SU1219665A1 - Белый чугун - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к металлургии , в частности к изысканию износостойких чуГунов, работаю1цих в услови х наибольшего ударно-абразивного износа (высокоскоростного абразивного износа).

Цель изобретени  - повышение ударной в зкости и стойкости в услови х ударно-абразивного износа при сохранении твердости при повышенных температурах .

Пример, Выплавку -чугуна пров д т в индукционной печи с кислой футеровкой . В расплав чугуна при 1550° ввод т легирующие элементы: никель, медь, ферромолибден, феррованадий, алюминий и азот. Перед заливкой в ковш ввод т церий, лантан и иттрий Заливку в разовые формы провод т при 1490-1450°С.

Химический состав выплавленных чу Гунов приведен в табл. 1.

Содержание углерода и кремни  меньше нижнего предела приво. к увеличению в зкости и уменычению твердости не только в литом состо нии , но и после термической обработки , а следовательно, к уменьшению износостойкости. Повышение их содержани  выше верхнего предела приводи к резкому снижению стойкости за счет образовани  в структуре чугуна эвтектических карбидов большого размера в виде игл и менее термостойкого сложного карбида .

Легирование чугуна марганцем в указанных пределах способствует формированию аустенитно-карбидной структуры чугуна в литом состо нии. При этом исключаетс  образование перлитной структурной составл юш;ей.

При содержании марганца меньше нижнего предела образовавшийс  при кристаллизации аустенит при прохождении температуры перлитового преврщени  частично распадаетс  на перлит , что приводит к неоднородной структуре и снижению абразивной износостойкости . При содержании марганца больше верхнего предела падает твердость чугуна не только в литом состо нии, но и после термической обработки. Хот  это и приводит к увеличению в зкости чугуна, однако износостойкость, как основной параметр, значительно снижаетс  ввиду большого содержани  остаточного аустенита после термообработки.

196652

Высокое содержание хрома в чугуне приводит, в зависимости от содержани  углерода, к образованию большого количества термостойких карби5 дов хрома с гексогональной решеткой, обладающих высокой стойкостью к воздействию абразивного изнашивани . При содержании хрома меньше нижнего предела образуютс  карбиды

10 и , что непосредственно св зано с уменьаюнием износостойкости, а следовательно, эксплуатационной стойкости примен емых деталей. При содержании хрома выше 20 мас.% уменьша15 етс  эвтетика на основе карбида уступаю1 (его по твердости и теплостойкости карбиду Me (Jj. Одновременно детали из чугуна с содержанием хрома более 20 мас.% приобрета20 ет склонность к трешинообразованию в литом состо нии.

, Присадка никел  и меди приводит к получению аустенитно-карбидной структуры высоколегированного чугуна

25 в литом состо нии. Причем за счет ввода в чугун меди резко повышаетс  теплопроводность, что непосредственно приводит к снижению износа деталей , работающих при скоростном абра30 зивном трении. Это св зано с тем, что медь при кристаллизации расплава образует твердые растворы внедрени , обеспечива  при последующей термической обработке получе35 ние оптимальной структуры с высокой износостойкостью. Эти элементы в ко- личес гве меньше нижнего предела практически не оказывает вли ни  на изменение исходной структуры, а сле40 довательно, свойства чугуна.

Присадка выше верхнего предела нецелесообразна, поскольку никель в количестве более 3,5 мас.%, оказыва  воздействие на стабилизацию аус45 тенита, резко увеличивает его остаточное содержание после термической обработки, что приводит к снижению твердости и износостойкости. Наличие более 3,0 мас.% меди приводит к тому,

50 что она начинает выдел тьс  в свободном состо нии, а это снижает однородность по твердости, теплопроводность и износостойкость.

Присадка титана и алюмини  приво- дит к раскислению жидкого чугуна,

образованию мелкодисперсных нитридов, улучшению свойств расплава и изменению условий кристаллизации. В итоге

стабилизируютс  свойства чугуна и повышаетс  стойкость против тепловых воздействий, а следовательно, и износостойкость.

Введение титана в количестве меньше нижнего предела приводит к образованию разветвленных дендридов первичных карбидов, способствующих снижению абразивной стойкости деталей. Содержание этого элемента выше верхнего предела создает технологические трудности при получении годных отливок .

Присадка алюмини  меньше нижнего предела не приводит к изменению свойств расплава, а выше верхнего предела. - загр зн ет металл окислами, создава  дополнительные трудности в получении отливок и повьш1а  брак лить .

Комплексное легирование чугуна ванадием и молибденом приводит к повышению прочности, твердости и других механических свойств не только при комнатной, но и при высоких температурах .

Присадка этих элементов меньше предела приводит к уменьшению карбидов в структуре. В результате стойкость чугуна к абразивному изнашиванию резко падает. При введении их выше верхнего предела (каждого в отдельности ) происходит образование тройной эвтектики (А-УС-Мо С). Причем в карбидах содержание этих элементов достигает более 50%, что снижает их присутствие в твердом растворе, р результате падает износостойкость.

Легирование хромистого чугуна азотом приводит к измельчению первичного зерна и повьш ению стойкости к воздействию высоких температур. Содержание азота меньше нижнего предела не приводит к положительному эффекту , а Bbmie--верхнего - оказывает отрицательное вли ние,на прочностные свойства ввиду образовани 

в структуре чугуна нитридов титана больших размеров.

Дл  изменени  формы неметаллических включений, распределени  их

в металлической основе и удалени  с границ зерен примен ют комплексное модифицирование лантаном, церием и иттрием. В частности, вли ние цери  сказьшаетс  на удалении из

расплава кислорода и серы до минимального содержани , после которого их воздействие на свойства расплава не сказываетс . Иттрий и лантан выполн ют функцию нейтрализации фосфора и демодифицирующих элементов, что также сказываетс  на повышении свойств расплава. Присадка этих элементов меньше нижнего предела (каждого в отдельности) неэффективна , а вьш1е верхнего - приводит к образованию интерметаллидов, которые при эксплуатации детали отрицательно сказываютс  на свойствах чугуна. На- пример, интерметаллиды цери , располага сь по границам зерен, привод т к охрупчиванию детали, а следовательно , к уменьшению стойкости.

Испытани  по ударно-абразивной стойкости деталей из известного и

предлагаемого чугуна проведены на дробеметных барабанах.

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что чугун предлагаемого состава обладает более высокой ударной в зкостью, твердостью при температуре до 600 С и стойкостью в услови х ударно-абразивного износа.

Детали из белых высокохромистых чугунов без термической обработки практически не примен ютс . Результаты исследований показывают, что натурные издели  (броневые плиты, лопасти импеллера и др.) из предлагаемого чугуна имеют значительно большую износостойкость, чем из известного.

Известньш Предлагаемый

3,5 2,0 1,0 20 1,5 1,0 1,5 0,6

Известный 3,0 - Предлагаемый

0,1

0,20,005О

0,20,010,2

1,00,100,3

2,50,500,2

3,51,000,4

3,01,000,04

3,51,200,.

Т а б л и ц а 1

0,4

Остальное

Чугун

Ударна 

в зкость,

с 12 гс М/см

Известный

1,0

Предлагаемый

Таблицам;

Твердость, HRC, при температуре , °С

Стойкость, ч

20 I 20оТ 400 Т 600

63 60 58

50

86

Claims (1)

1. БЕЛЫЙ ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, медь, титан, церий, ванадий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения ударной вязкости и стойкости в условиях ударно-абразивного износа при сохранении твердости при повышенных температурах, он дополнительно содержит алюминий, лантан,иттрий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:.

   Углерод 2,0-3,4 Кремний 0,1-1,0 Марганец 0,5-4,0 Хром 12,0-20,0 Никель 0,2-3,5 Молибден 0,1-4,0 Медь 0,5-3,0 Титан 0,01-0,6 Церий 0,02-0,04 Ванадий 0,2-3,5 3 Алюминий 0,01-1,0 © Лантан 0,02-0,05 /л Иттрий 0,02-0,05 у) Азот 0,0005-0,01 с Железо Остальное м N3 СО ОЗ 05 СП

   >