Износостойкий чугун

Изобретение относится к области литейного производства и, в частности, к износостойким чугунам с шаровидным графитом. Может использоваться для производства отливок для пульпопроводов, подвергающихся абразивному износу. Износостойкий чугун с шаровидным графитом содержит, мас.%: углерод 3,0-4,6; кремний 1,5-3,5; марганец 0,2-0,8; никель 3,0-5,0; бор 0,06-0,40; ванадий 3,0-6,0; медь 0,2-0,8; алюминий 0,1-0,7; церий 0,02-0,20; магний 0,02-0,08; вольфрам 4,0-6,0; кальций 0,06-0,80; сера 0,01-0,03; фосфор 0,02-0,08; железо остальное. Чугун обладает высокой стойкостью в условиях ударно-абразивного износа. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к изысканию износостойкого чугуна с шаровидным графитом для производства деталей машин и оборудования, подвергающихся абразивному износу, например футеровки пульпопроводов и др.

Известен износостойкий чугун с шаровидным графитом, содержащий масс.%: углерод 3,8-4,5; кремний 2,5-4,5; ванадий 3,5-4,5; медь 0,1-1,5; никель 0,1-2,0; марганец до 0,8; сера до 0,1; фосфор до 0,15; хром до 0,1; магний до 0,05; РЗМ до 0,05; железо остальное [1].

Указанный износостойкий чугун обладает требуемыми свойствами только после сложной термической обработки.

Известен износостойкий чугун с шаровидным графитом, выбранный в качестве прототипа по содержанию входящих компонентов и имеющий следующий состав, масс.%: углерод 2,8-4,0; кремний 1,5-3,5; ванадий 3,0-8,0; медь 0,2-0,8; никель 3,0-5,0; марганец 0,2-1,0; магний 0,02-0,1; алюминий 0,1-0,4; церий 0,03-0,2; кальций 0,05-0,2; бор 0,2-0,4; железо остальное [2].

Указанный износостойкий чугун с шаровидным графитом, литая металлическая основа которого содержит карбиды ванадия и мартенсит, обладает недостаточной абразивной стойкостью при транспортировке абразивной пульпы.

Задачей предложенного изобретения является создание износостойкого чугуна с шаровидным графитом с более высокой твердостью в литом состоянии для работы в условиях абразивного изнашивания.

Технический результат, достигаемый при реализации предложенного технического решения, состоит в повышении абразивной стойкости чугуна в литом состоянии за счет образования в его структуре твердых карбидов вольфрама, которые совместно с карбидами существенно повысят твердость сплава, предназначенного для изготовления износостойких отливок, например, пульпопроводов.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в предложенный износостойкий чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, бор, ванадий, медь, алюминий, церий, магний, кальций, серу, фосфор, железо, дополнительно введен вольфрам, при следующем соотношении компонентов, масс.%: углерод 3,0-4,6; кремний 1,5-3,5; марганец 0,2-0,8; никель 3,0-5,0; бор 0,06-0,40; ванадий 3,0-6,0; медь 0,2-0,8; алюминий 0,1-0,7; церий 0,02-0,20; магний 0,02-0,08; вольфрам 4,0-6,0; кальций 0,06-0,80; сера 0,01-0,03; фосфор 0,02-0,08; железо остальное.

Введение в состав предложенного чугуна вольфрама способствует образованию твердых карбидов вольфрама типа W2C, благодаря которым повышается стойкость чугуна в условиях абразивного изнашивания.

Добавка в состав предложенного чугуна вольфрама менее 4% способствует образованию карбидов вольфрама типа WC, твердость которых по сравнению с твердостью карбидов вольфрама типа W2C в 1,8 раза меньше. Увеличение содержания вольфрама свыше 6% способствует образованию повышенного количества карбидов вольфрама, в результате чего повышается твердость, но одновременно с этим снижаются прочностные характеристики чугуна.

Уменьшение содержания ванадия в составе предложенного чугуна с 8 до 6% позволяет снизить количество карбидов ванадия, благодаря чему появляются условия выделения в металлической основе чугуна структурно-свободного углерода в виде графита пластинчатой формы, а ввод в расплав чугуна сфероидизирующих модификаторов в виде магния, церия и кальция способствует получению графита шаровидной формы, благодаря этому существенно повышаются прочностные характеристики чугуна.

Наличие в металлической основе предложенного чугуна включений графита шаровидной формы в количестве менее 0,5% способствуют образованию аустенитной структуры чугуна, которая по сравнению с мартенситной структурой менее износостойкая в условиях абразивного изнашивания. Увеличение количества включений графита шаровидной формы более 2,2% способствует образованию трооститной структуры чугуна, у которой износостойкость меньше, чем у аустенитной структуры.

Наличие в металлической основе предлагаемого чугуна связанного углерода в количестве менее 0,4% способствует образованию аустенитной структуры, которая по сравнению с мартенситной структурой менее износостойкая в условиях абразивного изнашивания. Увеличение концентрации связанного углерода более 3,7% способствует образованию большого количества включений твердых карбидов ванадия и вольфрама, что ведет к существенному снижению прочности и, соответственно, абразивной стойкости чугуна.

Плавку износостойкого чугуна предложенного состава проводят в индукционных или дуговых электропечах с использованием стандартных шихтовых материалов. Легирующие элементы - никель, медь, вольфрам вводят в металлозавалку. После расплавления шихты и перегрева чугуна до 1480-1550°С на зеркало расплава вводят марганец, бор и кремний. Затем присаживают алюминий и кальций (в виде 20%-ного силикокальция). Магний в состав сфероидизирующей присадки, а также церий в виде ферроцерия помещают на дно разливочного ковша перед выпуском жидкого металла из печи.

В таблице 1 приведен химический состав известного и предложенного чугунов. В таблице 2 приведены количество включений графита и карбидов ванадия и вольфрама, значения твердости и износостойкости в условиях абразивного изнашивания.

Техническим результатом, как видно из данных таблицы 2, является более высокая твердость (63-70 HRC) и относительная износостойкость (2,6-3,8) предлагаемого чугуна в сравнении с прототипом в литом состоянии.

Твердость по Роквеллу определяли в соответствии с ГОСТ 9013-59. Испытания на абразивный износ осуществляли по методу Хрущова М.М. на абразивной шкурке марки 14А5НП603 ГОСТ 6456-82, предварительно зафиксированной на поверхности цилиндрического барабана, закрепленного в патроне токарного станка.

Износостойкость в условиях абразивного изнашивания определяли по потере массы образцов (⌀3х15 мм).

Эталонный (Ст.20) и испытуемый образцы устанавливали в специальной державке таким образом, чтобы в процессе испытаний они контактировали каждый со свежей поверхностью абразивной шкурки. Номинальная нагрузка на испытуемые образцы при трении составляла 10 кг/см2. Скорость трения образцов составляла 25 м/мин, а длина их пути по поверхности абразивной шкурки - 85 м.

Объемное количество карбидной фазы и включений графита в структуре чугуна подсчитывали планиметрическим методом в трех полях и методом случайных секущих при 500-кратном увеличении на микроскопе МИМ-8.

Применение предлагаемого износостойкого чугуна с шаровидным графитом для отливок пульпопроводов, используемых для транспортировки различной абразивной пульпы, позволяет существенно (на 2-30%) увеличить срок их эксплуатации.

Источники информации, использованные при составлении заявки

1. А.с. СССР №322394, С22С 37/00, 1971.

2. Патент RU 2401317 С1 от 10.10.2010 г., Бюл. №28.

Таблица 1
Номер образца, № Чугун Содержание химических элементов, масс.%
С Si Mn Ni В V Сu Аl Се Mg W Ca S P
1 Предлагаемый 3,0 1,5 0,2 3,0 0,06 3,0 0,2 0,1 0,02 0,02 4,0 0,06 0,01 0,02
2 3,8 2,5 0,5 4,0 0,23 4.5 0,5 0,4 0,11 0,05 5,0 0,43 0,02 0,05
3 4,6 3,5 0,8 5,0 0,40 6,0 0,8 0,7 0,20 0,08 6,0 0,80 0,03 0,08
4 Прототип 3,4 2,5 0,6 4,0 0,3 5,5 0,5 0,25 0,11 0,06 - 0,12 - -
5 Предлагаемый 3,0 1,5 0,2 3,0 0,06 3,0 0,2 0,1 0,02 0,02 4,0 0,06 0,01 0,02
6 3,8 2,5 0,5 4,0 0,23 4,5 0,5 0,4 0,11 0,05 5,0 0,43 0,02 0,05
7 4,6 3,5 0,8 5,0 0,40 6,0 0,8 0,7 0,20 0,08 6,0 0,80 0,03 0,08
8 Прототип 3,4 2,5 0,6 4,0 0,3 5,5 0,5 0,25 0,11 0,06 - 0,12 - -
Таблица 2
Номер образца, № Чугун Количество включений графита, % Количество карбидов (VC+W2C), % Твердость HRC Коэффициент относительной стойкости в условиях абразивного износа
1 Предлагаемый 0,5 34 65 2,8
2 0,5 36 67 3,2
3 0,5 38 70 3,8
4 Прототип 0,5 33 63 2,6
5 Предлагаемый 2,2 32 63 2,6
6 2,2 34 65 2,9
7 2,2 36 68 3,4
8 Прототип 2,2 30 62 2,4

1. Износостойкий чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, бор, ванадий, медь, алюминий, церий, магний, кальций, серу, фосфор, железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 3,0-4,6
кремний 1,5-3,5
марганец 0,2-0,8
никель 3,0-5,0
бор 0,06-0,40
ванадий 3,0-6,0
медь 0,2-0,8
алюминий 0,1-0,7
церий 0,02-0,20
магний 0,02-0,08
вольфрам 4,0-6,0
кальций 0,06-0,80
сера 0,01-0,03
фосфор 0,02-0,08
железо остальное

2. Износостойкий чугун по п.1, отличающийся тем, что он содержит структурно-свободный углерод в виде включений графита шаровидной формы в количестве 0,5-2,2% и связанный углерод в количестве 0,4-3,7%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению высокопрочных чугунов с шаровидным графитом, и может быть использовано при производстве литых изделий, отличающихся высокими механическими свойствами, в том числе при динамическом нагружении.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам производства чугуна с вермикулярным графитом. .

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению ковкого чугуна. .
Изобретение относится к области литейного производства, в частности к износостойким чугунам для производства мелющих шаров размольных мельниц, подвергающихся ударно-абразивному износу, например, при дроблении и размоле вольфрамовых руд.
Изобретение относится к области литейного производства, в частности к износостойким чугунам для производства мелющих шаров размольных мельниц, подвергающихся ударно-абразивному износу.
Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов высокопрочного чугуна с шаровидным графитом для разностенных сложных отливок. .
Изобретение относится к области литейного производства и, в частности, к износостойким чугунам для производства деталей машин и оборудования, подвергающихся абразивному и ударно-абразивному износу.

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к износостойким чугунам для производства деталей машин и оборудования, подвергающихся ударно-абразивному износу.
Изобретение относится к литейному производству, в частности к составам коррозионностойких чугунов с шаровидным графитом. .
Изобретение относится к литейному производству, в частности к составам износостойких чугунов. .

Изобретение относится к области литейного производства и, в частности, к износостойким чугунам с шаровидным графитом
Изобретение относится к литейному производству, а именно к изысканию износостойкого чугуна с шаровидным графитом для производства деталей машин и оборудования, подвергающихся ударно-абразивному износу, например деталей цементно- и гипсоразмольного оборудования и т.п
Изобретение относится к области литейного производства, в частности к износостойким чугунам для производства деталей машин и оборудования, подвергающихся ударно-абразивному износу, например деталей смесеприготовительной системы изготовления асфальта, бетона и т.п
Изобретение относится к области литейного производства, в частности к износостойким чугунам для производства деталей машин и оборудования, подвергающихся ударно-абразивному износу

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к износостойким чугунам с шаровидным графитом для производства мелющих элементов для смесеприготовительного оборудования, подвергающихся ударно-абразивному износу, например, при приготовлении асфальта и бетона
Изобретение относится к металлургии, а именно к разработке радиационно стойкого аустенитного чугуна с шаровидным графитом, и может быть использовано для изготовления отливок корпусов контейнеров для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению отливок из высокопрочных чугунов с шаровидным графитом

Изобретение относится к поршневым двигателям, в частности к балансировочному валу поршневого двигателя. Уравновешивающий вал (1) включает опорную шейку (2), на которой уравновешивающий вал (1) установлен в подшипнике, участок (10), на котором зубчатое колесо (5) соединено с уравновешивающим валом без возможности проворота или на котором уравновешивающий вал (1) и зубчатое колесо (5) выполнены монолитно, и участок (8) дисбаланса, на котором расположен дисбаланс, причем зубчатое колесо выполнено из чугуна с шаровидным графитом с незакаленными зубьями (11). Изобретение также относится к зубчатому колесу для уравновешивающего вала и поршневому двигателю с установленным в нем уравновешивающим валом (1). В случае установки через подшипники скольжения уравновешивающий вал (1) может быть выполнен из стали или чугуна, а его опорные шейки (2) могут быть выполнены закаленными или незакаленными. Если уравновешивающий вал (1) устанавливается в подшипниках качения с прямым контактом тел качения с рабочей поверхностью подшипника, то его выполняют из стали, а опорную шейку закаливают. Изобретение направлено на повышение эксплуатационной стойкости. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения высокопрочных чугунов, и может быть использовано при изготовлении изделий с высокой прочностью, пластичностью, ударной вязкостью и хорошей обрабатываемостью. Способ включает проведение неполной аустенизации при температуре 920-950°C, с выдержкой 0,5-1 час чугуна, содержащего, в мас.%: углерод - 2,8-3,1 кремний - 3,8-4,1 марганец - 0,25-0,3 магний - 0,05-0,08 медь - 1,2-1,6 никель - 1,8-2,2 сера - 0,01-0,012 фосфор - 0,03-0,04 железо - остальное, и имеющего структуру, состоящую из ферритной матрицы и графитовых включений шаровидной формы, и последующую изотермическую закалку при температуре 300-330°C, выдержкой в течение 1,5 -2 часов с получением структуры с ферритно-аусферритной матрицей. Техническим результатом изобретения является получение конструкционных материалов, обладающих высоким уровнем прочности, ударной вязкости, пластичности. 3 табл., 1 пр.

Изобретение относится к металлургии, в частности к ковшевой обработке чугуна, и может быть использовано для получения машиностроительных отливок, подвергающихся последущей механической обработке. Способ включает: установление соотношения между способностью к резанию и содержанием карбидстабилизирующих элементов в чугуне с вермикулярным графитом, причем это соотношение определяется эмпирически из измеренной способности к резанию и измеренных содержаний карбидстабилизирующих элементов на множестве образцов чугуна с вермикулярным графитом, обеспечение чугуна с вермикулярным графитом, определения содержания карбидстабилизирующих элементов в чугуне с вермикулярным графитом, определения величины способности к резанию чугуна с вермикулярным графитом на основе данного соотношения и содержаний карбидстабилизирующих элементов в чугуне с вермикулярным графитом, определения по меньшей мере одного первого заданного опорного значения для способности к резанию чугуна с вермикулярным графитом для крупносерийной механосборки, классификации способности к резанию чугуна с вермикулярным графитом из сравнения величины его способности к резанию с первым заданным опорным значением. Изобретение позволяет получить чугун с вермикулярным графитом с оптимальной способностью к резанию при благоприятной стоимости. 22 з.п. ф-лы, 5 табл., 7 ил.

Изобретение относится к области литейного производства и, в частности, к износостойким чугунам с шаровидным графитом

Наверх