Лигатура

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Марукович Евгений Игнатьевич Карпенко Михаил Иванович Карпенко Валерий Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси(57) Лигатура, содержащая хром, никель, кремний, марганец, титан, азот, церий, углерод и железо, отличающаяся тем, что дополнительно содержит бор, кобальт и молибден или ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.хром 13-22 никель 12-20 кремний 6-10 марганец 6,2-11,0 титан 8-16 азот 2-5 церий 3-7 углерод 1,0-3,2 бор 8-12 кобальт 2-6 молибден или ванадий 3-7 железо остальное. Лигатура для модифицирования литейных углеродистых сталей относится к области металлургии и литейного производства. Известна лигатура Патент ФРГ 153394, МПК С 22 С 35/00, 1972, содержащая, мас.кремний 6-35 редкоземельные металлы 20-30 железо остальное. Высокое содержание кремния в лигатуре снижает механические и технологические свойства углеродистых сталей. Известна также лигатура А.с. СССР 572526, МПК С 22 С 35/00 // БИ 34. - 1977 следующего химического состава, мас. 16172 1 2012.08.30 кремний 0,2-2,0 марганец 20-30 хром 40-50 азот 1-10 углерод 0,5-3,0 титан 1-4 кальций 0,5-2,5 железо остальное. Эта лигатура ухудшает стойкость углеродистых сталей к короблению и горячим трещинам. По технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близкой к предложенной является лигатура А.с. СССР 755878, МПК С 22 С 35/00 // БИ 30. - 1980, содержащая,мас.хром 40-50 никель 20-30 кремний 6-10 азот 1-4 углерод 0,05-0,40 марганец 3-6 титан 2-6 церий 0,2-10,0 железо остальное. Коэффициент обрабатываемости модифицированной этой лигатурой стали Кб 1,1. Известная лигатура обеспечивает стали следующие технологические свойства горячая пластичность при обработке давлением - 4-6 скручиваний, склонность к образованию трещин - 7,8-8,4 мм/мин, и стойкость против задира - 750-850 циклов. Недостаток - низкие технологические свойства и обрабатываемость резанием модифицированной стали. Цель изобретения - повышение технологических свойств и обрабатываемости резанием. Поставленная цель достигается тем, что лигатура, содержащая хром, никель, кремний,марганец, титан, азот, церий, углерод и железо, дополнительно содержит бор, кобальт и молибден или ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.хром 13-22 никель 12-20 кремний 6-10 марганец 6,2-11,0 титан 8-16 азот 2-5 церий 3-7 углерод 1,0-3,2 бор 8-12 кобальт 2-6 молибден или ванадий 3-7 железо остальное. Отличительными особенностями предложенной лигатуры является дополнительное введение бора, кобальта, молибдена или ванадия и повышение концентрации марганца и титана, которые значительно повышают технологические свойства и износостойкость модифицированной стали. Проведенный анализ предложенного технологического решения показал, что на данный момент неизвестны технические решения, в которых были бы отражены указанные отличия. Кроме того, указанные признаки являются необходимыми и достаточными для 2 16172 1 2012.08.30 достижения положительного эффекта, указанного в цели изобретения. Это позволяет сделать вывод о том, что данные отличия являются существенными. Никель в количестве от 12 до 20 мас.повышает трещиностойкость при литье, сварке и наплавке и стойкость к межкристаллитной коррозии, снижает склонность к короблению и трещинам. При концентрации никеля до 12 мас.технологическая пластичность, износостойкость,задиростойкость недостаточны, а при увеличении концентрации никеля больше 20 мас.снижается стойкость к горячим трещинам и повышается склонность к короблению. В предлагаемой лигатуре по сравнению с известной повышено содержание церия до 37 мас. . Нижний предел его содержания установлен из необходимости повышения дисперсности структуры и пластичности стали, выравнивания структуры и твердости. При концентрации церия более 7 мас.возрастает склонность стали к короблению, отбелу и снижается трещиностойкость и предел выносливости. Нижние пределы концентрации углерода (1,0 мас. ) и кремния (6,0 мас. ) установлены с целью исключения образования горячих трещин, большого содержания в структуре эвтектического цементита, обеспечения высокой стойкости к короблению и трещиностойкости. Верхние пределы содержания углерода (3,2 мас. ) и кремния (10,0 мас. ) обусловлены увеличением неоднородности структуры, снижением технологической пластичности, износостойкости и технологических свойств при более высоких их концентрациях. Дополнительное введение молибдена или ванадия измельчает структуру стали в отливке, повышает износостойкость, способствует повышению пластичности и технологических свойств. При концентрации их до 3 мас.стойкость к образованию горячих трещин, задиров при трении и износостойкость недостаточны, а при концентрации более 7 мас.снижается однородность стали, ее технологические свойства. Бор очищает границы зерен, оказывает раскисляющее действие и повышает технологические свойства и ударную вязкость. Верхний предел концентрации бора (12 мас. ) обусловлен недостаточным растворением его в стали, повышенным угаром и снижением стойкости к межкристаллической коррозии, а нижний предел (8 мас. ) обусловлен снижением раскисляющей способности износостойкости. Введение титана обусловлено высокой его модифицирующей и химической активностью. Он повышает износостойкость, однородность структуры и свойств стали. При его содержании в лигатуре до 8 мас.влияние сказывается недостаточно, а при концентрации более 16 мас.снижаются трещиностойкость, ударная вязкость, пластичность и эксплуатационная стойкость. Кобальт упрочняет структуру, очищает границы зерен и повышает однородность структуры, механические и технологические свойства. При его концентрации до 2 мас.технологические и механические свойства недостаточны, а верхний предел обусловлен его низкой растворимостью, снижением однородности структуры и стабильности технологических и механических и свойств. Азот в количестве 2-5 мас.образует дисперсные нитриды, повышает модифицирующую способность лигатуры, измельчает зерно в модифицированной стали и повышает технологическую пластичность. При концентрации азота до 2 мас.модифицирующий эффект лигатуры и технологические свойства стали недостаточны, а при увеличении его содержания выше верхнего предела снижаются трещиностойкость, однородность структуры и свойств стали и ее пластичность. Углерод снижает технологическую пластичность,износостойкость и технологические свойства, поэтому его содержание ограничено концентрацией 3,2 мас. . Содержание углерода в количестве от 1 до 3,2 мас.повышает стойкость стали к задирообразованию, существенно не снижая технологические свойства и износостойкость. При концентрации углерода до 1 мас.снижаются технологические свойства. 3 Хром является основным легирующим компонентом, обеспечивающим повышение твердости, износостойкости и эксплуатационных свойств при сохранении технологических свойств на высоком уровне. При повышении содержания хрома более 22 мас.снижаются трещиностойкость, ударная вязкость и технологические свойства. При концентрации хрома до 13 мас.твердость, износостойкость и эксплуатационные свойства недостаточны. В предлагаемой лигатуре по сравнению с известной повышено содержание марганца до 6,2-11,0 мас. . Нижний предел содержания марганца установлен из необходимости повышения технологической пластичности стали, трещиностойкости, выравнивания структуры и твердости. При концентрации марганца более 11 мас.возрастает склонность стали к короблению, отбелу и снижаются трещиностойкость, обрабатываемость резанием и ударная вязкость, что снижает эксплуатационную стойкость углеродистых литейных сталей. Пример Опытные плавки лигатур проводят по известной технологии с использованием хрома металлического марки Х 98,5 никеля полуфабрикатного НПЗ, содержащего кобальт марганца Мн 90 Н ферротитана ФТи 1 ферромолибдена ФМо 1 ванадия марки Вд 1 и ферроцерия. Присадку ферротитана и ферроцерия проводят в конце плавки после продувки расплава азотом. Разливку лигатур производят в плоские металлические изложницы. Присадку лигатур производят в измельченном виде фракции 0,1-6,0 мм в количестве 0,1 от массы расплавленного металла. В табл. 1 приведены составы лигатур опытных плавок, проведенных в открытых индукционных печах с тиглями емкостью 150 кг. Таблица 1 Лигатуры испытывают при выплавке углеродистых литейных сталей с повышенной износостойкостью и категорией прочности К 30, используемых для стальных плавок по ГОСТ 977-88. Это стали 40 Л и 50 Л, применяемые для изготовления зубчатых венцов,фланцев, роликов и других литых деталей. В табл. 2 приведены данные о механических и технологических свойствах модифицированной стали марки 50 Л с использованием известной и предложенной лигатур. Температура перегрева стали в дуговой электропечи ДС 1,5 - 1570-1600 С. Модифицирование проводят при выпуске стали из печи в стопорный ковш. 16172 1 2012.08.30 Износостойкость, механические и технологические свойства определяют на стандартных образцах и технологических пробах после нормализации с температуры 80-880 С и отпуска 620-600 С. Износостойкость определена в условиях абразивного изнашивания. Как видно из табл. 2 модифицирование литейной стали предложенной лигатурой повышает технологические свойства и износостойкость выше, чем известная лигатура оптимального состава. Таблица 2 Стойкость к Предел вы- Временное со- Ударная Стойкость растрескиванию, Износостойкость,Опыт носливости, противление, вязкость,к задиру,количество г/г с МПа МПа Дж/см 2 циклы трещин 1 360 570 36 8,1 3,35 860 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5