RU2356989C1 - Белый чугун - Google Patents
Белый чугун Download PDFInfo
- Publication number
- RU2356989C1 RU2356989C1 RU2007143026/02A RU2007143026A RU2356989C1 RU 2356989 C1 RU2356989 C1 RU 2356989C1 RU 2007143026/02 A RU2007143026/02 A RU 2007143026/02A RU 2007143026 A RU2007143026 A RU 2007143026A RU 2356989 C1 RU2356989 C1 RU 2356989C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- cast iron
- vanadium
- iron
- content
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
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 ∑=%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.
Description
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.%:
Углерод | 1,42-2,33 |
Кремний | 0,48-1,24 |
Марганец | 1,84-4,05 |
Хром | 4,40-8,50 |
Ванадий | 2,93-7,42 |
Молибден | 0,10-1,12 |
РЗМ | 0,02-0,18 |
Алюминий | 0,03-0,26 |
Железо | Остальное |
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.%:
Углерод | 2,74-3,42 |
Кремний | 0,61-1,88 |
Марганец | 0,33-1,74 |
Хром | 6,95-12,53 |
Ванадий | 6,66-9,47 |
Молибден | 0,21-4,48 |
РЗМ | 0,01-0,06 |
Алюминий | 0,04-0,22 |
Барий | 0,01-0,08 |
Железо | Остальное |
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.%:
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 |
Никель | 0,20-1,02 |
Барий | 0,02-0,07 |
РЗМ | 0,01-0,06 |
Железо | Остальное |
при этом соблюдается следующее соотношение: ∑=%Mn+%Ni+%Cu=1,54-2,92%.
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 ∑=%Mn+%Ni+%Cu=1,54-2,92%). Нижний предел используется для тонкостенных изделий (толщиной до 20 мм), верхний предел - для более массивных изделий (сечением 40 мм и более). При значении параметра ∑=1,54-2,92% обеспечивается сквозная прокаливаемость массивных изделий при хорошей закаливаемости чугуна (более 60 HRC).
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 №2149915, кл. С22С 37/10, 2000.
2. Патент BY №7284, кл. С22С 37/10, 2005.
Таблица 1 Химические составы сплавов |
|||||||||||
Сплав | Содержание элементов, мас.% | ||||||||||
С | Si | Mn | Cr | V | Mo | Cu | Ni | Ba | РЗМ | ∑ | |
1 | 1,89 | 1,66 | 0,43 | 6,12 | 5,02 | 0,56 | 1,56 | 0,37 | 0,07 | 0,01 | 2,36 |
2 | 2,03 | 1,07 | 0,68 | 5,90 | 6,43 | 1,35 | 0,45 | 0,41 | 0,05 | 0,04 | 1,54 |
3 | 2,32 | 1,41 | 1,33 | 8,45 | 6,61 | 0,93 | 0,37 | 0,35 | 0,03 | 0,04 | 2,05 |
4 | 2,47 | 0,85 | 1,16 | 7,84 | 6,54 | 0,71 | 0,91 | 0,85 | 0,02 | 0,06 | 2,92 |
5 | 2,59 | 0,74 | 0,27 | 9,77 | 6,91 | 0,18 | 0,40 | 1,02 | 0,05 | 0,03 | 1,69 |
6 | 2,68 | 0,92 | 1,69 | 7,92 | 7,33 | 0,35 | 0,88 | 0,20 | 0,04 | 0,05 | 2,77 |
7 | 1,64 | 0,57 | 1,85 | 12,2 | 9,61 | 2,40 | 1,68 | 1,26 | 0,09 | 0,001 | 4,79 |
8 | 3,06 | 2,03 | 0,25 | 5,17 | 4,85 | 0,12 | 0,22 | 0,16 | 0,01 | 0,08 | 0,73 |
Прототип *) | 3,06 | 1,15 | 0,33 | 9,02 | 8,11 | 3,10 | - | - | 0,08 | 0,01 | - |
*) В состав прототипа также входит 0,04% Al. |
Таблица 2 Твердость сплавов |
||||||
№ сплава | Твердость HRC на образцах | |||||
диаметром 20 мм | сечением 40×41 мм | |||||
в литом состоянии | после отжига | после закалки и отпуска | в литом состоянии | после отжига | после закалки и отпуска | |
1 | 47-49 | 26-28 | 63-65 | 46-48 | 27-29 | 62-63 |
2 | 48-50 | 27-29 | 63-65 | 46-48 | 27-29 | 61-62 |
3 | 50-51 | 28-30 | 63-65 | 48-50 | 28-30 | 62-63 |
4 | 50-52 | 29-31 | 64-66 | 49-51 | 28-31 | 64-65 |
5 | 46-48 | 29-31 | 63-65 | 46-47 | 28-30 | 61-62 |
6 | 50-51 | 28-30 | 63-65 | 49-51 | 28-30 | 62-64 |
7 | 56-59 | 43-45 | 59-61 | 55-57 | 43-45 | 59-61 |
8 | 45-48 | 32-34 | 62-64 | 43-45 | 32-35 | 59-61 |
Прототип | 58-60 | 36-38 | 63-65 | 56-58 | 37-40 | 63-65 |
Claims (1)
- 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.%:
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 никель 0,20-1,02 барий 0,02-0,07 РЗМ 0,01-0,06 железо остальное
при этом соблюдается следующее соотношение: ∑=%Mn+%Ni+%Cu=1,54-2,92%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007143026/02A RU2356989C1 (ru) | 2007-11-20 | 2007-11-20 | Белый чугун |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007143026/02A RU2356989C1 (ru) | 2007-11-20 | 2007-11-20 | Белый чугун |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2356989C1 true RU2356989C1 (ru) | 2009-05-27 |
Family
ID=41023445
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007143026/02A RU2356989C1 (ru) | 2007-11-20 | 2007-11-20 | Белый чугун |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2356989C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2610101C1 (ru) * | 2015-10-19 | 2017-02-07 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Чугун |
-
2007
- 2007-11-20 RU RU2007143026/02A patent/RU2356989C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2610101C1 (ru) * | 2015-10-19 | 2017-02-07 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Чугун |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
GB2153846A (en) | Cast iron alloy for grinding media | |
RU2221073C1 (ru) | Изделие из быстрорежущей стали с высокой термостойкостью | |
JP6621419B2 (ja) | 二相ステンレス鋼 | |
RU2356989C1 (ru) | Белый чугун | |
RU2401316C1 (ru) | Износостойкий чугун | |
RU2753397C1 (ru) | Отливка из высокопрочной износостойкой стали и способы термической обработки отливки из высокопрочной износостойкой стали | |
KR960006038B1 (ko) | 내마모성이 우수한 크롬탄화물형 합금 | |
JP5837837B2 (ja) | 工具寿命に優れた硬度が300hv10以上の高硬度bn系快削鋼 | |
KR20200071037A (ko) | 낮은 함량의 인, 지르코늄이 미세-합금화된, 내파괴성 스틸 합금 | |
RU2481416C1 (ru) | Высокопрочная сталь | |
RU2345160C1 (ru) | Белый износостойкий чугун | |
RU2602587C1 (ru) | Аустенитный чугун с шаровидным графитом | |
RU2448183C1 (ru) | Износостойкий чугун | |
RU2230817C1 (ru) | Чугун | |
RU2784363C9 (ru) | Сталь | |
SU1725757A3 (ru) | Износостойкий чугун | |
RU2303077C1 (ru) | Сталь износостойкая ссил-500 | |
RU2451100C1 (ru) | Износостойкий чугун | |
RU2432412C2 (ru) | Чугун и способ его получения | |
RU2082815C1 (ru) | Износостойкая сталь для фасонных отливок | |
RU2627316C1 (ru) | Износостойкий чугун с шаровидным графитом | |
RU2147045C1 (ru) | Половинчатый чугун | |
JP2009221544A (ja) | 高温耐摩耗材 | |
RU2137859C1 (ru) | Износостойкая сталь | |
RU2130089C1 (ru) | Чугун |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091121 |