4.2 Вибір та обґрунтування оптимального складу жаростійких сталей та зносостійкого чавуну для виготовлення литих деталей різними способами лиття

Жаростійкі сталі. Проведені дослідження показали, що найкращий комплекс технологічних і спеціальних властивостей має жаростійкий сплав на основі заліза із вмістом 25...32% хрому й 1,5...3,0% алюмінію. Для забезпечення високої окалиностійкості й тривалої експлуатації виробів при температурах до 1300°С вміст цих елементів повинен перебувати на верхній межі, тобто 30...32% хрому й не менше 2,0% алюмінію. Вміст вуглецю не повинен перевищувати 0,25%.

Під час виготовлення великогабаритних тонкостінних виливків, які працюють до 1150…1250˚С, вміст хрому й алюмінію можна знизити, а заливання форм здійснювати при максимально можливій (у конкретних умовах) температурі металу (1600…1620˚С).

Дослідженнями також встановлено, що як ливарний матеріал, найбільш перспективними є середньовуглецеві хромоалюмінієві сталі із вмістом 0,25...0,35% вуглецю.

Незважаючи на трохи меншу в порівнянні з низьковуглецевими (0,08...0,15% С) сталями окалиностійкість, ці сталі мають більш високі показники міцності, кращі ливарні властивості й надійно працюють в умовах інтенсивного зношування.

Шкідливий вплив вуглецю на окалиностійкість частково або повністю можна усунути легуванням сталі титаном у кількості 0,25...0,60%, при цьому виливки, які працюють в умовах підвищених зовнішніх навантажень, необхідно виготовляти з жаростійких хромоалюмінієвих сталей, легованих 0,5...0,6% титану.

У тих випадках, коли необхідно виготовляти вироби нескладної конфігурації, які працюють в умовах високих температур (до 1200°С) заданий проміжок часу, можна скористатися результатами досліджень і рекомендаціями й використати сталь іншого хімічного складу, з іншими діапазонами концентрацій елементів, %: С = 0,25...0,45; Cr = 24…32; Al = 1,0…3,0; Ti = 0,25…0,60; РЗМ (за присадкою) = 0,15...0,25. Для виготовлення складних за геометрією литих деталей із жаростійких сталей їх доцільно мікролегувати і модифікувати ванадієм, ітрієм і кальцієм.

Вміст марганцю й кремнію регламентується використовуваними матеріалами шихти й технологією плавлення сталі.

Взагалі вміст марганцю і кремнію має не перевищувати відповідно 0,8 і 1,0%, а вміст сірки й фосфору – 0,025% кожного елемента.

Теоретичний аналіз й отримані експериментальні дані щодо ливарних, механічних і спеціальних властивостей жаростійких сталей із хромом й алюмінієм дали можливість запропонувати як ливарний матеріал для виготовлення тонкостінних великогабаритних литих деталей, що працюють при температурах до 1300˚С, сталь 30Х30Ю2ТЛ, а для виготовлення простих за конфігурацією литих деталей, які працюють при температурах до 1150…1200С – сталь 25Х24Ю3ТЛ.

Хімічний склад рекомендованих сталей показано в табл. 4.2.

Таблиця 4.2 – Хімічний склад рекомендованих базових жаростійких сталей із хромом й алюмінієм

Індекс позиції	Марка сталі	Хімічний склад, % мас.
		C	Cr	Al	Si	Mn	Ti	РЗМ (за присадкою)	P	S
									не більше
1	30Х30Ю2ТЛ	0,25... 0,35	28... 32	1,5... 2,2	< 1,0	< 0,8	0,2... 0,4	0,15... 0,25	0,025	0,025
2	25Х24Ю3ТЛ	0,25... 0,30	23... 25	2,5... 3,2			0,3... 0,6	0,20... 0,25	0,025	0,025

Зносостійкі чавуни Проведені дослідження показали, що найкращий комплекс технологічних і спеціальних властивостей має зносостійкий сплав на основі заліза – хромомарганцевий чавун – із вмістом 18...20% хрому й 3,8...4,5% марганцю, якому умовно надана марка 290Х19Г4.

Для забезпечення високої зносостійкості й тривалої експлуатації виробів в умовах інтенсивного гідроабразивного зносу високо марганцевий чавун доцільно додатково піддавати мікролегуванню або модифікуванню. Високі властивості хромомарганцевий чавун рекомендованого хімічного складу набуває після додаткового оброблення його титаном у кількості 0,1...0,5%. Для виготовлення тонкостінних виливків, які працюють в умовах інтенсивного зносу, рекомендований чавун доцільно обробляти бором до 0,020%.