Износостойкий чугун

 

Использование: для работы в условиях ударно-абразивного изнашивания. Сущность изобретения: износостойкий чугун, содержит, в мас.%: углерод 3,9 - 4,5, марганец 5 - 9, кремний 0,5 - 1,2, алюминий 0,5 - 1,5, ванадий 0,1 - 0,45, медь 1,0 - 2,4, кальций 0,01 - 0,05, церий и железо. В литом состоянии чугун имеет преимущественно аустенитную металлическую основу, избыточные карбиды цементитного типа (Fe, Mn)₃C и дисперсные равномерно распределенные VC, причем метастабильный аустенит при ударно-образивном воздействии дроби претерпевает в поверхностном слое фазовые превращения, что обспечивает дополнительное самоуправление рабочей поверхностью и повышение ударно-абразивной износостойкости. Использование чугуна позволяет значительно повысить долговечность и надежность деталей, сократить расход металла, снизить затраты на ремонт. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к износостойким чугунам для работы в условиях интенсивного ударно-абразивного изнашивания.

Известен марганцовистый чугун (ГОСТ 7769-82), содержащий в мас. Углерод 3-3,8 Марганец 7-9 Кремний 2-2,5 Алюминий 0,5-1,0 Никель 0,8-1,2 Медь 2,5-3,5 Железо Остальное Недостатком известного чугуна является низкий уровень ударно-абразивной износостойкости.

Известен также износостойкий чугун (авт.св. N 532654), содержащий мас. Углерод 2,7-3,8 Марганец 3,5-6 Хром 1,0-4,0 Кремний 1,5-4,0 Титан 0,05-0,5 Медь 0,5-2,0 Железо Остальное Известный чугун обладает достаточно высоким уровнем абразивной износостойкости и ударной вязкости. Однако его недостатком является относительно невысокая ударно-абразивная износостойкость в сочетании с достаточно высокой ударной вязкостью.

Наиболее близким по составу и технической сущности к предлагаемому является износостойкий чугун (авт.св. N 460321), содержащий мас. Углерод 3,5-4,0 Марганец 6-9 Хром 0,1-0,2 Ванадий 0,5-2,5 Кремний 2,0-3,0 Алюминий 0,8-1,0 Железо Остальное Недостатком известного чугуна является недостаточная ударная вязкость в сочетании с высокой ударно-абразивной износостойкостью.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является повышение ударной вязкости в сочетании с высокой ударно-абразивной износостойкостью.

Техническим результатом при использовании изобретения является получение в металлической основе аустенита оптимальной степени стабильности.

Этот результат достигается тем, что износостойкий чугун, содержащий углерод, марганец, кремний, алюминий и железо, дополнительно содержит медь, кальций и церий при следующем соотношении компонентов, мас. Углерод 3,9-4,5 Марганец 5-9,0 Кремний 0,5-1,2 Алюминий 0,5-1,5 Ванадий 0,1-0,45 Медь 1,0-2,4 Кальций 0,01-0,05 Церий 0,01-0,05 Железо Остальное Предлагаемый чугун в литом состоянии имеет преимущественно аустенитную металлическую основу, избыточные карбиды цементитного типа (Fe, Mn)₃C и дисперсные равномерно распределенные VC. Это, а также уменьшение концентрации вредных примесей по границам зерен за счет введения кальция и церия, обеспечивает повышение ударной вязкости. Метастабильный аустенит металлической основы в процессе ударно-абразивного воздействия абразивной среды при эксплуатации деталей претерпевает в их поверхностном слое распад, сопровождающийся превращением в мартенсит деформации и выделением дисперсных карбидов, что обеспечивает самоупрочнение рабочей поверхности и автоматическое повышение износостойкости деталей.

Медь и марганец вводятся для стабилизации аустенита до определенного уровня. Кроме того, медь повышает вязкость и прочные свойства чугуна. Ее содержание менее 1,0% малоэффективно, т.к. не обеспечивает достаточной стабилизации аустенита. Увеличение содержания меди более 2,4% способствует чрезмерной стабилизации аустенита, что снижает эффект самоупрочнения при эксплуатации, а также способствует графитизации чугуна и охрупчиванию сплава.

Кальций и церий вводятся для снижения концентрации вредных примесей по границам зерен и улучшения механических и литейных свойств чугуна. Введение этих элементов в количествах менее 0,01% малоэффективно, а содержание их более 0,05% уже не приводит к существенному росту вязкости, однако значительно удорожает чугун.

Отсутствие в составе предлагаемого чугуна меди, кальция и церия либо нарушение указанных концентраций этих и других компонентов не позволяет получить описанное выше структурное состояние и реализовать указанный технический эффект.

Чугуны экспериментальных составов были выплавлены в лабораторных условиях Мариупольского металлургического института. Чугуны выплавлялись в индукционной печи средней частоты ДСП 006 с кислой кварцитовой футеровкой. Разливка чугуна производилась при температурах 1400-1450^оС в предварительно просушенные и прогретые до 150-200^оС песчано-глинистые формы. Отлитые образцы подвергались нормализации при 850-950^оС и отпуску при 200^оС, 2 ч.

Испытания на ударно-абразивное изнашивание чугунов производились на специально сконструированной установке, имитирующей работу лопаток дробеметов, т. е. в условиях, приближенных к условиям эксплуатации износостойких чугунов подобного класса. Принцип действия установки основан на ударно-абразивном изнашивании испытуемых образцов, вращаемых в горизонтальной плоскости в абразивной среде смеси дроби (стальной или чугунной) с песком. Образцы закреплялись на рабочем валу, расположенном вертикально и соединенном с валом электродвигателя, развивающего 2850 об/мин, мощностью 1,5 квт. За эталон был принят серый чугун СЧ18 твердостью HRC 15.

Химический состав и свойства чугунов предлагаемых и известных составов приведены в таблице.

Сравнение свойств чугунов показывает, что предлагаемый износостойкий чугун оптимального состава (плавка III) обладает более высокой ударной вязкостью и ударно-абразивной износостойкостью, чем чугун-прототип.

Применение чугунов предложенного состава позволяет повысить долговечность и надежность деталей, сократить расход металла, снизить затраты на ремонт.

Формула изобретения

ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН, содержащий углерод, марганец, кремний, алюминий, медь, кальций и железо, отличающийся тем, что дополнительно содержит ванадий и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод - 3,9 - 4,5 Марганец - 5 - 9 Кремний - 0,5 - 1,2 Алюминий - 0,5 - 1,5
Ванадий - 0,1 - 0,45
Медь - 1,0 - 2,4
Кальций - 0,01 - 0,05
Церий - 0,01 - 0,05
Железо - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1