SU1280039A1

SU1280039A1 - Чугун

Info

Publication number: SU1280039A1
Application number: SU843698274A
Authority: SU
Inventors: Тамара Ивановна Корягина; Олег Владимирович Чернецкий; Юрий Дмитриевич Корягин
Original assignee: Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола
Priority date: 1984-02-03
Filing date: 1984-02-03
Publication date: 1986-12-30

Abstract

Изобретение относитс к области металлургии, в частности к износостойким чугунам, используемым дл изготовлени деталей, работающих в услови х интенсивного абразивного изнашивани . Цель изобретени - измельчение карбидной фазы и повьшение теплостойкости. Чугун предложенного состава содержит, мас.%: углерод 2,03 ,5j кремний 0,8-1,0; марганец 0,30 ,6; хром 12,0-20,0; ванадий 3,2-4,0; молибден 0,5-0,9, алюминий 0,05-0,15; кальций 0,001-0,05J церий 0,11-0,2; иттрий 0,05-0,09; железо - остальное. Совместное модифицирование хромованадиевого чугуна иттрием и церием сопровождаетс повышением его теплостойкости , измельчением структуры, измельчением карбидной фазы при иза менении среднего размера карбидных частиц до 2,01 мкм, сохранением мелСЛ козернистой структуры до повьппенных температур нагрева

Description

Изобретение относитс к металлургии , в частности к износостойким чугунам, используемьм дл изготовлени деталей;, работающих в услови х интенсивного абразивного изнашивани .

Целью изобретени вл етс измельчение карбидной фазы и повышение теплостойкости чугуна.

Пример . Чугун выплавл ют в индукционной печи емкость б 60 кг с основной футеровкой. В качестве шихты используют стальные отходы, ферро сплавы и специальные присадки. Предлагаемьй состав чугуна можно получить любым из известных способов - вводом элементов или их соединений в ковш ил в электропечь.

Дл получени мелкозернистой мар- .тенситно-аустенитной ртруктуры с рав номерно распределенными в ней дисперсными карбидами хрома, молибдена и ванади , определ ющими высокую твердость и износостойкость, отливки подвергают закалке 1000-1050 С и часовому отпуску при 180±5 С, а дл ;абеспечени теплостойкости - закалке от 1150±5°С и двукратному головному отпуску при 54015 С.

Химический состав чугуна выбран, исход из следующих соображений.

Содержание кремни составл ет 0,8 1,0%. Верхний предел по содержанию кремни 1,0% определен, исход из прокаливаемости чугунов данного сое-

тава, котора резко снижаетс при увеличении содержани кремни более 1%. Снижение прокаливаемости отрицательно сказываетс на износостойкости чугунов.

Введение в чугун хрома в количестве 2,0-20% при заданном в указанных пределах содержании углерода и ванади оказывает решающее воздействие на формирование структуры, износостойкость и теплостойкость чугуна. В предлагаемом чугуне образуютс карбиды тригонального типа (Сг, Fe)C с микротвердостью 13000-21000 МПа и кубический карбид VC с микротвердос- тью 30000 МПа. При кристаллизации чугуна указанного состава, содержащих карбиды (Сг Fe)C-j, формируетс

Введение алюмини более 0,15% Предлагаемьй чугун нежелательно, как это приводит к росту зерна пр

р да дефектов: наблюдаютс сколы

аустенитохромистокарбидна эвтектика , имеюща скелетное строение, в KO-,J нагреве и способствует по влению торой матричной фазой вл етс аусте- нит. Эти особенности эвтектики и наличие высокотвердых дисперсных карбидов хрома и ванади определ ют высов изломе и увеличиваетс склоннос к хрупкому межкристаллическому ра рушению.

(

|

кую износостойкость и теплостойкость чугуна.

Введение в чугун кальци основано на его взаимодействии с серой. При содержании серы в чугуне до 0,03% дл полной десульфурации достаточно до 0,05% кальци . Более высокое содержание кальци приводит к образованию большого количества неметаллических включаний, в том числе и с РЗМ, что сопровождаетс снижением механических свойств. Поэтому верхнее содержание кальци ограничиваетс пределом 0,05%.

Модифицирование иттрием в предложенных пределах обеспечивает резкое измельчение структуры, что сопровождаетс повышением механических свойств чугуна, в частности предела прочности на изгиб.

Церий повышает эффективность действи иттри , способствует его более глубокому усвоению жидким металлом и оказывает также модифицируюш;ий эффект, создава дополнительные центры кристаллизации. Кроме того, церий способствует очищению границ зерен от неметаллических включений и измельчает зерно, повьша механические свойства сплава.

Нижний предел содержани иттри и цери обеспечивает наличие модифицирующего эффекта и повьшение свойств .чугуна, а верхний предел (соответ- ственно 0,09% и 0,2%) вл етс границей положительного воздействи этих ингредиентов на структуру и свойства чугуна, т.к. дальнейшее по- вьш1ение их концентрации приводит к снижению механических свойств и ударной в зкости.

Нижний предел по содержанию алюмини определ етс его минимальным количеством, начина с которого алюминий вл етс не только раскисли- телем, но и оказывает вли ние на размер зерна, измельча его, а также способствует рафинированию межфазнык границ и увеличивает однородность состава.

Введение алюмини более 0,15% в Предлагаемьй чугун нежелательно, так как это приводит к росту зерна при

нагреве и способствует по влению

р да дефектов: наблюдаютс сколы

нагреве и способствует по влению

в изломе и увеличиваетс склонность к хрупкому межкристаллическому разрушению .

Введение молибдена в чугун способствует улучшению прокаливаемости сплава, повышению износоустойчивости и устойчивости против отпуска. Нижний предел содержани молибдена (0,5%) установлен с учетом его вли ни на прокаливаемость чугуна и минимально необходимого количества, необходимого дл заметного повьштени устойчивости чугуна против отпуска. Верхний предел по содержанию молибдена дл предлагаемых составов (0,9%) определ етс , исход из того, что повьпиение концентрации молибдена свыше 0,9% приводит к интенсивному 5 обезуглероживанию сплавов при нагреве под закалку и понижению их износостойкости .

Химический состав, размеры карбидры ..Наблюдаетс утонение осей денд- ритов и их Дробление. Изменилась структура эвтектики: эвтектические карбиды при модифицировании дробились 5 и принимали форму, близкую к округлой . Средний размер карбидных частиц уменьшилс с m 5,11 мкм и 1 11,56 мкм, до m 3,62 мкм и 1 8,04 мкм. В целом по сечению структура стала более однородной.

Структура закаленных от немодифицированных и модифицированных сплавов отличаетс как размерами карбидных частиц, так и степенью однородности . Средний размер карбидных частиц составл ет у немодифйцирован- ного чугуна 3,56 мкм, а у модифицированного - 2,01 мкм.

Кроме того, структура модифицироfO

ных частиц и теплостойкость предлага-20 ванного чугуна сохран етс мелкозер

емых и известных чугунов приведены в таблице. Дл определени теплостойкости термообработанные образцы чугунов указанных составов термообра- батывали на вторичную твердость (закалка от 1150i5 C и двухкратный часовой отпуск при 540±5 С) и подвергали их часовому нагреву при 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590 и 600°С, а затем в охлажденных до комнатной температуры образцах замер ли твердость.

. Дл исследованных чугунов принимали , что теплостойкость должна обеспечить твердость не менее 58HRC пос- ле 4-часового нагрева при указанных температурах.

Анализ таблицы показывает, что чугун составов 1-11 имеет размеры карбидных частиц в литом состо нии значительно меньше, чем чугун составов 12 и 13.

Теплостойкость чугуна составов 1-11, обеспечивающа твердость не ме JHee 58 HRC после 4-часового нагрева, составл ет 570-580°С, а теплостойкость чугуна составов 12 и 14 - 550 560°С соответственно. Наиболее низка теплостойкость у чугуна состава 13 (530 С).

Изучение микроструктуры сплавов (немодифицированного и модифицированного чугуна 280X19ФЗ,5) в литом состо нии показало, что модифицирование Ce+Y уменьшает дендрйтность структу-

) 5

2800394

ры..Наблюдаетс утонение осей денд- ритов и их Дробление. Изменилась структура эвтектики: эвтектические карбиды при модифицировании дробились 5 и принимали форму, близкую к округлой . Средний размер карбидных частиц уменьшилс с m 5,11 мкм и 1 11,56 мкм, до m 3,62 мкм и 1 8,04 мкм. В целом по сечению структура стала более однородной.

Кроме того, структура модифицироfO

нистой после закалки от температуры . 1150 с, тогда как в немодифицированном чугуне наблюдаетс укрупнение зерна. Таким образом, модифицирование хромованадиевых чугунов сопровождаетс : измельчением структуры, при одновременном увеличении ее однородности по сечению отливки, измельчением карбидной фазы при изменении среднего размера карбидных частиц с 3,56 до 2,01 мкм, сохранением мелкозернистой структуры до повышенных температур нагрева (.

Claims

Изобретение относитс к металлургии , в частности к износостойким чугунам, используемьм дл изготовлени деталей;, работающих в услови х интенсивного абразивного изнашивани Целью изобретени вл етс измель чение карбидной фазы и повышение теп лостойкости чугуна. Пример . Чугун выплавл ют в индукционной печи емкостьб 60 кг с основной футеровкой. В качестве шихты используют стальные отходы, ферросплавы и специальные присадки. Предлагаемьй состав чугуна можно получить любым из известных способов вводом элементов или их соединений в ковш ил в электропечь. Дл получени мелкозернистой мар .тенситно-аустенитной ртруктуры с рав номерно распределенными в ней диспер сными карбидами хрома, молибдена и ванади , определ ющими высокую твердость и износостойкость, отливки подвергают закалке 1000-1050 С и часовому отпуску при 180±5 С, а дл ;абеспечени теплостойкости - закалке от 1150±5°С и двукратному головному отпуску при 54015 С. Химический состав чугуна выбран, исход из следующих соображений. Содержание кремни составл ет 0,8 1,0%. Верхний предел по содержанию кремни 1,0% определен, исход из прокаливаемости чугунов данного соетава , котора резко снижаетс при увеличении содержани кремни более 1%. Снижение прокаливаемости отрицательно сказываетс на износостойкости чугунов. Введение в чугун хрома в количест ве 2,0-20% при заданном в указанных пределах содержании углерода и ванади оказывает решающее воздействие на формирование структуры, износостойкость и теплостойкость чугуна. В предлагаемом чугуне образуютс кар биды тригонального типа (Сг, Fe)C с микротвердостью 13000-21000 МПа и кубический карбид VC с микротвердостью 30000 МПа. При кристаллизации чугуна указанного состава, содержащих карбиды (Сг Fe)C-j, формируетс аустенитохромистокарбидна эвтектика , имеюща скелетное строение, в KO торой матричной фазой вл етс аусте нит. Эти особенности эвтектики и наличие высокотвердых дисперсных карби дов хрома и ванади определ ют высокую износостойкость и теплостойкость чугуна. Введение в чугун кальци основано на его взаимодействии с серой. При содержании серы в чугуне до 0,03% дл полной десульфурации достаточно до 0,05% кальци . Более высокое содержание кальци приводит к образованию большого количества неметаллических включаний, в том числе и с РЗМ, что сопровождаетс снижением механических свойств. Поэтому верхнее содержание кальци ограничиваетс пределом 0,05%. Модифицирование иттрием в предложенных пределах обеспечивает резкое измельчение структуры, что сопровождаетс повышением механических свойств чугуна, в частности предела прочности на изгиб. Церий повышает эффективность действи иттри , способствует его более глубокому усвоению жидким металлом и оказывает также модифицируюш;ий эффект, создава дополнительные центры кристаллизации. Кроме того, церий способствует очищению границ зерен от неметаллических включений и измельчает зерно, повьша механические свойства сплава. Нижний предел содержани иттри и цери обеспечивает наличие модифицирующего эффекта и повьшение свойств .чугуна, а верхний предел (соответ ( ственно 0,09% и 0,2%) вл етс границей положительного воздействи этих ингредиентов на структуру и свойства чугуна, т.к. дальнейшее повьш1ение их концентрации приводит к снижению механических свойств и ударной в зкости. Нижний предел по содержанию алюмини определ етс его минимальным количеством, начина с которого алюминий вл етс не только раскислителем , но и оказывает вли ние на размер зерна, измельча его, а также способствует рафинированию межфазнык границ и увеличивает однородность состава. Введение алюмини более 0,15% в Предлагаемьй чугун нежелательно, так как это приводит к росту зерна при нагреве и способствует по влению р да дефектов: наблюдаютс сколы в изломе и увеличиваетс склонность к хрупкому межкристаллическому разрушению . Введение молибдена в чугун способствует улучшению прокаливаемости сплава, повышению износоустойчивости и устойчивости против отпуска. Нижний предел содержани молибдена (0,5%) установлен с учетом его вли ни на прокаливаемость чугуна и мини мально необходимого количества, необходимого дл заметного повьштени устойчивости чугуна против отпуска. Верхний предел по содержанию молибдена дл предлагаемых составов (0,9% определ етс , исход из того, что повьпиение концентрации молибдена свы ше 0,9% приводит к интенсивному обезуглероживанию сплавов при нагреве под закалку и понижению их износостойкости . Химический состав, размеры карбид ных частиц и теплостойкость предлага емых и известных чугунов приведены в таблице. Дл определени теплостой кости термообработанные образцы чугунов указанных составов термообрабатывали на вторичную твердость (за калка от 1150i5C и двухкратный часовой отпуск при 540±5 С) и подвергали их часовому нагреву при 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590 и 600°С, а затем в охлажденных до ком натной температуры образцах замер ли твердость. . Дл исследованных чугунов принимали , что теплостойкость должна обе печить твердость не менее 58HRC пос ле 4-часового нагрева при указанных температурах. Анализ таблицы показывает, что чугун составов 1-11 имеет размеры карбидных частиц в литом состо нии значительно меньше, чем чугун составов 12 и 13. Теплостойкость чугуна составов 1-11, обеспечивающа твердость не ме JHee 58 HRC после 4-часового нагрева составл ет 570-580°С, а теплостойкость чугуна составов 12 и 14 - 550 560°С соответственно. Наиболее низка теплостойкость у чугуна состава 13 (530С). Изучение микроструктуры сплавов (немодифицированного и модифицирован ного чугуна 280X19ФЗ,5) в литом состо нии показало, что модифицирование Ce+Y уменьшает дендрйтность структу1 94 ры..Наблюдаетс утонение осей денд- ритов и их Дробление. Изменилась структура эвтектики: эвтектические карбиды при модифицировании дробились и принимали форму, близкую к округлой . Средний размер карбидных частиц уменьшилс с m 5,11 мкм и 1 11,56 мкм, до m 3,62 мкм и 1 8,04 мкм. В целом по сечению структура стала более однородной. Структура закаленных от немодифицированных и модифицированных сплавов отличаетс как размерами карбидных частиц, так и степенью однородности . Средний размер карбидных частиц составл ет у немодифйцированного чугуна 3,56 мкм, а у модифицированного - 2,01 мкм. Кроме того, структура модифицированного чугуна сохран етс мелкозернистой после закалки от температуры . 1150с, тогда как в немодифицированном чугуне наблюдаетс укрупнение зерна.Таким образом, модифицирование хромованадиевых чугунов сопровождаетс : измельчением структуры, при одновременном увеличении ее однородности по сечению отливки, измельчением карбидной фазы при изменении среднего размера карбидных частиц с 3,56 до 2,01 мкм, сохранением мелкозернистой структуры до повышенных температур нагрева (. Формула изобретени Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, алюминий, кальций, церий и железо, отличающийс тем, что, с целью измельчени карбидной фазы и повьш1ени теплостойкости, он дополнительно содержит иттрий, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 2,0-3,5 Углерод 0,8-1,0 Кремний 0,3-0,6 Марганец 12,0-20,0 3,2-4,0 Ванадий 0,5-0,9 Молибден 0,05-0,15 АЛЮМИНИЙ 0,001-0,05 Кальций 0,11-0,2 0,05-0,09 Иттрий Остальное. Железо

8

1280039 Продолжение таблицы

Принимали, что теплостойкость должна после 4-часового нагрева при указанных обеспечить твердость не менее 58 HRC температурах.