Способ получения отливок из износостойкого белого чугуна

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению отливок из белого чугуна, используемых в качестве быстроизнашивающихся деталей, например мелющих тел шаровых мельниц, сменных деталей горнорудного, металлургического и нефтегазодобывающего оборудования. В печи выплавляют чугун следующего химического состава, мас.%: углерод - 3,1-3,9; кремний - 2,10-2,65; марганец - 0,60-0,80; хром - 0,80-1,00; никель - 0,65-1,00; медь - 0,80-1,00; ванадий - 1,00-1,60; железо - остальное, при этом борсодержащую и церийсодержащую лигатуру вводят непосредственно в разливочный ковш до содержания в чугуне, мас.%: бора - 0,02-0,06; церия - 0,02-0,05. Изобретение позволяет получить отливки из чугуна с высокой твердостью, равномерной во всех их частях, обеспечивающей высокую износостойкость при относительной невысокой стоимости отливок за счет снижения содержания дорогих и дефицитных легирующих элементов. 4 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения отливок из белого чугуна, которые могут использоваться в качестве быстроизнашивающихся деталей, например мелющих тел шаровых мельниц, сменных деталей горнорудного, металлургического оборудования, а также деталей нефтегазодобывающего оборудования.

Известен способ получения отливок из белого чугуна, включающий изготовление их в песчано-глинистых формах, при этом чугун содержит, мас.%:

Углерод	1,8-3,6
Кремний	3,0-3,5
Марганец	0,2-5,0
Хром	3,5-4,9
Алюминий	0,01-0,8
Молибден	0,01-0,2
Ванадий	0,01-0,5
Медь	0,1-1,8
Никель	0,1-0,5
Церий	0,01-0,3
Кальций	0,01-0,3
Железо	остальное

Чугун имеет твердость НВ 228 - НВ 652. Пониженная твердость этого чугуна достигается в медленно охлаждаемых частях отливки, имеющих в силу этого структуру серого чугуна, а повышенная - в быстроохлаждаемых частях отливки, имеющих структуру белого чугуна, между которыми находится переходная зона от структуры серого к структуре белого чугуна.

Недостатками этого чугуна являются: неравномерная твердость в разных частях отливки, пониженная твердость в медленно охлаждаемых частях отливки, что предопределяет их низкую износостойкость, высокое содержание дорогих и дефицитных легирующих элементов (хром, никель, молибден, медь, церий, кальций), что определяет высокую стоимость чугуна из-за наличия дорогих легирующих элементов. (См. Н.Г.Гиршович. Чугунное литье. Металлургиздат, 1949, с.463-469.)

Известен способ получения литой заготовки из белого износостойкого чугуна для быстроизнашиваемой детали, включающий выплавку, легирование и модифицирование чугуна, с получением заданного состава чугуна, получение отливки заливкой заданного состава чугуна в песчаную или металлическую форму, очистку и термообработку отливки, отличающийся тем, что выплавку чугуна осуществляют расплавлением в электропечи железоуглеродистой шихты с одновременным легированием его на заданный состав, модифицирование осуществляют силикобарием при сливе в ковш нагретого в печи до температуры 1400-1470°С расплава, а термообработку осуществляют в виде высокотемпературной нормализации с нагревом до температуры 1050-1100°С и выдержкой при ней 2-3 ч и последующего высокотемпературного отпуска с нагревом до температуры 690-710°С, выдержкой при ней 6-7 ч и охлаждением с печью до температуры 400°С, а затем на воздухе, при этом после модифицирования получают чугун следующего состава, мас.%:

Углерод	2,4-4,0
Кремний	0,5-1,5
Марганец	2,0-4,0
Никель	2,0-4,0
Хром	8,0-12,0
Молибден	0,5-0,8
Бор	0,1-0,3
Барий	0,005-0,001
Фосфор	0,02-0,10
Сера	0,02-0,07
Железо	Остальное

(См. описание к патенту РФ №2113495, МПК ⁶ С21С 1/08, опубл. 20.06.1998 г.).

Недостатки этого аналога аналогичны недостаткам предыдущего способа.

Задачей и техническим результатом изобретения является получение отливок из чугуна с высокой твердостью, равномерной во всех их частях, обеспечивающей высокую их износостойкость при относительной невысокой стоимости отливок.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения отливок из износостойкого белого чугуна, включающем выплавку чугуна и последующую заливку его в разливочный ковш, выплавляют чугун в индукционной или дуговой печи следующего химического состава, мас.%:

Углерод	3,1-3,9
Кремний	2,10-2,65
Марганец	0,60-0,80
Хром	0,80-1,00
Никель	0,65-1,00
Медь	0,80-1,00
Ванадий	1,00-1,60
Железо	остальное

а затем непосредственно в разливочный ковш вводят борсодержащую и церийсодержащую лигатуру до содержания в чугуне, мас.%:

Бор	0,02-0,06
Церий	0,02-0,05

Предлагаемый способ получения отливок из белого чугуна позволяет получить структуру белого чугуна высокой твердости и износостойкости при невысокой себестоимости отливок.

При введении борсодержащей и церийсодержащей лигатуры чугуна непосредственно в разливочный ковш достигается быстрая его кристаллизация и быстрое охлаждение отливок, что при определенной температуре заливки и указанном химическом составе чугуна обеспечивает получение структуры белого чугуна во всех их частях и в силу этого их высокую равномерную твердость и износостойкость.

Такой состав белого чугуна и такой способ получения отливок из белого чугуна выбраны на основе проведенных исследований, устанавливающих влияние вводимых элементов на структуру и свойства отливок.

Содержание серы и фосфора выбрано из условия внесения их в чугун шихтовыми материалами.

Пример. Выплавляли в индукционной печи ИЧТ-6 чугун заявленного химического состава из чушкового чугуна, стального и чугунного лома, вводили феррованадий, ферроникель, феррохром и медь, в разливочный ковш вводили борсодержащую и церийсодержащую лигатуру и получали отливки мелющих шаров диаметром 60-120 мм. Химический состав шихты чугуна, температура заливки, механические свойства полученных отливок приведены в таблицах 1, 2, 3, 4. Из таблиц видно, что отливки, полученные заявленным способом, обладают высокой твердостью и износостойкостью равномерно во всех их частях.

Таблица 1
1.	Химсостав чугуна, вес.%	С	Si	Mn	V	Се	Cr	Ni	Cu
		3,10	2,10	0,60	1,00	0,020	0,80	0,80	0,80
		B	S	P
0,020	0,020	0,020
2.	Модифицирование	Лигатура	ФС30Р3М20	Ферроборал
		% ввода	1,2	0,08
Место ввода	в ковш	в ковш
3.	Вид излома образца	Белый чугун
4.	Механические свойства	Твердость, НВ	Прочность, σB, МПа	Удлинение, δ, %
580	425	0

Таблица 2
1.	Химсостав чугуна, вес.%	С	Si	Mn	V	Се	Cr	Ni	Cu
		3,41	2,48	0,79	1,4	0,038	0,87	0,97	0,85
		В	S	P
0,030	0,018	0,014
2.	Модифицирование	Лигатура	ФС30Р3М30	Ферроборал
		% ввода	0,8	0,16
Место ввода	-	в ковш
3.	Вид излома образца	Белый чугун
4.	Механические свойства	Твердость, НВ	Прочность, σB, МПа	Удлинение, δ, %
560	390	0

Таблица 3
1.	Химсостав чугуна, вес.%	С	Si	Mn	V	Се	Cr	Ni	Cu
		3,67	2,60	0,67	1,6	0,035	0,85	0,82	0,95
		В	S	P
0,060	0,016	0,09
2.	Модифицирование	Лигатура	ФС30Р3М20	Ферроборал
		% ввода	1,6	0,24
Место ввода	в ковш	в ковш
3.	Вид излома образца	Белый чугун
4.	Механические свойства	Твердость, НВ	Прочность, σB, МПа	Удлинение, δ, %
590	427	0

Таблица 4
1.	Химсостав чугуна, вес.%	С	Si	Mn	V	Се	Cr	Ni	Cu
		3,90	2,65	0,80	1,4	0,040	1,00	1,00	1,00
		В	S	P
0,050	0,018	0,16
2.	Модифицирование	Лигатура	ФС30Р3М20	Ферроборал
		% ввода	1,3	0,2
Место ввода	в ковш	в ковш
3.	Вид излома образца	Белый чугун
4.	Механические свойства	Твердость, НВ	Прочность, σB, МПа	Удлинение, δ, %
570	327	0

Введение церия стимулирует карбидообразование при получении отливок из белого чугуна.

Бор при малых добавках размещается в ядрах дислокации, закрепляет их, что обеспечивает твердость и износостойкость выплавляемого белого чугуна.

Способ получения отливок из износостойкого белого чугуна, включающий выплавку чугуна и последующую заливку его в разливочный ковш, отличающийся тем, что выплавляют чугун в индукционной или дуговой электропечи следующего химического состава, мас.%:

Углерод	3,1-3,9
Кремний	2,10-2,65
Марганец	0,60-0,80
Хром	0,80-1,00
Никель	0,65-1,00
Медь	0,80-1,00
Ванадий	1,00-1,60
Железо	Остальное

а затем непосредственно в разливочный ковш вводят борсодержащую и церийсодержащую лигатуру до содержания в чугуне, мас.%:

Бор	0,02-0,06
Церий	0,02-0,05