Патент на изобретение №2356989
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) БЕЛЫЙ ЧУГУН
(57) Реферат:
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составам белых чугунов, и может использоваться для изготовления износостойких деталей методами литья и наплавкой изнашиваемых поверхностей. Белый чугун содержит, мас.%: углерод 1,89-2,68, кремний 0,74-1,66, марганец 0,27-1,69, хром 5,90-9,77, ванадий 5,02-7,33, молибден 0,18-1,35, медь 0,37-1,56, барий 0,02-0,07, РЗМ 0,01-0,06, железо – остальное. При этом
Изобретение относится к области металлургии, в частности к белым чугунам, и может быть использовано для изготовления износостойких деталей методами литья и наплавкой изнашиваемых поверхностей. Известен сплав [1], содержащий, мас.%:
Этот сплав предназначен для изготовления точнолитых деталей. Он обладает высокой твердостью, износостойкостью и повышенными прочностными свойствами, причем эти свойства обеспечиваются в отливках путем их самозакалки. Поэтому механическая обработка отливок возможна в основном путем их шлифования. К недостаткам сплава относится его плохая обрабатываемость лезвийным инструментом, так как даже в отожженном состоянии он сохраняет высокую твердость (50 HRC и более), что значительно затрудняет изготовление из него многих деталей. Наиболее близким к предлагаемому является сплав [2], содержащий, мас.%:
Этот сплав предназначен для изготовления высокотвердых, износостойких и теплостойких изделий с использованием механической обработки лезвийным инструментом. В результате отжига его твердость снижается до 35-40 HRC. К недостаткам сплава относится невозможность стабильного снижения твердости при отжиге до значений менее 35 HRC, обеспечивающих его достаточно хорошую обрабатываемость твердосплавным лезвийным инструментом. Другим недостатком является повышенное содержание молибдена (до 4,48%), необходимое для обеспечения прокаливаемости массивных изделий при термической обработке и значительно удорожающее сплав. Задача изобретения – обеспечение пониженной твердости и удовлетворительной обрабатываемости резанием в отожженном состоянии при сохранении высокой твердости и износостойкости в термообработанном (после закалки и отпуска) состоянии, в том числе в массивных изделиях при пониженном содержании молибдена в сплаве. Технический результат – возможность изготовления высокотвердых и износостойких изделий с использованием механической обработки твердосплавным лезвийным инструментом при снижении себестоимости массивных изделий. Это достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, барий, РЗМ и железо, дополнительно содержит медь и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
при этом соблюдается следующее соотношение: В качестве примесей в сплаве могут присутствовать сера (до 0,03%) и фосфор (до 0,06%). Состав сплава выбран исходя из следующих соображений. Уменьшено содержание углерода как по нижнему (1,89%), так и по верхнему (2,68%) пределам с целью уменьшения количества карбидов в структуре сплава и улучшения его обрабатываемости в отожженном состоянии. При этом содержание углерода скоррелировано с содержанием карбидообразующих элементов (ванадия и хрома). При содержании углерода менее 1,89% уменьшается количество карбидов в структуре сплава, матрица (металлическая основа) сплава оказывается малоуглеродистой, что проявляется в ее плохой закаливаемости и пониженной твердости сплава. Увеличение содержания углерода более 2,68% приводит к увеличению количества карбидов М7С3 (типа Cr7С3) и снижению доли карбидов ванадия VC, что проявляется в нарушении композиционного характера структуры сплава, ухудшении его механических свойств и обрабатываемости резанием. Содержание хрома уменьшено (по нижнему пределу до 5,90%, по верхнему – до 9,77%) для формирования в сплаве композиционной структуры на основе карбидов ванадия, что обеспечивает высокий уровень механических свойств и износостойкости сплава. При содержании хрома менее 5,90% уменьшается общее количество карбидов, что приводит к снижению твердости сплава. При увеличении содержания хрома более 9,77% уменьшается доля карбидов VC и ухудшаются механические свойства сплава и его обрабатываемость резанием. Принятое содержание ванадия обеспечивает преобладание в сплаве карбидов VC и композиционный характер структуры. Если содержание ванадия менее 5,02%, то это условие не соблюдается. Увеличение содержания ванадия более 7,33% приводит к удорожанию сплава без повышения его свойств. В сплаве снижен верхний предел содержания молибдена до 1,35% с целью уменьшения его себестоимости при производстве толстостенных отливок (40 мм и более). При этом необходимая прокаливаемость массивных изделий обеспечивается за счет измененного комплексного легирования. В состав сплава дополнительно введены медь и никель. Они повышают прокаливаемость чугуна и упрочняют твердорастворные матричные фазы. Медь введена в количестве от 0,37 до 1,56%. При нижнем содержании медь в сочетании с комплексом других легирующих элементов обеспечивает не только повышенную прокаливаемость, но и дополнительное дисперсионное упрочнение матрицы чугуна. При содержании менее 0,37% положительное влияние меди не проявляется. Верхний предел содержания меди (1,56%) обеспечивает стабилизацию остаточного аустенита в структуре чугуна (особенно в сочетании с повышенными содержаниями марганца и никеля), что отрицательно сказывается на отжигаемости чугуна и окончательной твердости изделий в термообработанном состоянии. Аналогичное влияние оказывает и никель, чем объясняется ограничение его содержания интервалом от 0,20 до 1,02%. Введено дополнительное ограничение суммарного содержания элементов-аустенитизаторов (параметр Кремний, марганец, барий и РЗМ содержатся в сплаве в пределах, аналогичных прототипу, с известным их влиянием. Чугун выплавляли в индукционной тигельной печи ИСТ-0,06 с основной хромомагнезитовой футеровкой на шихте, состоящей из отходов углеродистой стали, передельного чугуна, электродного боя, ферросплавов (ферросилиция, ферромарганца, феррохрома, феррованадия, ферромолибдена). РЗМ в виде сплава ФЦМ-5 и силикобарий использовали в составе модифицирующей смеси. Модифицирование проводили в разливочном ковше емкостью 50 кг при температуре жидкого сплава 1520-1550°С. Жидкий сплав разливали в сухие песчано-глинистые формы. Отливали круглые заготовки диаметром 20 мм и длиной 200 мм (для обработки резанием) и пластины сечением 40×40 мм. Из литых заготовок изготавливали образцы для проведения испытаний на твердость и образцы для металлографического анализа. Определение твердости и металлографический анализ проводили как в литом, так и в термообработанном состояниях. Термическую обработку образцов проводили по следующим режимам: – отжиг – температура 950°С, выдержка 4 часа; – закалка – температура нагрева 1000°С, выдержка 30 минут, охлаждение в масле; – отпуск после закалки – температура 200°С, выдержка 1,5 часа. Химические составы чугунов и результаты их испытаний приведены в табл.1 и 2 в сопоставлении с прототипом. Видно, что чугун предлагаемого состава отличается от известного более существенным снижением твердости при отжиге, что обеспечивает возможность его механической обработки твердосплавным лезвийным инструментом, но в термообработанном состоянии (после закалки и отпуска) он имеет высокую твердость, не уступая по этому показателю прототипу. При выходе за предлагаемые пределы содержаний компонентов в сплаве (сплавы 7 и 8) существенно ухудшаются его характеристики: повышается твердость в отожженном состоянии (особенно у сплава 7) и снижается твердость в термообработанном (рабочем) состоянии. Предлагаемый сплав, как и сплав-прототип, может быть использован не только для получения изделий методами литья, но и путем наплавки изнашиваемых поверхностей изделий, в частности, при их восстановлении. Источники информации 1. Патент РФ 2. Патент BY
Формула изобретения
Белый чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, барий, РЗМ и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит медь и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
при этом соблюдается следующее соотношение: |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
=%Mn+%Ni+%Cu=1,54-2,92%. Чугун обладает пониженной твердостью и удовлетворительной обрабатываемостью резанием в отожженном состоянии при сохранении высокой твердости и износостойкости после закалки и отпуска. 2 табл.
2149915, кл. С22С 37/10, 2000.