Высокопрочный коррозионно-износостойкий сплав

Известен высокопрочный сплав на основе железа 1, содержащий, мас.Этот сплав при удовлетворительных характеристиках предела коррозионной усталости (170-250 МПа) плохо сопротивляется кавитаЦионно-эрозионному и коррозионномеханическому изнашиванию.Известен также коррозионно-износостойкий сплав на основе железа 2 следующего химического состава, мас.углерод 0,04-0,08 кремний 1,75-2,50 марганец 1,50-2,50 хром 32,00-35,00 никель 5,00-7,00 молибден 2,50-3,50 кобальт 0,40-0,75 титан или ниобий 0,25-0,50 азот 0,30-0,40 Церий 0,05-0,15 кальций 0,01 -0,08 железо остальное.Этот сплав обеспечивает литым заготовкам аустенитно-мартенситную структуру и удовлетворительные характеристики прочности и износостойкости. Однако предел коррозионной усталости не превь 1 щает 200-230 МПа. Это обусловлено высоким содержанием кремния и хрома, которые укрупняют литое зерно и снижают служебные свойства сплава.Наиболее близким к предложенному является высокопрочный коррозионно-износостойкий сплав 3, содержащий, мас.Известный сплав обладает следующими свойствамипредел прочности при растяжении, МПа 650-750 предел коррозионной усталости, МПа 270-330 коррозионно-механический износ, 109 мг/с 210-300 кавитационно-эрозионная стойкость, 109 мг/м 2/с 170-240 НВДОСТЗТКОМ ИЗВССТНОГО сплава ЯВЛЯВТСЯ НИЗКИЙ ПрСДСЛ КОРРОЗИОННОЙ усталости, а также НВДОСТЗТОЧНЗЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ, В частности, В УСЛОВИЯХ КОррОЗИОННО-МСХЗНИЧССКОГО И КЗВИТЗЦИОННО-ЭРОЗИОННОГО изнашивания.Задачей настоящего изобретения является повышение предела коррозионной усталости и износостойкости.Поставленная задача решается тем, что известный сплав, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, ванадий, молибден, азот, фосфор, серу и железо, согласно изобретению, дополнительно содержит титан, бор и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.При этом в вышеприведенный состав сплава дополнительно могут быть включены 0,82-1,50 мас. кобальта и 0,02-1,70 мас. циркония.Введение в предлагаемый сплав 0,51-1,21 мас. титана обусловлено его высокой легирующей способностью, существенным измельчением литого зерна и упрочняющим влиянием на дисперсионно-твердеющую металлическую основу, что способствует повь 1 шению износостойкости и предела коррозионной усталости. При увеличении концентрации титана более 1,21 мас. повышаются его безвозвратные потери при плавке сплава и снижается стабильность кавитационно-эрозионных и коррозионных свойств. При концентрации титана менее 0,82 мас. его легирующее и упрочняющее влияние на структуру и служебные свойства сплава проявляются незначительно.Введение бора в предложенных концентрациях связано с его высокой эффективностью влияния на дисперсность структуры сложнолегированных сплавов и возможностью дополнительного их упрочнения нитридами и карбонитридами бора, что обеспечивает повышение прочности, износостойкости и предела коррозионной усталости. При содержании бора до 0,03 мас. его микролегирующее влияние на структуру, прочностные и служебные свойства недостаточно. При увеличении концентрации бора более 3,60 мас. снижаются технологические свойства и предел коррозионной усталости.Алюминий (0,002-2,70 мас. ) введен в качестве основного раскисляющего и модифицирующего компонента, способствующего повышению и сохранению стабильности прочностных и служебных свойств. Его модифицирующий эффект начинает сказываться с концентраций более 0,002 мас. . Повышение его концентрации более 2,70 мас. увеличивает угар сплава, загрязняет границы литого зерна, что снижает технологические и служебные свойства.Дополнительное введение кобальта (О,82-1,5 О мас. ) обусловлено его высокой эффективностью влияния на упруго-пластические свойства, предел коррозионной усталости и стойкость против растрескивания под напряжением в коррозионной среде. Повышение концентрации кобальта более 1,50 мас. снижает износостойкость, а при концентрации кобальта до 0,82 мас. его влияние на технологические и служебные свойства незначительно.Цирконий (0,02-1,70 мас. ) введен как эффективный нитридообразующий компонент,способствующий повышению стабильности прочностных и эксплуатационных свойств.Его модифицирующее влияние начинает сказываться с концентрации 0,02 мас. , но при увеличении концентрации более 1,70 мас. отмечается загрязнение границ литого зерна,снижение технологических свойств и предела коррозионной усталости.Повышение концентрации фосфора до 0,05-2,10 мас. обусловлено образованием в структуре износостойких фосфиднь 1 х эвтектик с карбидо- и нитридообразующими компонентами, что способствует повышению прочности, микротвердости и износостойкости при коррозионно-механическом и кавитационно-эрозионном изнашивании. При концентрации фосфора до 0,50 мас. его влияние на структуру и свойства проявляется слабо, а при концентрации фосфора более 2,10 мас. отмечается снижение технологических свойств и предела коррозионной усталости.Содержание углерода, кремния и марганца на верхних пределах осталось без изменения, так как соответствует оптимальным концентрациям для обеспечения повышенных механических и служебных свойств. Ограничения содержания этих элементов на нижних пределах обусловлены ухудшением технологических свойств и предела коррозионной усталости при меньших концентрациях, а также усложнением процессов плавки, внепечной обработки и литья. Этими причинами обусловлен выбор содержания серы (0,002-0,03 мас. ). При увеличениии концентрации серы более 0,03 мас. сульфиды существенно снижают предел коррозионной усталости, технологические и служебные свойства сплава. При низкой концентрации марганца (до 0,10 мас. ) в структуре отмечается образование сульфидов никеля и железа, эвтектик типа Ый-ЪНЗ и Ре-Ре 5-Ре 3 С, обладающих низкой износостойкостью.Никель и хром в предложенном сплаве - основные легирующие компоненты, обеспечивающие в литых изделиях образование высокопрочной коррозионно- и износостойкой металлической основы с повышенными кавитационно-эрозионнь 1 ми и другими эксплуатационными свойствами. При этом хром оказывает сильное отбеливающее влияние на металлическую основу, существенно повышая характеристики прочности и износостойкости, начиная с концентрации 2,30 мас. , а никель повышает содержание бейнитной составляющей в структуре, оказывая влияние в большей степени на упруго-пластические,коррозионные и кавитационно-эрозионные свойства, начиная с содержания никеля на нижнем пределе (2,61 мас. ). При концентрации хрома более 26,80 мас. отмечается снижение упруго-пластических свойств и предела коррозионной усталости. Верхний предел содержания никеля (30,50 мас. ) обусловлен снижением прочности и износостойкости.Молибден в количестве 0,05-2,30 мас. способствует упрочнению металлической основы и повышению износостойкости сплава при сохранении предела коррозионной усталости на высоком уровне. При увеличении содержания молибдена более 2,30 мас. отмечается снижение предела коррозионной усталости. При концентрации молибдена до 0,05 мас. не проявляется стабильное влияние на структуру и эксплуатационные свойства.Ванадий введен как эффективный легирующий компонент, упрочняющий и инвентирующий металлическую основу, существенно повышая износостойкость. Увеличение содержания ванадия выше 6,10 мас. обусловливает снижение технологической пластичности и предела коррозионной усталости. При снижении концентрации ванадия менее 0,03 мас. снижаются характеристики прочности и износостойкости.В сплаве увеличена концентрация азота до 0,40 мас. ввиду дополнительного введения активных нитридообразующих компонентов (титана, алюминия, циркония и бора),что обеспечивает повышение склонности сплава к дисперсионному твердению и получению мелкодисперсной структуры, а также прочностных механических свойств. При увеличении концентрации азота более 0,40 мас. отмечаются выделения нитридных включений по границам литого зерна, что снижает предел коррозионной усталости и упругопластические свойства сплава. При его концентрации до 0,05 мас. дисперсность структуры и предел коррозионной усталости недостаточны.Сплав выплавляли в электропечах типа ИСТ с использованием металлизированных окатышей, отходов электротехнических и других малоуглеродистых сталей, электролитического никеля Н 1, малоуглеродистого феррохрома ФХ 2 О, доменного феррофосфора ФФ 4,ферромолибдена ФМо 58, азотированнь 1 х ферросплавов (ФМн 75 Н, ФБд 75 УО, ФТи 3 ОА 1 ОН и ФХ 003 АН) и лигатур (ХНМо 1 и ХА 2). Для обезуглероживания и повышения качества расплава после рафинирования при температуре 1610-1650 С проводили продувку расплава кислородом с целью снижения содержания углерода до 0,01-0,10 мас. . Затем на зеркало металла вводили комплексный ферросплав ФТи 3 ОА 1 ОН и лигатуру ХА 2, вь 1 держивали 1-3 мин и выпускали в стопорные разливочные ковши.При плавке сплава, дополнительно содержащего кобальт и цирконий, кроме перечисленных видов шихтового материала использовали кобальт К 2, ферроцирконий ФЦр 30 и комплексный ферросплав ФАЦр 1 8.Сплав разливали фракционно на пробы и профильные заготовки, из которых изготавливали стандартные образцы (ГОСТ 7832) для механических испытаний и исследования структуры.Химический состав сплавов определяли методом количественного микрорентгеноспектрального анализа 4 на анализаторе Нанолаб-7.Предел коррозионной усталости определяли на круглых образцах типа У 111 (ГОСТ 2860) при непрерывном смачивании рабочей части образца 10 -ным раствором азотной кислоты, а стойкость против растрескивания под напряжением - в среде водного раствора сероводорода, подкисленного уксусной кислотой до рН 2,9, при постоянном растягиваюшем напряжении в 500 МПа и температуре 25 С. Испытания на коррозионно-механический износ проводили на машине трения СМЦ-М, а интенсивность кавитационноэрозионного изнашивания определяли на гидравлических установках с использованием магнитострикционных вибраторов и пульпы с абразивным материалом.В таблице 1 приведены химические составы исследованных сплавов, а в таблице 2 данные механических испытаний и результаты исследования триботехнических характеристик сплавов.Как видно из таблицы 2, в предлагаемом сплаве предел коррозионной усталости увеличен на 10-39 , коррозионно-механический износ снижен на 22-46 , а кавитационноэрозионная стойкость увеличена на 10-43 . Кроме того, предел прочности при растяжении увеличен на 26-57 , а стойкость против растрескивания под напряжением - на 520 .4. Рентгеноспектральный и электронно-микроскопический методы исследования структуры и свойств материалов. - Мн. Наука и техника, 1980. - С. 192.