ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН Российский патент 2000 года по МПК C22C37/10 

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов износостойкого чугуна для получения различных литых заготовок, представляющих сменные изделия, в том числе двухслойные с рабочим износостойким слоем (валки, бандажи и др.), используемые в металлургии (прокатные станы, дробильное оборудование), строительной (дробилки) и пищевой промышленности, мукомольной (мельницы для приготовления шоколадной массы), пивоваренной (мельницы дли солода) и других, работающих в условиях повышенного износа.

Известен чугун, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Углерод - 2,8-3,8
Кремний - 0,2-0,8
Марганец - 0,3-0,5
Сера - 0,1-0,12
Фосфор - 0,2-0,5
Железо - Остальное
(Кривошеев A. E. Чугунные валки профильного проката, -"Сталь", 1963, N 11, c.1042-1051).

Данный состав чугуна не обеспечивает требуемой износостойкости и стабильности получаемых результатов.

Принят во внимание чугун, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Углерод - 2,5-3,2
Марганец - 0,2-0,4
Кремний - 0,1-0,5
Лантан - 0,05-0,15
Сера и фосфор - До 0,06
(Авт. св. СССР N 372290, C 22 C, 37/10, 1973)
Данный состав отличается пониженной износостойкостью при достаточно хорошей обрабатываемости.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является износостойкий чугун, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Углерод - 2,0-3,6
Кремний - 0,05-2,5
Марганец - 0,2-1,5
Фосфор - 1,0-4,0
Ванадий - 0,05-2,0
Алюминий - 0,05-2,0
Медь - 0,01-1,0
Титан - 0,005-0,7
Железо - Остальное
(Авт. св. N 834206, C 22 C 37/10, 1981 г.)
Недостатком данного состава чугуна является нестабильность получаемых результатов. Широкий диапазон содержания углерода (2,0-3,6%), кремния (0,05-2,5%), фосфора (1,0-4,0%) и ванадия приводит к получению аномальной, нестабильной микроструктуры с включениями фосфидной эвтектики, легированной ванадием. Фосфидная эвтектика, легированная ванадием, дает положительный эффект только при соотношении V/P 0,3-0,5, но при содержании ванадия до 0,4%. При содержании ванадия сверх 0,4% образуются отдельные сверхтвердые включения, препятствующие равномерному повышению износостойкости и эксплуатационной надежности.

Задачей изобретения является увеличение износостойкости чугуна рабочего слоя изделия за счет повышения твердости и стабильности получения заданной структуры с измельченными и равномерными распределенными компонентами микроструктуры чугуна, а также снижение его стоимости за счет исключения остродефицитных и дорогостоящих элементов, а также снижения количества ванадия.

Поставленная задача решается тем, что чугун содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Углерод - 3,0-3,3
Кремний - 0,3-0,6
Марганец - 0,3-0,6
Фосфор - 0,3-0,8
Ванадий - 0,1-0,4
Железо и примеси - Остальное,
при этом отношение содержания ванадия к содержанию фосфора составляет 0,3-0,5. В качестве примесей никель и хром до 0,4% каждого, сера до 0,02%.

Ввод в состав чугуна ванадия в указанных количествах и при содержании в этом чугуне фосфора в пределах 0,3-0,8% обеспечивает измельчение структуры и повышение микротвердости фосфидной эвтектики за счет легирования ее ванадием.

Максимальная износостойкость в чугунах с содержанием фосфора в пределах 0,3 - 0,8% достигается при соотношении V/P = 0,3-0,5.

Введение в чугун ванадия в заявленных количествах и при соблюдении соотношения обеспечивает не только повышение микротвердости фосфидной эвтектики, но и достаточное измельчение карбидных включений при кристаллизации, тем самым гарантируя требуемый уровень изотропности микроструктуры.

При вводе в состав чугуна ванадия в количестве ниже предложенных пределов, менее 0,1%, его действие на структуру и свойства чугуна не проявляется.

Ввод ванадия сверх указанного предела 0,4% может привести к чрезмерному повышению микротвердости фосфидной звтектики, и эти включения могут препятствовать равномерному повышению износостойкости рабочей поверхности изделия, как сверхтвердые.

Содержание основных элементов чугуна обеспечивает получение оптимальной структуры металла и высоких эксплуатационных характеристик изделий.

Другие компоненты, взятые в заявляемых количествах:
углерод (3,0-3,3%), кремний (0,3-0,6%), марганец (0,3-0,6%), фосфор (0,3-0,8%) обеспечивают в чугуне высокую твердость и иэносостойкость.

При их содержании выше предложенных пределов повышается хрупкость, нарушается однородность структуры чугуна.

Исключение из чугуна любого из компонентов приводит к изменению структуры и свойств металла и, как следствие, ухудшению эксплуатационных характеристик отливок.

В таблице представлены результаты испытаний предложенного состава в сравнении с известным чугуном.

Как следует из результатов испытаний, представленный в таблице чугун предложенного состава имеет более высокую твердость, более мелкие карбидные включения и, как следствие, повышенную износостойкость.

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов износостойкого чугуна для получения различных литых заготовок деталей, работающих в условиях повышенного износа, а именно двухслойные с рабочим износостойким слоем валки, прокатные станы, дробильное оборудование, строительной (дробилки) и пищевой промышленности, мукомольной, пивоваренной (мельница для размола солода). Чугун содержит компоненты при следующем соотношении мас. %: углерод 3,0 - 3,3; кремний 0,3 - 0,6; марганец 0,3 - 0,6; фосфор 0,3 - 0,8; ванадий 0,1 - 0,4; железо и примеси остальное, при этом отношение содержания ванадия к содержанию фосфора составляет 0,3 - 0,5. Чугун в качестве примесей содержит никель и хром до 0,4% каждого и серу до 0,02%. Износостойкий чугун предлагаемого состава позволяет увеличить износостойкость чугуна рабочего слоя изделия за счет повышения твердости и стабильности получения заданной структуры с измельченными и равномерно распределенными компонентами микроструктуры чугуна, а также снизить его стоимость за счет исключения остродефицитных и дорогостоящих элементов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, ванадий и железо, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Углерод - 3,0 - 3,3
Кремний - 0,3 - 0,6
Марганец - 0,3 - 0,6
Фосфор - 0,3 - 0,8
Ванадий - 0,1 - 0,4
Железо и примеси - Остальное
при этом отношение содержания ванадия к содержанию фосфора составляет 0,3 - 0,5. 2. Чугун по п.1, отличающийся тем, что в качестве примесей содержит никель и хром до 0,4% каждого и серу - до 0,02%.