Износостойкий чугун

(73) Патентообладатели Физико-технический институт НАН Б Дудецкая Лариса Романовна Горецкий Георгий Прокопьевич Ткачева Валентина Александровна Гарбуз Станислав Викентьевич(56) Чугун легированный для отливок со специальными свойствами. ГОСТ 7769-82,2037551 С 1,1995,2033458 1, 1995,1668454 1, 1991,1331901 1, 1987,1409674 1, 1988,01011940 , 1989.(57) Изобретение относится к металлургии. Предлагается износостойкий чугун с повышенными механическими и литейными свойствами, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, железо и примеси,отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий, щелочноземельные и редкоземельные элементы при следующем соотношении компонентов, мас.углерод 2,4-3,6 кремний 0,2-1,0 марганец 1,5-2,5 хром 19,0-25,0 титан 0,15-0,35 алюминий 0,08-0,16 щелочноземельные элементы 0,05-0,10 редкоземельные элементы 0,05-0,10 железо и примеси остальное. Сплав может быть использован при изготовлении насосного, размольного и других видов оборудования,работающего в условиях абразивного износа. Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным материалам для деталей, работающих в условиях интенсивного изнашивания. Изобретение может быть использовано при производстве износостойких деталей насосного, размольного,обогатительного и других видов оборудования. Материал, предназначенный для такого вида изделий, получаемых методом литья, должен удовлетворять определенным требованиям, а именно обладать повышенной твердостью, износостойкостью, иметь удовлетворительные литейные свойства, в частности трещиностойкость. Для этого материал в литом состоянии должен содержать в структуре 2030 карбидной фазы в виде эвтектики и иметь мартенситно-аустенитную основу, причем аустенит должен быть метастабильным. Такая структура обеспечивается за счет легирования чугуна никелем и хромом. Аналогом никеля по воздействию на структуру высокохромистого чугуна является марганец, однако при введении в сплав адекватных количеств никеля и марганца его прочностные свойства во втором случае, особенно в горячем состоянии, могут оказаться ниже, чем в первом, что может приводить в ряде случаев к появлению в отливках трещин. Широко известны высокохромистые износостойкие чугуны марок ИЧХ 17 Н 3 Г 3, ИЧХ 18 Г 3 СМ 1, используемые для изготовления рабочих колес и бронедисков насосов, футеровки размольных мельниц, лопаток дробеметных аппаратов и т.п. Их недостатком является присутствие в числе легирующих компонентов никеля и молибдена, а также формирование в отливках при затвердевании грубой транскристаллической структуры, что 4337 1 является причиной появления горячих трещин и ухудшает износостойкость при ударно-абразивных воздействиях. Наиболее близким к заявляемому сплаву по технической сущности является высокохромистый чугун ЧХ 22 следующего состава, мас.2 углерод 2,4-3,6 кремний 0,2-1,0 марганец 1,5-2,5 хром 19,0-25,0 титан 0,15-0,35 ванадий 0,15-0,35 железо и примеси остальное. Недостатком данного сплава является повышенная склонность к образованию трещин, препятствующая его применению при изготовлении крупногабаритных отливок. Вышеописанный сплав выбран авторами в качестве прототипа как наиболее близкий к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Задачей настоящего изобретения является повышение литейных свойств сплава, прежде всего трещиностойкости. Поставленная задача решается путем введения в состав сплава новых элементов - щелочноземельных (ЩЗМ), редкоземельных (РЗМ) и алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.углерод 2,4-3,6 кремний 0,2-1,0 марганец 1,5-2,5 хром 19,0-25,0 титан 0,15-0,35 алюминий 0,08-0,16 ЩЗМ 0,05-0,10 РЗМ 0,05-0,10 железо и примеси остальное. Приведенные соотношения компонентов обеспечивают совокупность высоких механических, литейных и эксплуатационных свойств чугуна. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного наличием новых компонентов, а именно алюминия, щелочноземельных и редкоземельных металлов. В качестве примера осуществлена выплавка сплавов, химический состав которых представлен в табл 1. Таблица 1. Химический состав сплавов Вид сплава известный предлагаемый предлагаемый предлагаемый предлагаемый предлагаемый Уровень содержания компонентов средний средний нижний верхний выше верхнего ниже нижнего Железо и примеси -остальное. Проведены механические испытания и определены литейные свойства сплавов, а также их износостойкость. Результаты испытаний представлены в таблице 2. Наряду с опытными сплавами выплавляли и испытывали в аналогичных условиях сплав, выбранный за прототип. Выплавку сплавов производили в индукционной печи с алундовым тиглем в нейтральной атмосфере по известной технологии. В качестве шихтовых материалов использовали отходы стали 45, феррохром углеродистый ФХ 800 (ГОСТ 1415-79), ферросилиций ФС(ГОСТ 1415-79), ферромарганец ФМн 70 (ГОСТ 4755-80),ферротитан ФТИ 35 С 7 (ГОСТ 4761-9191), модификатор МИГ (70 алюминия), остальное - ЩЗМ и РЗМ(ТУ 205 БССР 832-87). Твердость сплавов измеряли на приборе типа Роквелл, ударную вязкость определяли на маятниковом копре по стандартной методике (ГОСТ 9454-78) на образцах без надреза. Определение трещиностойкости производили по методике, описанной в 1 с использованием образцов в виде круглой усадочной решетки. Жидкотекучесть определяли по методу вакуум-всасывания 3. Среднюю величину измерения в обоих случаях определяли при трехкратном повторении опытов. 4337 1 Износостойкость сплавов оценивали по результатам абразивного изнашивания образцов методом торцевого трения о шлифовальную бумагу. Общее время испытания составляло 12 мин. Износ образцов определяли после каждой минуты испытаний и оценивали по убыли массы образцов взвешиванием с точностью 10-4 г. Таблица 2. Свойства известного и опытных сплавов Механические свойства Ударная вязкость, Твердость,Дж Литейные свойства Износостойкость Жидкотекучесть при Остаточные напряже- (потеря массы), г 1400 С, мм ния, т, МПа 120 162 0,1625 160 130 0,1292 140 142 0,1460 180 126 0,1345 134 184 0,1410 112 144 0,2350 Алюминий, щелочноземельные и редкоземельные металлы оказывают на сплав рафинирующее и модифицирующее действие, образуя с примесями, например серой химические соединения, в том числе оксисульфиды, играющие роль дополнительных центров кристаллизации при затвердевании сплава Это способствует формированию в отливках равноосной макроструктуры, уменьшению концентрации растворенных газов и примесей, что приводит к росту механических и литейных свойств сплава. При этом алюминий производит предварительное раскисление сплава, тем самым позволяя уменьшить необходимую величину добавок модификаторов (ЩЗМ и РЗМ). Однако уменьшение величины добавки этих элементов ниже предлагаемого нижнего предела 0,05 приводит к огрублению структуры и ухудшению эксплуатационных и литейных свойств. Повышение содержания этих элементов выше верхнего указанного предела 0,1 нецелесообразно из-за явления так называемого перемодифицирования, приводящего к распаду аустенита на феррито-карбидную смесь и снижению механических свойств. При концентрации в сплаве алюминия менее 0,08 уменьшается жидкотекучесть сплава и возрастает потребность в увеличении добавок ЩЗМ и РЗМ при содержании алюминия выше, чем 0,18 возрастает количество неметаллических включений, что приводит к ухудшению жидкотекучести и снижению износостойкости сплава. Это подтверждается данными табл. 2. Результаты, приведенные в табл. 2, свидетельствуют о том, что оптимальным сочетанием свойств обладают сплавы 24. Из таблицы следует, что предлагаемый сплав по сравнению с прототипом обладает более высокими свойствами и отвечает поставленной при его разработке задаче. Предлагаемый сплав предполагается внедрить на машиностроительных предприятиях, изготавливающих насосное, размольное и очистное оборудование, например на РУП Бобруйский машиностроительный завод. Источники информации 1. Цыпин И.И. Белые износостойкие чугуны. Структура и свойства. - М. Металлургия, 1983. 2. ГОСТ 7769-91.Чугун легированный для отливок со специальными свойствами (прототип). 3. Худокормов Д.Н. Роль примесей в графитизации чугуна. - Мн. Наука и техника, 1968. Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, железо и примеси, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий, щелочноземельные и редкоземельные элементы при следующем соотношении компонентов, мас.углерод 2,4-3,6 кремний 0,2-1,0 марганец 1,5-2,5 хром 19,0-25,0 титан 0,15-0,35 алюминий 0,08-0,16 щелочноземельные элементы 0,05-0,10 редкоземельные элементы 0,05-0,10 железо и примеси остальное. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.