Чугун

 

СОЮЗ СОЕЕТСНИХ РЛ

РЕСПУБЛИК ()9) ()1) ф(51> С 22 С 37/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ с ВСЕСОЮЗН. Гу.. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3594605/22-02 (22) 05.04.83 (46} 15,07.85. Бюл. У 26 (72) В.И.Лагута, И.Н.Мирошниченко, И.П.Жуков, М.В.Лопата, Г.И.Драшко, В.И.Рыженко и И.С.Татаринов (53) 669.15-196(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР.

В 428032, кл. С 22 С 37/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 3508398, кл. С 22 С 37/10, 1982. (54)(57) ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, алюминий, кальций, редкоземельные элементы и железо, отличающийся тем, что,- с целью повышения гидроабразивной стойкости в водных и агрессивных средах, он содержит ком. поненты в следующем соотношении, мас. :

Углерод 3,0-3,6

Кремний 1,8-2,5 .

Марганец 3-6

Медь 1,8-2,5

Алюминий 0,4-0,6

Кальций О, 01-0, 10

Редкоземельные эле.менты

Железо

1167229

2,5-4, 1

0,8-2,6

0,2-1,0

0,01-1,0

0,01-1,2

0,01-0,1

Изобретение относится к металлур. гии, в частности к разработке составов чугуна для отливок, работающих в условиях гидро- и корроэионно-абразивного износа. 5

Известен чугун $1 1, содержащий, мас.%:

Углерод 3-3,6

Кремний 2-2,5

Марганец 4-5, О

Медь 1,8-2,5

Алюминий 0,4-0,6

Железо Остальное

Однако указанный чугун имеет недостаточную гидроабразивную стой- !5 кость в водных и агрессивных средах.

Наиболее близким к предположенному по технической сущности и достигаемому результату является чугун L23, содержащий компоненты в следующем 20 соотношении, вес.%:

Углерод

Кремний

Марганец

Мель 25

Алюминий

Кальций

Редкоземельные металлы 0,01-0,1

Фосфор 0,2-1,0 30

Титан 0,03-0,2

Ванадий 0,1-0 5

Бор 0,01-0,09

Азот О, 06-0,18

Железо Остальное

Недостатками известного чугуна являются наличие в его составе дефицинтных материалов, таких как ванадий и титан, невозможность выплавки его в вагранке, когда кремний 40 находится на нижнем пределе, Известный чугун обладает также недостаточ— ной гидроабразивной стойкостью в водных и агрессивных средах, Цель изобретения — повьппение гид- 45 роабразивной. стойкости чугуна в водных и агрессивных средах.

Указанная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний ° марганец, медь, алюминий, 50 кальциР, редкоземельные элементы и железо, содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Углерод 3-3,6

Кремний 1,8-2,5 55

Марганец 3-6,0

Медь - 1,8-2,5.

Алюминий 0,4-0,6

0,01-0,1

Кальций

Редкоземельные металлы 0,03-0,20

Железо Остальное

Чугун предложенного состава обла дает следующими свойствами:

Предел прочности при изгибе, МПа 450-700

Твердость по Бринелю, НВ, МПа 2410-3630

Чугун предложенного состава отличается от базового объекта (прототипа) тем, что в его составе отсутствуют титан, ванадий, бор и азот и существенно изменены соотношения марганца и меди.

Такое изменение химического состава приводит к получению перлитомартенситной и перлитомартенситноаустенитной структур чугуна и повышение его гидроабразивной стойкости в водных и агрессивных средах.

Содержание марганца (3,0%) и меди (1,8%) установлено исходя из того, чтобы в структуре чугуна при кристаллизации отливок не было феррита и неустойчивых продуктов распада аустенита. При таком содержании марганца и меди в соотношении с другими элементами (углеродом, кремнием, алюминием, кальцием и

P3M) структура чугуна состоит из

40-50% перлита, 20-25% троостита, 5-15% мартенсита и 2-6% карбидов.

Верхние пределы по марганцу (6,0%) и меди (2,5%) установлены, исходя из условий получения чугуна с неустойчивой аустенитной структурой. При увеличении содержания марганца более 6% и меди более 2,5% в структуре чугуна увеличивается содержание аустенита и карбидов, что приводит к понижению .коррозионноабразивной стойкости чугуна.

Рентгеноструктурный анализ показал, что карбиды в предложенном чуrvve состоят в основном иэ карбидов железа и марганца. Такие карбиды являются некоррозионностойкими и поэтому в процессе коррозионно-абразивного износа растворяются быстрее основной матрицы, что ускоряет коррозионно-абразивный износ чугуна.

Нижние пределы содержания кальция (0,01%) и РЗМ (0,03%) обусловлены их модифицирующим действием на улучшение формы графита, упрочнение металлической основы чугуна, уменьз 1 Ъ шение отбела, что в конечном счете приводит к улучшению гидроабразивной стойкости в водных и агрессивных средах.

Повышение содержания кальция более О, 1Х является неэффективным, а увеличение содержания РЗМ более

0,20Х приводит к увеличению количества карбидов, повышению твердости и ухудшению механической обработки чугуна.

Пределы содержания алюминия в предлагаемом чугуне выбраны из технологических условий, обеспечивающих необходимую механическую обработку отливок за счет подавления в основном карбидообразования в чугуне.

В предлагаемом чугуне содержание таких примесей, как сера и фосфор, не должно превышать 0,1 и 0,4Х соответственно.

Плавку предлагаемого чугуна можно производить в вагранке, электродуговой и индукционной печах. При плавке используются шихтовые материалы, применяемые при производстве обычных серых чугунов (литейные и передельные чугуны, медь, алюминий, ферромарганец, лигатуры с Р3М, силикокальций).

При плавке чугуна в вагранке ферромарганец вводят в шихту вместе с другими материалами, а при плавке чугуна в электродуговой и индукционной печах рекомендуется вводить ферромарганец и медь после расплава металла за 15 мин до его выпуска.

Это позволяет уменьшить угар меди и марганца до 0-5Х. Алюминий и лигатуры с Р3М вводят в ковш перед выпуском металла.

67229 4

Заливку металла необходимо производить при 1380-1390 С. Перед заливкой с целью уменьшения неравномерного распределения меди в отливках металл необходимо тщательно перемешивать.

Для получения предложенного чугуна были изготовлены три смеси ингредиентов в пределах указанного

10 химического состава и две смеси с запредельными значениями химического состава чугуна. Химический состав выплавленных чугунов и результаты гидро- и коррозионно-абразивных испытаний представлены в таблице.

Испытания на гидроабразивную стойкость в водных н агрессивных средах осуществляли в установке типа Штауфера при линейной скорости движения образцов равной 5,5 м/с при соотношении кварцита и воды (а при коррозионно-абразивном износе— кварцита и 5Х-ного водного раствора Н SO ) равной 2:1.

Относительную износостойкость определяли как отношение потери веса образца прототипа к отношению . потери веса испытуемых образцов (предлагаемую чугун).

Результаты сравнительных испытаний показали, что по сравнению с базовым объектом (прототипом) предлагаемый чугун в 2, 1-2,5 раза превышает его по гидроабразивной и.в

35 1,25-1,б. раза по коррозионно-абразивной стойкости.

Экономический эффект достигается за счет увеличения срока службы деталей (шламовых и кислотных насо40 сов, трубопроводной арматуры) из чугу на предложенного состава.

1167229! ° о

I

Ю л О

Ю

I 1

1 Ю I I 1 л

) Е Ъ л

1 Ю

-) < Ъ л

I

1 л

Ю л

I

I

I В 0 Р

cd I

Ю л

Ю и

1 К вГ 1

1 Ю л

Ю О л \ л

Ю .Ю

00 л л

Ю Ю

Ю 0О Ю а л л л л ь сч ч а а л л

:Ч О а Ю л л сО иЪ Ю л л

00 л 1 сч . }

00 I. л 1

1 "Ъ . мЪ 0О Ю л л л ч C4 СЧ

00 л

e O СЧ .О л л л л с Ъ с Ъ С Ъ ) 1

I al

1 ) cd

v ! ж

)

В

1К v

)ЖД Ф

I I» О 0l

)м о м

I

1

1 Р

В й О й"! о й

1 I

I cd

1 О

I a0

I cd Х о о

I Ф Ж М

I Р Ж I

) Ю Ю

Е4 О С"Ъ а сч

° л л

v сч сч

1 ) I

1 I I л л л Ъ РЪ с Ъ л л

Ю Ю Ю

Ю Ю

Ю сч л л л

Ю Ю Ю

Ю

Ю Ю л л л

Ю Ю Ю

1

1 I I

I

1

I

1 1 1

I

1 1 1

1 л л

ГЪ сЪ л л

Ю Ю иЪ 1

) л

Ю Ъ 00 л л

О Ю

an 0О I л л а» N I

I о . е5

В;

):) Ж Ф

0a dI O

О Р I °

Д cd Ж