Отливки из комплексно-легированных жаростойких чугунов

 

Кроме стандартных марок жаростойких чугунов для изготовления жаростойких отливок часто используют комплексно-легированные белые хромистые чугуны, которые одновременно являются жаропрочными, коррозионностойкими, износостойкими. Для обеспечения такого комплекса свойств хромистые чугуны легируют и модифицируют B, V, Mn, Mo, Ni, Nb, Ti и другими элементами (табл. 3.8.).

В частности, для изготовления колосников спекательных тележек и грохотов агломерационных машин применяется чугун Ч230Х16Г4НТ, который специально разработан для такого вида отливок, работающих в условиях высоких температур (более 900 ⁰С), окислительных сред, абразивного износа.

Таблица 3.8

Химический состав комплексно-легированных жаростойких чугунов

Марка чугуна	Химический состав, %
С	Si	Mn	Cr	Al	Прочие элементы
Ч230Х16Г4НТ	1,8-2,5	0,2-0,6	3,5-5,0	14-20	-	Ni 0,4-2,0 Ti 0,2-0,6
Ч270Х28НД3Ю	2,2-3,0	0,8-1,2	1,2-1,8	25-30	1,0-2,0	Ni 0,5-0,8 Cu 2,5-3,5
Ч280Х24Г5ТФ	2,0-3,0	0,4-1,4	4,0-6,0	23-25	-	Ti 0,05-0,25 V 0,05-0,25 Ba 0,005-0,02
Ч320Ю2Д	3,0-3,3	0,4-0,6	0,6-0,9	-	2,0-2,5	Sb 0,1-0,3 Cu 0,4-0,6

 

Содержание углерода в указанном количестве обеспечивает образование карбидов типа М₇С₃, которые способствуют повышению износостойкости чугуна. При введении в чугун углерода в количестве менее 1,8 % резко падает объемная доля карбидов, что снижает абразивостойкость, а в количестве более 2,5 % приводит к обеднению металлической основы хромом, что отрицательно сказывается на ростоустойчивости и окалиностойкости чугуна.

Кремний, являясь технологической добавкой, распределяется при кристаллизации между аустенитом и эвтектическим расплавом, улучшает жидкотекучесть чугуна. Содержание кремния в количетве менее 0,2 % не обеспечивает достаточной жидкотекучести чугуна, а более 0,6 % - увеличивает верхнюю критическую скорость отбеливания чугуна, уменьшая его отбеливаемость, снижает устойчивость аустенитной структуры, а также приводит к увеличению хрупкости отливок.

Никель в указанном количестве в сочетании с марганцем способствует получению стабильной однофазной аустенитной структуры металлической основы, повышает жаростойкость и жаропрочность чугуна, улучшает качество чугунной отливки.

Значительное повышение окалиностойкости и ростоустойчивости может быть достигнуто при комплексном легировании хромом и никелем.

Хром образует комплексные карбиды типа (Fe, Cr)₇C₃ и повышает сопротивляемость окислению металлической основы чугуна, что обеспечивает высокую абразивно- и жаростойкость отливок. При содержании хрома менее 14 % в структуре чугуна наряду с карбидами (Fe,Cr)₇C₃ образуются карбиды (Fe,Cr)₃C, уменьшается содержание хрома в металлической основе и появляются продукты распада аустенита, поэтому жаро-, износостойкость чугуна снижается.

Марганец в указанном количестве обеспечивает получение стабильной аустенитной структуры металлической основы, повышает жаростойкость и жаропрочность чугуна. Увеличение содержания марганца более 5,0 % приводит к объединению металлической основы чугунов углеродом и хромом, что снижает жаро- и абразивостойкость. При содержании марганца менее 3,5 % снижается устойчивость аустенита и жаростойкость чугуна.

Титан способствует измельчению первичной структуры, устраняет столбчатое строение отливок, модифицирует чугун, что позволяет получать однородные механические свойства по толщине отливок, стабилизирует структуру. При содержании титана менее 0,27 % стабилизирующее влияние будет незначительное, так как невелико количество карбидов TiC. При содержании титана свыше 0,4 % в чугуне образуется пленочные включения оксидов титана больших размеров, которые располагаются по границам аустенитных зерен, что снижает износостойкость и жидкотекучесть чугуна.

Механические и специальные свойства чугун ИЧ230Х16Г4НТ: твердость по Роквеллу 45 ед., коэффициент относительной износостойкости 7,5 ед., временное сопротивление при растяжении 661 МПа, глубина проникновения коррозии 0,04 мм и, ростоустойчивость при 1000 ⁰С - 0,19 %

Металлографическим анализом определено, что чугун Ч230Х16Г4НТ представляет собой доэвтектический сплав (рис. 3.2). С помощью дюрометрического и металлографического методов исследования установлено, что в структуре чугуна присутствуют карбиды двух типов – М₇С₃ и М₃С, которые кристаллизируются в эвтектике одного морфологического типа (инвертированная аустенитнокарбидная эвтектика). После завершения кристаллизации в нем формируется структура, состоящая из избыточных дендритов аустенита и аустенитокарбидной эвтектики розеточного строения. С увеличением скорости охлаждения (литье в кокиль) снижается количество и размеры дендритов первичного аустенита, микротвердость металлической основы (с 5,0 до 2,5 ГПа) и эвтектики (с 7,5 до 5,0 ГПа), растет дисперсность и объемная доля аустенитокарбидной эвтектики. Микротвердость карбидов М₇С₃ составляет 13-15 ГПа, карбидов М₃С – 8-11 ГПа.

 

 

х500 х500

сухая ПГФ сырая ПГФ

х500

кокиль

Рис.3.2. Микроструктура чугуна Ч230Х16Г4НТ, залитого в различные формы