Литий жаростійкий сплав

Литий жаростійкий сплав, що містить вуглець, хром, марганець, кремній, залізо та домішки, який відрізняється тим, що він додатково містить титан, алюміній та азот при такому співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,6-1,4 хром 18,5-21,0 кремній 1,5-2,5 марганець 2,0-3,5 титан 0,3-0,6 алюміній 0,01-0,2 азот 0,01-0,05 залізо та домішки решта. UA (21) a200604628 (22) 25.04.2006 (24) 25.09.2007 (46) 25.09.2007, Бюл. №15, 2007р. (72) Чейлях Олександр Петрович, Прекрасний Сергій Валерійович, Кліманчук Владислав Владиславович, Кирильченко Петро Михайлович, Фомицький Євген Іванович (73) ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) SU, 711 156, A, 25.01.1980 SU, 1 652 372, A1, 30.05.1989 SU, 1 723 180, A1, 30.03.1992 SU, 1 820 300, A1, 07.06.1993 UA, 23 183, C2, 15.09.2000 UA, 78 416, C2, 15.03.2007 RU, 2 048 586, C1, 20.11.1995 RU, 2 171 165, C2, 27.07.2001 SE, 421 538, B, 04.01.1982 CN, 1 069 773, A, 10.03.1993 C2 2 (19) 1 3 вісмут 0,04-0,01 бор 0,05-0,30 телур 0,06-0,13 залізо та домішки решта. При наявності в складі дорогих компонентів як ванадій, молібден, вісмут та телур роблять сплав підвішеної зносостійкості при великих температурах, однак присутність цих елементів та великої кількості нікелю робить цей сплав також дуже дорогим, що заважає його виробництву. Відома жаростійка сталь 75Х28Н2СЛ (ТІ 23275-2002), яка прийнята за прототип, наступного складу (у ваг. %): вуглець 0,5-1,0 хром 26,0-30,0 кремній 0,5-1,5 марганець 0,5-0,8 нікель 1,5-3,0 залізо та домішки решта. Наявність в складі великої кількості нікелю і хрому робить цей сплав дуже дорогим, що заважає його виробництву. Крім того, присутність нікелю у складі сплаву, який експлуатується в середовищі з наявністю сульфідних газів спонукає швидкому корозійному розтріскуванню. В основу виноходу поставлена задача: розробити склад литого жаростійкого сплаву, в якому введення нових компонентів та вагове співвідношення інших, дозволяє отримати економнолегований сплав при збільшені газо-абразивної та гарячо-абразивної зносостійкості, достатньої жаростійкості при термоциклюванні до 700°С. Для вирішення поставленої задачі в склад литого жаростійкого сплаву, який містить вуглець, хром, марганець, кремній, залізо та домішки, згідно запропонованому виноходу, додатково введення титан, алюміній та азот при такому співвідношенні компонентів (у ваг. %): вуглець 0,6-1,4 хром 18,5-21,0 кремній 1,5-2,5 марганець 2,0-3,5 титан 0,3-0,6 алюміній 0,01-0,2 азот 0,01-0,05 залізо та домішки решта. У запропонованому складі додаткове введення титану в кількості 0,3-0,6%, алюмінію 0,01-0,2%, та азоту 0,01-0,05% достатньо для отримання спецкарбідів для збереження мілкозернистості структури при підвищених температурах, яка додатково підвищує зносостійкість, а алюміній також додатково підвищує жаростійкість, за рахунок отримання оксидів алюмінію в оксидній плівці. Введення цих компонентів менш запропонованого складу мало ефективне, а введення більш цього складу спонукає підвищенню собівартості сплаву. Вміст у сплаві вуглецю менш 0,6% знижується зносостійкість, так як при такій кількості сформується дуже мало карбідів (Fе,Сr)3С, а наявність 80498 4 більш 1,4% знижує жаростійкість сплаву при зв'язуванні хрому в карбіди. Хрому в кількості 18,5-21% достатньо для досягнення потрібної жаростійкості при температурах до 1000°С, а також для отримання необхідної зносостійкості за рахунок утворення карбідів. Менш ніж 18,5% зміст цього елемента не досягає необхідної жаростійкості та зносостійкості, при змісті більш 21% підвищується собівартість сплаву, та незначний вклад на жаростійкість до 1000°С. Кремній в кількості 1,5-2,5% додатково збільшує жаростійкість. При наявності кремнію менш 1,5% дає незначний вклад в підвищення жаростійкості, а при кількості більш 2,5% може привести до крихкого стану в сплаві. Марганець в кількості 2-3,5% вводиться в сплав для збільшення кількості залишкового аустеніту в структурі, що позволяє підвищити зносостійкість, яка необхідна при абразивному впливі нагріваючого середовища. Менша або більша кількість марганцю в співвідношенні указаному в заявці, не ефективна. Сплав виплавляли в умовах фасонносталеливарного цеху ВАТ "ММК ім. Ілліча". Виплавку робили в печах ДСП 3А з основною футерівкою, а розлив здійснювався при температурах 1540-1560°С в добре прогрітому (до 700-750°С) ковші у попередньо виготовленій пісчано-глинистій формі. Введення азоту здійснювали з допомогою азатованих феросплавів. Присадку алюмінію вводили в ківш. Режим ТЦО проводили наступним засобом: нагрів зразків в термічної камери лабораторної печі (СНОЛ 1,8х1,5х3,9) до 700°С витримка 25хв., охолодження на повітрі, витримка при ~100°С 20хв. Кількість циклів 60. Випробування зразків запропонованого складу сплаву і прототипу на ударно-абразивне зношування робили згідно ГОСТ 23.207-79 на спеціальній споруді [А.с. СРСР 1820300, G01N3/56, 1993, Бюл. №21]. Ударно-абразивне зношення робили в попередньо саморозігрітій до температур 400-450°С обертанням зразків у середовищі чавунно-литого дробу зі швидкістю 2850 хвил. -1. Час зношування 120 хвилин. Еталоном була відпалена сталь 45 твердістю НВ 160. Твердість зразків сплаву вимірювали на твердомірі ТК-2 (Раквелла) з навантаженням 1500Н. Крім того, були проведені експериментальнопромислові випробування колосників спекальних візків агломашин ВАТ "ММК ім. Ілліча", які показали однакову експлуатаційну стійкість деталей з прототипом (2 роки). Хімічний склад, відносна ударно-абразивна зносостійкість (e), твердість (HRC) сплаву заявленого складу та прототипу після ТЦО приведені в таблицях 1, 2. 5 80498 6 Таблиця 1 Хімічний склад дослідуючих сплавів № 1 2 3 (опт.) 4 5 75Х28Н2СЛ C 0,5 0,6 0,63 1,4 1,6 0,82 Cr 18,1 18,5 19,5 21,0 21,5 27,9 Μn 1,8 2,0 3,02 3,5 3,7 0,88 Вміст хімічних елементів, % Si Ni Ті 1,4 0,19 1,5 0,30 2,36 0,35 2,5 0,60 2,9 0,62 1,45 1,94 Аl 0,005 0,01 0,18 0,2 0,21 N 0,004 0,010 0,016 0,050 0,060 Таблиця 2 Механічні властивості досліджувальних сплавів після ТЦО литий № 1 2 3 (опт.) 4 5 75Х28Н2СЛ HRC 22 23 24 28 30 35,0 e 1,65 1,7 1,8 1,75 1,9 1,68 Після 20 циклів HRC e 21 1,7 25 1,8 26 1,9 26 1,85 27 1,9 31,0 2,0 Із таблиць слідує, що заявлений литий жаростійкий сплав не уступає по властивостям прототипу 75Х28Н2СЛ. Ефективність заявленого литого жаростійкого сплаву міститься в зниженні собівартості колосни Комп’ютерна верстка В. Клюкін Після 40 циклів HRC e 23 1,5 26 1,6 27,5 1,7 27 1,65 26,5 1,65 31,0 2,72 Після 60 циклів HRC e 21 1,7 24 1,9 25,5 2,0 25 1,95 24 1,8 30,0 2,63 ків спекальних візків агломашин, які виготовлені з нього, при зменшенні на 30-40% хрому у складі в замін більш дешевих елементів - кремнію та марганцю, та відсутність дефіцитного нікелю. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601