Износостойкий чугун

Авторы патента:

Алов Виктор Анатольевич (RU)

Карпенко Михаил Иванович (BY)

Епархин Олег Модестович (RU)

Размолодин Лев Петрович (RU)

Попков Александр Николаевич (RU)

C22C37/10 - содержащие алюминий или кремний

Владельцы патента RU 2533631:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к металлургии, в частности к легированным износостойким чугунам для литых деталей, работающих в условиях коррозионно-механического изнашивания. Чугун содержит, мас.%: углерод 2,75-3,1; кремний 0,8-1,1; марганец 0,4-0,9; хром 8,5-13; никель 0,3-1,0; молибден 0,5-1,2; цирконий 0,09-0,6; кальций 0,02-0,05; кобальт 0,08-0,28; теллур 0,002-0,03; медь 0,12-0,35; алюминий 0,02-0,05; бор 0,002-0,01; железо - остальное. Чугун имеет высокие показатели предела коррозионной усталости, ударной вязкости, трещиностойкости и контактно-усталостной долговечности. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к разработке составов белого легированного чугуна доэвтектического состава для литых деталей, работающих в условиях коррозионно-механического изнашивания.

Известен белый износостойкий чугун марки ЧГ7Х4 по ГОСТ 7789-82, используемый для износостойких отливок, имеет в литых заготовках крупнозернистую аустенитную металлическую основу с низкой микротвердостью и обладает недостаточными характеристиками прочности (150-180 МПа), износостойкости, трещиностойкости и эксплуатационной стойкости. Коррозионно-механический износ его выше, чем при изготовлении деталей из стали ШХ15.

Известен также износостойкий чугун с высокой микротвердостью металлической матрицы (Марукович Е.М., Карпенко М.И. Износостойкие сплавы. - М.: Машиностроение, 2005. - С.103), содержащий, мас.%:

Углерод	2,85
Кремний	0,70
Марганец	0,98
Хром	12,0
Молибден	2,6
Железо	Остальное

Известный чугун имеет недостаточные упругопластические свойства, предел выносливости при изгибе, трещиностойкость, стойкость при ударных нагрузках и в условиях коррозионно-механического изнашивания.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному является износостойкий чугун (А.с. СССР №1627580, МПК С22С 37/10, 1991, прототип), следующего химического состава, мас.%:

Углерод	2,75-3,1
Кремний	0,8-1,1
Марганец	0,7-1,3
Хром	13,5-17,5
Никель	0,3-1,0
Молибден	1,3-2,6
Цирконий	0,09-0,6
Кобальт	0,08-0,28
Кальций	0,02-0,05
Теллур	0,002-0,03
Железо	Остальное

Известный чугун имеет в литых заготовках аустенитную металлическую основу и следующие механические и эксплуатационные свойства:

Предел выносливости при изгибе, МПа	300-380
Твердость, НВ	341-390
Контактно-усталостная долговечность, тыс. циклов	175-192
Трещиностойкость, мм	35-41
Предел коррозийной усталости, МПа	280-315
Износостойкость в условиях коррозионно-
механического изнашивания, мг/100·ч	38-45

Недостатком известного износостойкого чугуна является предел коррозионной усталости и контактно-усталостная долговечность. В отливках крупных износостойких изделий (пуансонов и тормозных дисков) он обладает крупнозернистой структурой с высокой концентрации крупных карбидов и цементита, что снижает ударную вязкость (до 3-7 Дж/см²), трещиностойкость и эксплуатационную долговечность. Эти недостатки особенно отмечаются при высоком содержании в чугуне хрома и других карбидообразующих элементов: молибдена и марганца.

Задачей данного технического решения является повышение предела коррозионной усталости, ударной вязкости, трещиностойкости и контактно-усталостной долговечности.

Поставленная задача решается тем, что износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, цирконий, кобальт, кальций, теллур и железо, дополнительно содержит медь, алюминий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	2,75-3,1
Кремний	0,8-1,1
Марганец	0,4-0,9
Хром	8,5-13
Никель	0,3-1,0
Молибден	0,5-1,2
Цирконий	0,09-0,6
Кальций	0,02-0,05
Теллур	0,002-0,03
Медь	0,12-0,35
Алюминий	0,02-0,05
Бор	0,002-0,01
Железо	Остальное.

Проведенный анализ предложенного технического решения показал, что на данный момент не известны технические решения, в которых были бы отражены указанные отличия. Кроме того, указанные признаки являются необходимыми и достаточными для достижения положительного эффекта, указанного в цели изобретения. Это позволяет сделать вывод о том, что данные отличия являются существенными.

Дополнительное введение меди обусловлено эффективным влиянием ее на измельчение структуры и повышения ударной вязкости, трещиностойкости и эксплуатационных свойств чугуна. При повышении содержания меди более 0,35% отмечается снижение твердости, износостойкости и контактно-усталостной долговечности. При концентрации меди до 0,12% микролегирующее ее влияние на измельчение структуры и повышение ударно-пластических свойств, трещиностойкости чугуна недостаточны.

Дополнительное введение алюминия (0,02-0,05 мас.%) и бора (0,002-0,01 мас.%) обусловлено их высокой поверхностно-активной модифицирующей способностью, обеспечивающей очистку границ зерен и повышение упругопластических свойств, трещиностойкости и ударно-усталостной долговечности. При увеличении концентрации алюминия и бора соответственно более 0,05 и 0,01% снижаются характеристики износостойкости и механических свойств. При снижении концентрации их ниже пределов трещиностойкость, ударная вязкость, предел коррозионной усталости и эксплуатационные свойства недостаточны.

Чугун выплавляют в открытых индукционных печах. В качестве шихтовых материалов используют рафинированные чушковые чугуны, стальной и чугунный лом, ферромарганец ФМн78, феррохром ФХ800, никель НП3, медь M1, кобальт К2, ферробор ФВ17, ферромолибден ФМо2 и другие ферросплавы.

Ферромолибден, ферроцирконий, никель, феррохром, кобальт и медь вводят в электропечь, а измельченные присадки силикокальция, бора и теллура - в составе алюминотермических таблеток вводят в раздаточный ковш при выпуске чугуна из печи с температурой 1450-1470°C.

Заливку литейных форм производят при температуре 1400-1430°C.

В таблице 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок. Отливки и образцы для механических испытаний изготавливали заливкой чугунов в сухие жидкостекольные формы. Механические и усталостные испытания, износостойкость в условиях коррозионно-механического изнашивания определяли на стандартных образцах после их термической обработки, включающей закалку и отпуск. Ударную вязкость определяли на образцах 10×10×55 мм без надреза, а трещиностойкость - на технологической звездообразной пробе высотой 140 мм по общей длине возникающих трещин. Определение твердости проводили по ГОСТ 24805-87.

В таблице 2 приведены механические и технологические свойства износостойких чугунов опытных плавок.

Как видно из таблицы 2, предложенный чугун обладает более высокими показателями предела коррозионной усталости, ударной вязкости, трещиностойкости и контактно-усталостной долговечности, чем известный чугун.

Таблица 1
Химические составы чугунов опытных плавок
Компоненты	Содержание компонентов, мас.%
1(Изв.)	2	3	4	5	6
Углерод	3,0	2,6	2,75	2,9	3,1	3,3
Кремний	0,9	1,3	1,1	0,9	0,8	0,7
Марганец	1,0	0,3	0,4	0,7	0,9	1,1
Хром	15	7,6	8,5	11	13	14
Никель	0,8	0,2	0,3	0,7	1,0	1,2
Молибден	1,5	0,3	0,5	0,8	1,2	1,3
Цирконий	0,4	0,05	0,09	0,4	0,6	0,8
Кобальт	0,2	0,04	0,08	0,2	0,28	0,3
Кальций	0,03	0,01	0,02	0,03	0,05	0,07
Теллур	0,01	0,001	0,002	0,01	0,03	0,1
Медь	-	0,1	0,12	0,24	0,35	0,4
Алюминий	-	0,01	0,02	0,03	0,05	0,10
Бор	-	0,030	0,002	0,006	0,01	0,02
Железо	Остальное

Таблица 2
Механические и эксплуатационные свойства Чугунов опытных плавок
Показатели	Свойства износостойких чугунов для составов
1 (Изв.)	2	3	4	5	6
Предел прочности при изгибе, МПа	367	412	425	470	458	420
Твердость, НВ	380	375	394	410	395	382
Ударная вязкость, Дж/см²	6	10	22	26	25	20
Контактно-усталостная долговечность, тыс. циклов	185	187	212	230	218	210
Предел коррозионной усталости, МПа,	310	312	330	341	332	328
Трещиностойкость, мм	36	33	27	22	26	30
Износостойкость в условиях коррозионно-механического изнашивания, мг/100·ч	40	37	32	21	26	33

Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, цирконий, кобальт, кальций, теллур и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит медь, алюминий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	2,75-3,1
Кремний	0,8-1,1
Марганец	0,4-0,9
Хром	8,5-13
Никель	0,3-1,0
Молибден	0,5-1,2
Цирконий	0,09-0,6
Кобальт	0,08-0,28
Кальций	0,02-0,05
Теллур	0,002-0,03
Медь	0,12-0,35
Алюминий	0,02-0,05
Бор	0,002-0,01
Железо	Остальное.

Похожие патенты:

Чугун // 2529343

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован в машиностроении. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,6-4,2, кремний 0,8-1,2, марганец 0,8-1,2, хром 0,1-0,15, олово 0,1-0,15, медь 2,6-3,0, бор 0,02-0,04, ванадий 0,6-1,0, алюминий 2,6-3,0, железо - остальное.

Чугун // 2529342

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей тепловых агрегатов, печей.

Чугун // 2529333

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам серого чугуна, который может быть использован в машиностроении. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,0-3,4; кремний 0,8-1,2; марганец 0,4-0,8; алюминий 0,03-0,05; медь 0,9-1,3; ванадий 0,6-0,8; гафний 0,1-0,2; никель 0,7-1,3; бор 0,03-0,05; кальций 0,0003-0,0005; железо - остальное.

Алюминиевый чугун // 2529324

Изобретение относится к области металлургии и касается составов чугуна, применяемого для изготовления деталей тепловых агрегатов. Алюминиевый чугун содержит, мас.%: углерод 2,2-2,6; кремний 0,1-0,2; марганец 0,1-0,2; алюминий 21,0-25,0; медь 0,6-1,0; фосфор 0,01-0,02; цирконий 0,01-0,02; никель 1,0-1,5; сурьма 0,001-0,0015; галлий 0,1-0,15; железо - остальное.

Антифрикционный чугун // 2527572

Изобретение относится к составам чугунов, используемых для изготовления хорошо обрабатываемых обычными инструментами деталей различного сечения, работающих в узлах трения при значительных удельных нагрузках, таких как втулки опорных и натяжных колес экскаваторов, вкладышей дробилок и т.д.

Чугун // 2525981

Чугун // 2525980

Изобретение относится к области черной металлургия, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей тепловых агрегатов, печей.

Чугун // 2525979

Чугун // 2525978

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей мельниц и дробилок. Чугун содержит, мас.%: углерод 2,8-3,2; кремний 2,8-3,2; марганец 0,6-0,8; хром 1,0-1,5; никель 2,0-2,5; ванадий 0,6-0,8; алюминий 0,02-0,03; барий 0,0005-0,001; медь 0,6-0,8; цирконий 1,5-2,0; гафний 2,6-3,0; бор 0,1-0,15; железо - остальное.

Чугун // 2520886

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован в машиностроении. Чугун содержит, мас.%: углерод 2,6-2,8; кремний 0,8-1,2; марганец 0,8-1,2; хром 0,2-0,4; барий 0,001-0,002; молибден 0,4-0,6; никель 1,2-1,6; кальций 0,0001-0,0003; ниобий 0,4-0,6; алюминий 0,04-0,06; железо - остальное.

Чугун // 2534468

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей тепловых агрегатов, печей. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,0-3,4; кремний 3,0-3,4; марганец 0,4-0,6; алюминий 3,4-4,0; тантал 1,0-1,5; бор 0,6-0,7; вольфрам 1,5-2,0; ванадий 0,5-1,0; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение термостойкости чугуна. 1 табл.

Износостойкий чугун // 2540008

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к износостойким чугунам для работы в условиях сухого трения и высокой температуры рабочей газовой среды, и может быть использовано для изготовления седел газораспределительного механизма автомобильных двигателей, работающих на природном газе. Чугун содержит, мас.%: углерод 2,5-3,2; кремний 2,3-2,7; марганец 8,5-10,0; хром 3,5-4,5; алюминий 4,5-5,3; ванадий 1,5-2,0; железо - остальное. Изобретение решает задачу повышения износостойкости чугуна при сухом трении и высокой температуре рабочей среды при отсутствии значительных ударных и изгибающих нагрузок за счет создания гетерогенной структуры, образованной метастабильным аустенитом и карбидной сеткой. 2 табл.

Чугун // 2546938

Изобретение относится к области черной металлургии и касается составов чугуна, используемого для изготовления деталей двигателей внутреннего сгорания. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,0-3,6; кремний 1,0-1,5; марганец 1,0-1,5; ниобий 0,1-0,15; никель 6,5-8,5; вольфрам 4,0-6,0; бор 0,1-0,15; теллур 0,001-0,0015; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение жаростойкости чугуна. 1 табл.

Сплав серого чугуна и тормозной диск, содержащий сплав серого чугуна // 2548558

Изобретение относится к сплаву серого чугуна и может быть использовано для изготовления тормозных дисков транспортных средств. Серый чугун содержит, в мас.%: С: ≤4,2%, Si: <1,30%, Mn: 0,4-0,8%, Nb: 0,05-0,4%, Cr: ≤0,4%, Cu: ≤0,7%, V+Ti+Mo: ≤0,4%, P: <0,05%, S: <0,1%, остальное - Fe и неизбежные примеси, при этом выполняется следующее условие: Sc=%С/(4,26-0,317*(%Si)+0,027(%Mn)-0,3(%P))>1, где Sc - степень насыщения. Изобретение направлено на разработку экономичного состава серого чугуна, обладающего высоким сопротивлением термомеханической усталости и высоким сопротивлением износу. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 табл.

Чугун // 2554234

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей машин, работающих в условиях ударных нагрузок. Чугун содержит, мас.%: углерод 2,5-3,5; кремний 1,5-1,9; марганец 0,1-0,2; хром 0,1-0,2; ванадий 1,0-1,5; никель 4,0-4,3; алюминий 0,1-0,2; кобальт 4,0-4,3; медь 1,6-2,0; бор 0,002-0,006; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение ударно-усталостной прочности. 1 табл.

Чугун // 2554259

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей тепловых агрегатов, печей. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,0-3,4; кремний 3,0-3,4; марганец 1,1-1,5; молибден 0,5-0,9; хром 0,03-0,05; церий 0,01-0,02; бор 0,03-0,05; кобальт 0,7-1,1; гафний 0,1-0,15; селен 0,0006-0,0008; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение термостойкости чугуна. 1 табл.

Чугун // 2556447

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления изделий, работающих в условиях трения и повышенного износа. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,0-3,5; кремний 1,5-2,0; марганец 2,0-3,0; фосфор 0,1-0,2; бор 0,02-0,04; титан 0,01-0,03; кальций 0,003-0,007; вольфрам 2,0-3,0; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости чугуна. 1 табл.

Чугун // 2556454

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления изделий, работающих в условиях перепадов температур. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,2-3,7; кремний 2,4-2,6; марганец 0,4-0,6; алюминий 0,6-1,0; кальций 0,002-0,004; титан 0,08-0,012; олово 0,005-0,007; бор 0,03-0,05; молибден 0,3-0,4; никель 1,0-1,4; гафний 0,6-0,8; железо - остальное.

Чугун // 2557194

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован в машиностроении. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,5-4,0; кремний 2,0-2,5; марганец 0,6-0,8; медь 1,6-2,2; алюминий 0,3-0,7; кальций 0,001-0,0012; иттрий 0,003-0,007; цирконий 0,05-0,07; титан 0,01-0,012; бор 0,06-0,1; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение прочности чугуна. 1 табл.

Чугун // 2557195

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей двигателей, печей и тепловых агрегатов. Чугун содержит, мас. %: углерод 3,6-3,9; кремний 0,4-0,8; марганец 1,5-2,0; хром 0,05-0,07; никель 0,5-0,8; медь 2,2-2,6; вольфрам 1,4-1,6; теллур 0,0008-0,0012; рений 0,06-0,1; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение сопротивляемости кручению при повышенных температурах. 1 табл.