СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ БЕЛОГО ЧУГУНА Российский патент 1994 года по МПК C21B11/10 C21C1/08 C22C37/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу получения отливок из чугуна с высокой твердостью, которые могут использоваться в качестве быстроизнашивающихся деталей, например мелющих тел шаровых мельниц, сменных деталей горно-рудного и металлургического оборудования.

Известен чугун с высокой твердостью.

Недостатками этого чугуна являются: высокое содержание дорогих легирующих элементов (никель, хром, ванадий, молибден, титан и др); применение термообработки для достижения высокой твердости; ограниченность применения, так как чугун такого состава не может выплавляться в вагранках; высокая стоимость; изготовление отливок производится в песчано-глинистые формы.

Известен износостойкий чугун, содержащий, мас.%: Углерод 3-3,5 Кремний 0,8-1,2 Марганец 0,85-1,6 Ванадий 0,02-0,205 Титан 0,12-1,23 Никель 0,05-0,5 Фосфор 0,1-0,75 Сера 0,01-0,12 Бор 0,01-0,12 Железо Остальное
Этот чугун имеет твердость НВ 198 - НВ 235.

Недостатком этого чугуна являются: пониженная и неравномерная твердость; повышенное содержание дорогих легирующих элементов (ванадий, титан, никель, фосфор, бор); ограниченность применения, так как чугун такого состава не может выплавляться в вагранках; повышенная стоимость; изготовление отливок производится литьем в песчано-глинистые формы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является чугун, содержащий, 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.

Такая структура чугуна в отливках может достигаться лишь при их изготовлении в песчано-глинистых формах, обеспечивающих указанный режим охлаждения.

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, ванадий, церий, кальций, марганец); ограниченность применения, так как чугун такого химического состава не может выплавляться в вагранках; высокая стоимость из-за наличия дорогих легирующих элементов; изготовление отливок в песчано-глинистых формах.

Задачей изобретения является получение отливок из чугуна с высокой твердостью равномерно во всех их частях, обеспечивающей высокую их износостойкость во всех частях, и низкой стоимостью.

Указанная задача достигается тем, что отливки получают заливкой в металлическую форму жидкого чугуна при 1220-1300^оС следующего химического состава, мас.%: Углерод 2,8-3,8 Кремний 0,5-1,3 Марганец 1,2-2,5 Сера До 0,12 Фосфор До 0,15 Железо Остальное
Предлагаемый способ получения отливок выбран потому, что он позволяет получить их со структурой белого чугуна с высокой твердостью равномерно во всех их частях, что обеспечивает высокую их износостойкость во всех частях и низкую стоимость. При заливке жидкого чугуна в металлические формы достигается быстрая его кристаллизация и быстрое охлаждение отливок, что при определенной температуре заливки и определенном химическом составе чугуна обеспечивает получение структуры белого чугуна во всех их частях и в силу этого их высокую равномерную твердость и износостойкость.

Такой состав чугуна и такая температура его заливки выбраны на основе проведенных исследований, устанавливающих влияние элементов и температуры жидкого чугуна на структуру и свойства отливок при получении их в металлических формах.

Увеличение температуры заливки жидкого чугуна в металлические формы приводит к их разогреву, что снижает скорость отвода ими тепла и тем самым снижает скорость его кристаллизации, в силу чего не обеспечивается структура белого чугуна во всех частях отливок. Снижение температуры заливки жидкого чугуна в металлические формы увеличивает скорость его кристаллизации, что способствует получению структуры белого чугуна во всех частях отливок.

Однако при этом снижается его жидкотекучесть, что затрудняет его заливку в формы. Установлена оптимальная температура заливки жидкого чугуна в металлические формы, составляющая 1220-1300^оС.

Углерод при снижении его содержания способствует получению структуры белого чугуна в отливках. Верхний предел его содержания (3,8%) выбран из условия получения структуры белого чугуна в отливках при сохранении содержания остальных элементов в выбранных пределах. Нижний предел его содержания (2,8%) выбран из условия его достижения при выплавке чугуна в вагранках, при плавке в которых получить содержание углерода менее 2,8% невозможно.

Кремний при снижении его содержания способствует получению структуры белого чугуна в отливках. Верхний предел его содержания (1,3%) выбран из условия получения структуры белого чугуна в отливках при сохранении содержания остальных элементов в выбранных пределах. Нижний предел его содержания (0,5%) выбран из условия достижения его за счет шихтовых материалов без использования ферросилиция.

Марганец при увеличении его содержания способствует получению структуры белого чугуна в отливках, но при его содержании сверх 2,5% увеличивается хрупкость и снижается твердость отливок, исходя из чего и выбрано это содержание его в качестве верхнего предела. Нижний предел его содержания (1,2%) выбран из условия получения структуры белого чугуна в отливках при сохранении содержания остальных элементов в выбранных пределах.

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

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в уменьшении затрат на материалы в 2-6 раз, достижении высокой твердости отливок равномерно во всех их частях, что обеспечивает высокую их износостойкость, возможность выплавлять чугун в вагранках, что обеспечивает широкую возможность применения заявляемого способа. Отливки из чугуна с высокой твердостью и износостойкостью равномерно во всех их частях, получаемые предлагаемым способом, могут использоваться в качестве быстроизнашивающихся деталей, в частности мелющих тел (шаров и цильпебсов) шаровых мельниц, сменных деталей горно-рудного и металлургического оборудования, годовая потребность в которых в России составляет более 2,5 млн.т.

П р и м е р. Выплавляли в вагранке либо в электропечи чугун заявленного химического состава из чушкового чугуна, стального и чугунного лома, ферромарганца, заливали его в металлические формы при температуре 1220-1300^оС и получали отливки мелющих шаров диаметром 40-100 мм. Химический состав, температура заливки, твердость, относительная стоимость и износостойкость полученных отливок и прототипа приведены в таблице. Из таблицы видно, что отливки, полученные заявленным способом, обладают высокой твердостью и износостойкостью равномерно во всех их частях и низкой стоимостью.

Использование: в получении отливок из чугуна с высокой твердостью, которые могут использоваться в качестве быстроизнашивающихся деталей, например мелющих тел шаровых мельниц, сменных деталей горно-рудного и металлургического оборудования. Способ заключается в заливке жидкого чугуна в металлические формы при 1220 - 1300°С при следующем соотношении в нем компонентов, мас. %: углерод 2,8 - 3,8; кремний 0,5 - 1,3; марганец 1,2 - 2,5; сера до 0,12; фосфор до 0,15; железо остальное. Использование этого способа обеспечивает получение отливок с высокой твердостью НВ 537-НВ 558 и износостойкостью равномерно во всех частях их и с низкой их стоимостью.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ БЕЛОГО ЧУГУНА, включающий выплавку чугуна с последующей заливкой его в металлическую форму при 1220 - 1300^oС, отличающийся тем, что заливку производят чугуном следующего химического состава, мас.%:
Углерод 2,8 - 3,8
Кремний 0,5 - 1,3
Марганец 1,2 - 2,5
Железо Остальное