязкости чугуна и уменьшению в процессе износа выкрашивания эвтектики. Влияние титана более эффективно при введении его совместно с бором.
При содержании титана менее 0,4 повышение износостойкости не наблюдается, так как в основном в структуре образуются нитриды титана, а карбонитридов нет, что приводит к снижению износостойкости чугуна. При содержании в сплаве титана более
1,0 карбонитриды титана больших размерОв располагаются по границам аустенит10
45 ных зерен, что снижает износостойкость. трещиноустойчивость и жидкотекучесть.
Известно применение в чугунах титана, но в данном чугуне он играет специфическую роль.
Функциональное назначение титана проявляется в том, что наилучшие свойства чугуна достигаются при комплексном легировании хромом, бором и титаном за счет изменения баланса углерода между аустенитом и эвтектическим расплавом.
Кроме этого, существенным отличием следует признать и ограничение содержаний кремния и марганца в чугуне только тем количеством, которое вносится с другими шихтовыми материалами в процессе плавки. Чем меньше в данном чугуне будет кремния и марганца, тем выше его износостойкость. На основании изложенного можно сделать вывод о том, что данное техническое решение обладает существенными отличиями.
Пример, В индукционной тигельной печи емкостью 60 кг с основной футеровкой выплавляли опытные составы предлагаемого чугуна и чугуна. принятого за прототип (табл.1) по общепринятой технологии. Бор в виде ферробора, титан в виде ферротитана и кальций в виде силикокальция вводили в ковш при выпуске металла из печи.
Иэ различных составов чугуна заливали отливки лопаток для дробеметной камеры.
После охлаждения до комнатной температуры лопаток подвергали термической обработке по режиму: нормализация при
1050 С, выдержка 2 ч. Из части лопаток вырезали образцы для исследования структуры, твердости и износостойкости.
Остальные лопатки устанавливали на роторы дробеметных камер, где они проходили промышленные испытания на стойкость в рабочих условиях, Микроструктура литого чугуна представляет собой аустенит и хромистокарбидную эвтектику с карбидами типа СггСз, TIC; (Fe,Cr)7Ñç. Структура после термообработки троостомартенсит и карбиды.
Износостойкость образцов из лопаток определяли согласно ГОСТ 23,208-78. В качестве эталона испольэовали образцы из ст.45., а абразива — электрокорунд зернистостью М 16-П по ГОСТ 3647-71, Износ определяли по разности масс образцов, определенных до и после испытания, Относительную износостойкость определяли по формуле
1694681
Таблица
Предло кенный
3,1 0,15 0,35 24,3 0,82 0 009 0,006
0стальное
3
Известный
0,09 0,51 26,4 0,51
0,01 0 2 21 0 0,4
0,2 0 6 28 ° 0 1,0
3,0
2,9
3,3
0,03 .А 004
0,005 0,005
О 05 0,05
То же
11
ФФ
1,92 0,6 2,2 17,5
2,9 0,95 1,4 30,8
0,012 0э01 0э002
0,09 0,08 0,018
Таблица 2
Составитель Г. Дудик
Редактор Т. Пилипенко Техред М.Моргентал Корректор В. Гирняк
Заказ 4132 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035. Москва, Ж-35. Раушская наб.. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 где дэ. 5n — среднее арифметическое значение потери массы эталонных и исследуемых образцов; р, р — плотности эталонного и исследуемого материалов. 5
Свойства чугуна известного и предложенного состава приведены в табл. 2.
Как следует из табл.1 и 2, дополнительный ввод в cocraa предложенного чугуна титана и изменение в его составе содержания Sl и Мп позволили повысить ав в
1,25-1,4 раза: HRC — в 1,05-1,10 раза и из- 15 носостойкость — в 1,32-1,38 раза.
Формула изобретения
Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, бор, кальций и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения предела прочности при растяжении, твердости и иэносостойкости в термообработанном состоянии, он дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас. :
Углерод 2.9-3,3
Кремний 0,01 — 0,2
Марганец 0,2 — 0,6
Хром 21-28
Бор 0,005 — 0,05
Кальций 0,005-0.05
Титан 0,4 — 1,0
Железо Остальное
