Износостойкий чугун с шаровидным графитом

Изобретение относится к литейному производству, а именно к изысканию износостойкого чугуна с шаровидным графитом для производства деталей, предназначенных для работы в условиях ударно-абразивного износа, в частности для изготовления литых мелющих шаров рудоразмольных мельниц. Износостойкий чугун с шаровидным графитом содержит, в мас.%: углерод 2,8-4,2, кремний 1,5-3,5, ванадий 0,2-0,8, медь 0,2-0,8, никель 2,0-5,0, марганец 0,2-1,6, магний 0,02-0,1, алюминий 0,1-0,5, церий 0,02-0,1, вольфрам 4,0-6,0, кальций 0,06-0,8, бор 0,06-0,40, хром 3,0-6,0 и железо. Техническим результатом изобретения является создание износостойкого чугуна с шаровидным графитом с повышенной твердостью и ударно-абразивной стойкостью в литом состоянии для работы в условиях ударно-абразивного износа.1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к износостойким чугунам с шаровидным графитом для производства деталей, предназначенных для работы в условиях ударно-абразивного износа, в частности для изготовления литых мелющих шаров рудоразмольных мельниц.

Известен износостойкий чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, бор, ванадий, медь, алюминий, церий, магний, кальций, серу, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3,0-4,6; кремний 1,5-3,5; марганец 4,0-10,0; никель 2,0-5,0; бор 0,2-0,4; ванадий 0,2-0,8; медь 0,2-0,8; алюминий 0,1-0,4; церий 0,02-0,20; магний 0,02-0,08; кальций 0,04-0,2; сера 0,01-0,03; фосфор 0,02-0,08; железо остальное (RU 2401317, C22C 37/04, опубликовано 10.10.2010).

Наиболее близким по технической сущности является износостойкий чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, ванадий, медь, никель, марганец, магний, алюминий, церий, вольфрам, кальций, бор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2,8-4,2; кремний 1,5-3,5; ванадий 0,2-0,8; медь 0,2-0,8; никель 2,0-5,0; марганец 0,2-1,6; магний 0,02-0,1; алюминий 0,1-0,5; церий 0,02-0,1; вольфрам 4,0-12,0; кальций 0,06-0,8; бор 0,2-0,4; железо - остальное (RU 2419666, С22С 37/04, С22С 37/10, опубликовано 27.05.2011).

Однако известные износостойкие чугуны с шаровидным графитом обладают достаточной износостойкостью в условиях абразивного износа, но недостаточно высокой ударно-абразивной стойкостью в литом состоянии, что ограничивает область их применения.

Задачей изобретения и его техническим результатом является создание износостойкого чугуна с шаровидным графитом с повышенной твердостью и ударно-абразивной стойкостью в литом состоянии для работы в условиях ударно-абразивного износа.

Технический результат достигается тем, что в износостойкий чугун с шаровидным графитом содержит углерод, кремний, ванадий, медь, никель, марганец, магний, алюминий, церий, вольфрам, кальций, бор, хром и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 2,8-4,2
Кремний 1,5-3,5
Ванадий 0,2-0,8
Медь 0,2-0,8
Никель 2,0-5,0
Марганец 0,2-1,6
Магний 0,02-0,1
Алюминий 0,1-0,5
Церий 0,02-0,1
Вольфрам 4,0-6,0
Кальций 0,06-0,8
Бор 0,06-0,40
Хром 3,0-6,0
Железо остальное

Технический результат также достигается тем, что в структуре чугуна углерод содержится в свободном состоянии в виде включений графита шаровидной формы в количестве 0,5-2,2% и в связанном состоянии - в виде карбидной фазы в количестве 0,4-3,7%.

Наличие в составе чугуна по изобретению одновременно хрома и вольфрама в заявленных концентрациях дает преимущественное образование очень твердых и прочных карбидов типа WC и карбидов хрома типа Cr7C3, повышающих твердость и ударно-абразивную стойкость чугуна в литом состоянии. При этом в значительной степени подавляется образование менее твердых и хрупких карбидов типа W2C и Cr3C.

Наличие в металлической основе чугуна углерода в свободном состоянии в виде включений графита шаровидной формы в количестве менее 0,5% способствует образованию аустенитной структуры чугуна, которая по сравнению с мартенситной структурой менее износостойкая в условиях ударно-абразивного изнашивания. Увеличение количества включений графита шаровидной формы более 2,2% способствует образованию троститной структуры чугуна, у которой износостойкость меньше, чем у аустенитной структуры.

Концентрация связанного углерода в металлической основе в виде карбидов в количестве менее 0,4% способствует образованию аустенитной структуры, которая по сравнению с мартенситной структурой менее износостойкая в условиях ударно-абразивной стойкости чугуна. Увеличении концентрации связанного углерода более 3,7% способствует увеличению количества включений карбидов вольфрама и хрома типа W2C и Cr3C, что ведет к существенному снижению прочности и, соответственно, ударно-абразивной стойкости чугуна.

Плавку износостойкого чугуна с шаровидным графитом предложенного состава проводят в индукционных или дуговых электропечах с использованием стандартных шихтовых материалов. Легирующие элементы - никель, медь, вольфрам, хром - вводили в металлозавалку. После расплавления шихты и перегрева чугуна до 1500-1540°С на зеркало расплава вводили марганец, ванадий и кремний в виде 75%-ного ферросилиция. Затем присаживают алюминий и кальций (в виде 20%-ного силикокальция). Магний в составе сфероидизирующей присадки, а также церий и бор в виде ферроцерия и ферробора помещают на дно разливочного ковша перед выпуском жидкого металла из печи.

В таблице 1 приведен химический состав известного чугуна и чугуна по изобретению. В таблице 2 приведены количество включений графита и карбидов, значения механических свойств и износостойкости чугунов в условиях ударно-абразивного износа.

Износостойкость в условиях ударно-абразивного изнашивания определяли по потере массы образцов (⌀18×18 мм) после проведения 12 циклов испытания длительностью 25 минут каждый. Испытания на ударно-абразивный износ проводили на лабораторной мельнице. В качестве абразива использовали кварцевый песок определенной зернистости. За эталон принимали износ образцов, изготовленных из стали 20.

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

Как видно из данных таблицы 2, износостойкий чугун по изобретению в литом состоянии имеет более высокую твердость (60-70 HRC) и относительную износостойкость (3,0-4,2) в сравнении с известным чугуном. Себестоимость отливок из предложенного чугуна существенно снижается за счет уменьшения содержания вольфрама с 12 до 6%.

Таким образом, износостойкий чугун с шаровидным графитом по изобретению обеспечивает достижение технического результата, что позволяет при его использовании в литом состоянии, например литых мелющих шаров мельниц для дробления и размола вольфрамовых руд, существенно (на 30-40%) увеличить срок службы мелющих шаров при снижении себестоимости их изготовления на 30%.

Таблица 1
Содержание компонентов, мас.% По изобретению Известный
1 2 3 4 5 6 7 8
углерод 2,8 3,5 4,2 2,8 3,5 4,2 3,5 3,5
кремний 1,5 2,5 3,5 1,5 2,5 3,5 2,2 2,5
ванадий 0,2 0,5 0,8 0,2 0,5 0,8 0,5 0,5
медь 0,2 0,5 0,8 0,2 0,5 0,8 0,5 0,5
никель 2,0 3,5 5,0 2,0 3,5 5,0 3,5 3,5
марганец 0,2 0,9 1,6 0,2 0,9 1,6 0,9 0,9
магний 0,02 0,06 0,10 0,02 0,06 0,10 0,06 0,06
алюминий 0,1 0,3 0,5 0,1 0,3 0,5 0,3 0,3
церий 0,02 0,06 0,1 0,02 0,06 0,1 0,06 0,06
вольфрам 4,0 5,0 6,0 5,0 5,0 6,0 8,0 8,0
кальций 0,06 0,43 0,80 0,06 0,43 0,80 0,43 0,43
бор 0,06 0,23 0,4 0,06 0,23 0,40 0,3 0,3
хром 3,0 4,5 6,0 3,0 4,5 6,0 - -
железо остальное
Таблица 2
№, № Чугун Количество включений графита, % Количество карбидов (WC+Cr7C3), % Твердость, HRC Коэффициент относительной стойкости в условиях ударно-абразивного износа
1 По изобретению 0,5 34 62 3,4
2 0,5 36 60 3,6
3 0,5 40 70 4,2
4 Известный 0,5 32 62 2,5
5 По изобретению 2,2 30 60 3,0
6 2,2 32 64 3,2
7 2,2 36 68 3,4
8 Известный 2,2 28 54 2,2

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

Углерод 2,8-4,2
Кремний 1,5-3,5
Ванадий 0,2-0,8
Медь 0,2-0,8
Никель 2,0-5,0
Марганец 0,2-1,6
Магний 0,02-0,1
Алюминий 0,1-0,5
Церий 0,02-0,1
Вольфрам 4,0-6,0
Кальций 0,06-0,8
Бор 0,06-0,40
Хром 3,0-6,0
Железо остальное,

2. Износостойкий чугун по п.1, отличающийся тем, что в структуре чугуна углерод содержится в свободном состоянии в виде включений графита шаровидной формы в количестве 0,5-2,2% и в связанном состоянии - в виде карбидной фазы в количестве 0,4-3,7%.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к литейному производству, а именно к износостойким чугунам с шаровидным графитом для производства деталей машин и оборудования, подвергающих абразивному износу, например, футеровки смесителей и др.

Изобретение относится к металлургии, в частности к ковшевой обработке чугуна, и может быть использовано для получения машиностроительных отливок, подвергающихся последущей механической обработке.
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.

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 относится к области металлургии, в частности к получению отливок из высокопрочных чугунов с шаровидным графитом. .
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 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 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 для производства деталей машин и оборудования, подвергающихся ударно-абразивному износу, например деталей смесеприготовительной системы изготовления асфальта, бетона и т.п.
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 черной металлургии, в частности к чугунам с шаровидным графитом и способам их изготовления, и может быть использовано, например, для изготовления деталей турбинного ветрового генератора, работающих в условиях низкой температуры. Чугун содержит, мас.%: от 3,5 до 4,0 С, от 1,7 до 2,3 Si, менее чем 0,2 Mn, менее чем 0,1 Cr, от 0,04 до 0,06 Mg, от 0,10 до 0,20 Cu, от 0,01 до 0,02 S, неизбежные примеси и железо - остальное. Способ получения чугуна включает модифицирование и литье расплавленного металла, при этом модифицирование осуществляют модифицирующим сплавом, содержащим серу, в две стадии, причем на первой стадии модифицирующий сплав, содержащий S, добавляют в расплав перед литьем, а на второй стадии модифицирующий сплав, содержащий S, добавляют в поток расплавленного металла во время литья. Изобретение направлено на сохранение превосходных механических свойств и высокой прочности чугуна при низкой температуре при значительном уменьшении его стоимости. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 пр., 4 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области литейного производства. Форма выполнена тонкостенной из чугуна ферритного класса и получена литьем в песчано-бентонитовые формы. Чугун содержит, вес.%: углерод 3,0-3,6, кремний 2,0-2,7, марганец 0,1-0,4, молибден 0,2-0,8, ванадий 0,07-0,2, никель 0,3-1,0, медь 0,1-0,5, магний 0,015-0,04, алюминий 0,05-0,15, сера 0,00-0,025, фосфор 0,00-0,10, железо - остальное. Обеспечивается повышение теплопроводности и предела прочности форм. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам высокопрочного хладостойкого чугуна для производства литых заготовок в условиях массового производства. Чугун содержит, мас. %: углерод 3,85-4,05, кремний 2,2-2,7, марганец до 0,06, хром до 0,05, магний 0,03-0,06, лантан 0,001-0,01, кальций 0,002-0,007, алюминий 0,003-0,01, цирконий 0,01-0,1, бор 0,005-0,007, серу до 0,022, фосфор до 0,03, железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение ударной вязкости высокопрочного чугуна при отрицательных температурах. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейному производству, и может быть использовано при производстве отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. В способе при заполнении ковша в металлический расплав вводят смесь карбоната кальция, карбоната бария и ферросилиция 75%, а обработку сфероидизирующим модификатором осуществляют после заполнения ковша путем подачи трайб-аппаратом порошковой проволоки со сфероидизирующим модификатором ФСМг18, при этом количество каждого компонента упомянутой смеси и порошковой проволоки составляет 0,12-0,15% от веса обрабатываемого металлческого расплава. Изобретение позволяет повысить физико-механические свойства отливок из высокопрочного чугуна, при этом достигается повышение эффективности и обеспечение стабильности модифицирующего эффекта. 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к способам получения высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита, и может быть использовано при производстве средних и крупногабаритных отливок с толщиной стенки 50 мм и выше. Способ включает расплавление шихты в плавильном агрегате, значительный перегрев расплава до 1480-1520°С для осуществления модифицирования путем обработки его лигатурой, содержащей редкоземельные металлы, и магнийсодержащим модификатором, при этом модификатор и лигатуру кладут на дно ковша, прогретого до 750-800°С, послойно в виде слоя модификатора, присыпки в виде шлака магнитоактивного, последующего слоя лигатуры и заключительного слоя в виде чугуна дробленого со шлакообразующими добавками, а наполнение ковша расплавом осуществляют в промежуток времени от 1 до 1,50 мин, после чего выдерживают расплав чугуна в течение 8-9 мин. Изобретение обеспечивает стабильное получение шаровидной формы графита, снижает себестоимость за счет использования дешевых лигатур и снижает их расход за счет использования отходов доменного производства и чугуна дробленого со шлакообразующими добавками фракцией до 10 мм. 1 з.п. ф-лы, 1 пр., 3 табл., 1 ил.

Изобретение относится к металлургии и может быть использован для получения модифицированного чугуна с высокими качественными показателями. В способе используют пыль газоочистки электротермического производства кремния, содержащую компоненты в следующем соотношении, мас. %: SiO2 75÷95, SiC 4,0÷11,0, Ссвоб 3,0÷7,0, MgO 0,4÷1,2, Al2O3 0,5÷1,0, Fe2O3 0,3÷0,9, CaO 1,0÷2,0, прочее 0,8÷2,3, при этом массу модификатора, направляемого на модифицирование, поддерживают в пределах 0,05÷0,1% от массы расплава. Изобретение позволяет получить чугун с высокими прочностными свойствами при оптимальной его твердости, что улучшает обрабатываемость отливок, а также с достаточной однородностью механических свойств в сечениях отливок различной толщины. В результате значительно улучшается качество литья, снижается литейный брак по показателю “отбел”. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения алюминиевого чугуна с измельченной структурой из исходного, который используют при массовом производстве отливок. В способе осуществляют совместное расплавление исходного чугуна, кальцийсодержащего материала и алюмосодержащей лигатуры, при этом в качестве алюмосодержащей лигатуры используют быстро охлажденный ферроалюминий марки ФА-30, который добавляют в количестве, обеспечивающем содержание в готовом чугуне, мас.%: алюминия 20-25 и углерода 1,5-2,0, а кальцийсодержащий материал добавляют в количестве, обеспечивающем получение слоя покрывного шлака толщиной 3-5 мм, перед разливкой полученный расплав выдерживают при температуре 1570-1580°C в течение 5-10 минут. Изобретение позволяет получить алюминиевый чугун с улучшенными прочностными свойствами за счет измельчения его структурных составляющих. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.
Наверх