Литейный сплав

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к литейным сплавам. Предложено в литейный сплав вводить следующие компоненты при следующем соотношении,мас.%: углерод 1,5-3,0; хром 4,0-9,0; кремний 0,2-1,5; марганец 0,2-1,5; ванадий 5,0-11,0; ниобий 0,5-2,2; железо - остальное. Технический результат - создание литейного сплава повышенной износостойкости.US-A1-2010/0189588 УВАРОВ БОРИС ИВАНОВИЧ (BY); Изобретение относится к легированным литейным сплавам для износостойких деталей. Известны азотируемые инструментальные сплавы, получаемые методами порошковой металлургии. Эти технологии получили широкое распространение в США, например азотированная инструментальная сталь по патенту США 7615123, С 22 С 38/26, опубл. 10.11.2009, имеющая следующий состав, мас.%: Патентом РФ 2221069, С 22 С 33/02, С 22 С 38/56, B22F 3/15, опубл. 1.01.2004, защищен азотированный стальной сплав для изготовления деталей методом порошковой металлургии, имеющий следующий состав, мас.%: Однако эти сплавы содержат такие дорогостоящие компоненты, как вольфрам, молибден, а технология их получения сложна, требует специальной подготовки исходных материалов, специального оборудования для прокатки или прессования и насыщения азотом. Известен износостойкий чугун по патенту РФ 2412272, С 22 С 37/06, опубл. 20.02.2011, следующего состава, мас.%: Отливки изготавливаются путем формирования расплава чугуна, заливки в форму, охлаждения на воздухе до комнатной температуры и термообработки. Целью аналога является получение легированного белого чугуна, который стоит меньше альтернативных, доступных в настоящее время легированных белых чугунов. Отмечается, что отливки имеют сравнимую износостойкость с отливками из доступных легированных белых чугунов при значительно более низкой стоимости путем замещения марганцем, по меньшей мере, некоторого количества молибдена, никеля и хрома. Однако содержание молибдена, никеля и хрома (особенно), а также марганца, остается значительным, кроме того, рекомендуется использование таких дорогостоящих легирующих элементов, как титан,цирконий, вольфрам. Сведения об износостойкости в патенте не приведены. Приведены усадочные характеристики и твердость. Наиболее близким к заявляемому сплаву по совокупности признаков, выбранным в качестве прототипа, является сплав (белый деформируемый чугун) (Жуков А.А., Сильман Г.И., Фрольцов М.С. Износостойкие отливки из комплексно-легированных белых чугунов. - М.: Машиностроение, 1984, с. 80) следующего химического состава, мас.%: Хотя указанный сплав и содержит ряд сильных карбидообразующих элементов, таких как хром, ванадий, ниобий, молибден и титан, все же основным его недостатком является недостаточная износостойкость изделий. Объясняется это невысоким содержанием наиболее износостойких карбидов ванадия и карбидов хрома. Также получение сплава с содержанием ниобия до 2,83% проблематично из-за ограниченного растворения ниобия в сплаве, быстрого его осаждения из-за высокого удельного веса, и самое главное, что при содержании ниобия свыше 2,2 мас.% резко снижается жидкотекучесть сплава, что ухудшает качество литья. Предлагаемым изобретением решается задача расширения номенклатуры литейных сплавов. Технический результат - создание литейного сплава повышенной износостойкости. Этот технический результат достигается тем, что в литейном сплаве, содержащем углерод, хром,кремний, марганец, ванадий, ниобий и железо, компоненты взяты в следующем количественном соотно-2 021913 Отличительными от прототипа признаками являются следующие: другое количественное содержание идентичных элементов сплава, отсутствие в сплаве титана и молибдена. Разработанный состав сплава позволяет достичь требуемого технического результата, т.е. получить износостойкие детали оснастки с более длительным сроком службы. Технология получения заявляемого сплава проста и дешева. Оптимальное сочетание компонентов заявляемого сплава позволяет получать его на стандартном литейном оборудовании без использования длительных многопередельных способов и дорогостоящего оборудования, таких как OSPREY метод; метод электрошлакового наплавления (ERS метод); метод порошковой металлургии (высокотемпературное спекание порошков при высоком давлении HIP-процесс). Сплав получают методом плавления расчетного количества шихты в индукционной печи при обычном давлении и атмосфере и затем разливают литейным ковшом в приготовленные литейные формы. Для заливки использовали металлокерамические формы, изготовленные из огеливаемой кварцевой суспензии на этилсиликатном связующем. После кристаллизации залитого в формы сплава производят выбивку отливок, их очистку и отделение прибылей. Далее отливки подвергают отжигу при температуре 820 С в течение 2 ч, снижая их твердость для механической обработки. Отливки обрабатывают, получая детали оснастки, которые затем нагревают до температуры 900 С и закаливают в масле, после проводят отпуск для снятия напряжений при температуре 500 С в течение 1 ч. Далее износостойкие детали оснастки монтируют и ставят оснастку в работу. Для проведения сравнительных испытаний из заявляемого сплава и сплава-прототипа изготовили матрицы для полугорячей высадки шестигранной головки болта размером 22 мм из стали 20. Усилие пресса - 160 тнс, температура нагрева заготовки в индукторе - 520 С. Износ оснастки измерялся по увеличению размера головки болта и выходу размера из поля допуска. Ниже приводятся конкретные примеры, подтверждающие возможность осуществления изобретения и доказывающие возможность получения положительного технического результата. Совместное введение хрома в количестве 4,0-9,0, ванадия в количестве 5,0-11,0% и ниобия в количестве 0,5-2,2% в заявляемом сплаве приводит к образованию оптимального количества мелких карбидов ванадия, ниобия и хрома и значительному измельчению зерна матрицы сплава, что повышает износостойкость и прочность изделий. Содержание в сплаве марганца и кремния ниже 0,2% трудно достижимо при существующей технологии плавки сплава. Содержание этих элементов выше 1,5% приводит к росту зерна матрицы сплава,что снижает износостойкость и прочность изделия. Содержание углерода ниже 1,5% снижает твердость изделия и его износостойкость. При содержании углерода выше 3,0% твердость и практическая износостойкость конечного изделия не повышается вследствие образования более грубых карбидов. Карбиды ванадия растворяются в карбидах хрома, образуя износостойкие карбидные комплексы. При содержании хрома ниже 4% в сплаве износостойкость изделия не достаточна. При содержании хрома выше 9% отливки плохо поддаются механической обработке. При понижении содержания ванадия менее 5,0% не достигается высокая износостойкость, а повышение выше 11% - нерационально, т.к. не приводит к значительному росту износостойкости, а также повышается вязкость сплава и жидкотекучесть становится недостаточной для производства годных отливок. Использование ниобия в количестве ниже чем 0,5% не дает ощутимого эффекта, т.к., во-первых, не образуется достаточного количества самых твердых карбидов - карбидов ниобия, и, во-вторых, сплав не получается достаточно мелкозернистым, что в совокупности снижает износостойкость изделия. Увеличение содержания ниобия в сплаве повышает износостойкость изделий, но при содержании выше 2,2% жидкотекучесть сплава резко падает и почти 50% отливок отбраковываются по недоливу. Таким образом, по сравнению с прототипом значительно повышена износостойкость деталей технологической оснастки, полученной из заявляемого сплава, измеряемая косвенно количеством заготовок,произведенных при помощи оснастки до выхода ее из строя по износу. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Литейный сплав, содержащий углерод, хром, кремний, марганец, ванадий, ниобий и железо, отличающийся тем, что компоненты введены в следующих количествах, мас.%: углерод 1,5-3,0; хром 4,0-9,0; кремний 0,2-1,5; марганец 0,2-1,5; ванадий 5,0-11,0; ниобий 0,5-2,2; железо - остальное.