Прочность как низко-, так и высоколегированных чугунов находится в пределах: sВ=150-350 МПа после оптимальной термической обработки. Это указывает на несовершенство выбранных композиций. Дальнейшее развитие составов в последнее время идет по пути уменьшения содержания хрома, марганца, никеля и появление таких легирующих элементов, как сера, фосфор и азот. В первую очередь это касается износостойких чугунов. Повышение износостойкости при введении в железоуглеродистую основу фосфора и азота происходит за счет увеличения объемной доли цементита и его термической стойкости.
Замечено, что применение фосфора и азота позволяет резко сократить, например, количество хрома, который ранее применялся в чугуне в количестве 20-30%.
Для уменьшения количества легирующих элементов при сохранении износостойкости необходимо применять любые воздействия на расплав, обеспечивающие отсутствие выделений графита и стабилизирующие цементит. Это может быть достигнуто использованием смесей для обработки расплава, содержащих элементы с повышенным сродством к водороду и азоту. Нами разработан состав чугуна, в котором в качестве легирующего элемента применен один из самых сильных карбидообразователей – водород. На данный чугун получен патент РФ. Ниже приведено описание изобретения с редчайшим случаем использования водорода в качестве легирующего элемента.
Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугунов для изготовления деталей, работающих в узлах трения, а также режущего инструмента. Известен чугун, содержащий, мас. %: углерод 2,50-3,50; кремний 1,70-2,60; марганец 0,64-1,80; сера 0,22-0,50; фосфор 0,40-1,0; сурьма 0,005-0,08; медь 0,25-0,60; никель 0,30-1,0. Наиболее подходящим к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является чугун следующего химического состава, мас. %: углерод 3,0-3,6; кремний 1,5-2,4; марганец 0,5-2,1; хром 0,1-0,4; фосфор 0,08-0,25; никель 0,1-1,2; бор 0,003-0,012; титан 0,005-0,050; азот 0,006-0,012. Недостатком известных чугунов является низкая износостойкость. Задача изобретения - повышение износостойкости чугуна. Поставленная задача достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, азот и железо, дополнительно содержит серу и водород при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 3,03-3,07; кремний 0,47-0,50; марганец 0,29-0,32; фосфор 0,046-0,048; азот 0,0039-0,0059; сера 0,108-0,110; водород 0,00025-0,00052; железо - остальное.
Совместное введение в чугун серы и водорода в указанных количествах при заявленном соотношении всех остальных компонентов приводит к диспергированию выделений графита и резкому увеличению объемной доли цементита. При проведении термической обработки наличие серы и водорода обеспечивает существенное увеличение закаливаемости, повышение механических свойств за счет частичного растворения первичного цементита и более полного мартенситного превращения. Введение серы и водорода в количествах, больших и меньших заявленных пределов, приводит к развитию пористости и снижению эффекта закалки соответственно. Предлагаемый состав чугуна с указанным соотношением всех входящих в него компонентов обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в значительном повышении износостойкости чугуна.
Пример. Выплавку чугуна проводили в индукционной печи с использованием стандартных шихтовых материалов и возврата. После расплавления и перегрева при 1350-1400°С расплав продували парами водных растворов H2SO4. Свойства чугуна определяли после термической обработки, заключавшейся в нагреве до 950°С и после закалки в кипящей воде с последующим отпуском. Это приводило к повышению предела прочности sB до 410-470 МПа, тогда как в литом состоянии чугун имеет sB = 300-380 МПа. Химический состав его приведен в таблице 5.5. Износостойкость определяли весовым методом после истирания в течение 6 ч без смазки с применением контртела из стали Х6ВФ. Из данных таблицы видно, что износостойкость чугуна при подобранных составе и режиме термической обработки может быть увеличена в 2 раза по сравнению с известным вследствие применения самого дешевого легирующего элемента - водорода.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.