БЕЛЫЙ ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН Российский патент 2009 года по МПК C22C37/06 

Описание патента на изобретение RU2345160C1

Заявляемое изобретение относится к металлургии, в частности к чугунам, предназначенным для изготовления износостойких рабочих узлов горно-обогатительного оборудования, наиболее подвергающихся разрушающему воздействию абразивной транспортируемой гидросмеси.

Белый чугун, предназначенный для этих деталей, должен обладать высокой износостойкостью и повышенными механическими свойствами. Износостойкость определяется структурой и твердостью сплава. В белых чугунах углерод находится в виде графита и в виде карбида - соединений с металлами и неметаллами, т.е. большая часть углерода находится в связанном состоянии, что и определяет свойства белых чугунов: высокую твердость и хрупкость. Последнее свойство создает трудности механической обрабатываемости при изготовлении деталей из известных марок белого чугуна.

Многие годы усилия разработчиков направлены на получение таких сплавов белого износостойкого чугуна, которые сочетали бы как высокую износостойкость, так и приемлемую механическую обрабатываемость.

Известен белый износостойкий чугун марки ИЧХ28Н2 (см. Справочник по чугунному литью. / Под ред. д-ра техн. наук Н.Г.Гиршовича. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленинград. отд-ние. 1978, с.101, Таблица 1.39, с.105, Таблица 1.43), содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.%:

углерод2,7-3,0марганец0,8кремний0,7-1,4хром28-30никель1,5-3,0железоостальное

В таблице 1.43 приведена HB-твердость по Бриннелю, равная 480-600 для известного сплава. При этом HRC - твердость по Роквеллу составляет 49-62, исходя из соотношения, что она в 9,7 раза меньше, чем НВ. Как показывает практика, при высокой износостойкости деталей, полученных из известного белого чугуна, сплав довольно хрупкий, в результате чего при механической обработке происходят сколы и выломы. В низких механических свойствах заключается недостаток известного белого износостойкого чугуна.

Наиболее близким по технической сущности, достигаемому эффекту и выбранным в качестве прототипа является белый износостойкий чугун, предназначенный для изготовления рабочих деталей гидронасосов, работающих в горнорудной и химической промышленности (см. авторское свидетельство СССР №309971 «Абразивно-износостойкий чугун», МПК С22С 37/00, заявл. 08.05.1969 г.). Он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

углерод2,4-2,8марганец0,5-0,8кремний1,5-2,0хром30-34никель1,5-2,0молибден1,5-2,0титан0,4-0,6железоостальное

При сравнении компонентов чугунов марки ИЧХ28Н2 и по авт.св. СССР №309971, составы которых весьма близки друг к другу, видно, что в последний введен титан, который положительно влияет на увеличение износостойкости. Это объясняется двумя факторами:

1 - титан модифицирует сплав за счет образования тугоплавких, термодинамически устойчивых карбидов, нитридов и оксидов титана, являющихся центрами кристаллизации в жидком металле и способствующих измельчению структуры чугуна;

2 - карбиды титана с наибольшей микротвердостью среди карбидов образуют самостоятельную фазу, повышая износостойкость.

Тем не менее, сплаву белого чугуна по авторскому свидетельству №309971 присущ тот же недостаток, что и предыдущему аналогу, а именно трудность механической обработки.

Задачей настоящего изобретения является улучшение механической обрабатываемости деталей, изготавливаемых из заявляемого сплава, при сохранении высокого значения износостойкости.

Техническим результатом, получаемым при осуществлении изобретения, является повышение вязкости и пластических характеристик сплава.

Указанная задача решается за счет того, что в известный белый износостойкий чугун, включающий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, титан, согласно изобретению дополнительно введены вольфрам, ванадий и медь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод2,4-2,6кремний0,5-0,6марганец0,8-1,8хром25-26никельне более 0,5вольфрам0,1-0,15молибден0,3-0,5титан0,5-0,7ванадий0,1-0,15медь1,8-2,0железоостальное

Исследования, проведенные по источникам патентной и научно-технической информации, показали, что заявляемый белый износостойкий чугун неизвестен и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Заявляемый белый износостойкий чугун может быть получен в условиях металлургического производства, т.к. для этого требуются известные технологии, материалы и стандартное отечественное или импортное оборудование. Он может широко использоваться на предприятиях, изготавливающих горно-обогатительное оборудование для перекачки гидроабразивных смесей, например грунтовых насосов.

Основными компонентами, определяющими свойства белых износостойких чугунов и их структурные составляющие, соотношение карбидов и металлической основы, являются углерод и хром.

Для получения лучших износостойких свойств сплава необходимо, чтобы количество карбидов определялось соотношением К=12,23(%С)+0,55(%Cr)-12,3. В среднем К составляет величину в пределах от 10 до 33. Кроме того, экспериментально было выявлено, что наиболее высокие результаты износостойкости достигаются еще при одном соотношении, а именно %С/%Cr=10. Большее число карбидов приводит к понижению пластических характеристик сплава и ухудшению его обрабатываемости. В заявляемом сплаве карбиды образуются за счет соединения углерода с хромом, молибденом, ванадием, титаном и железом, при этом соблюдается принцип Шарпи, наиболее твердые структурные составляющие залегают в виде изолированных друг от друга включениях, а наиболее вязкие образовывают сплошную матрицу, что в наилучшей степени обеспечивают высокие износостойкие свойства, а также прочность, вязкость и стойкость в условиях теплосмен.

Совместное присутствие титана и ванадия в сплаве в заявляемых количествах, полученное экспериментально, позволяет эффективно управлять процессами кристаллизации чугуна.

Титан - сильный карбидообразующий элемент, микролегирующий и модифицирующий чугун. Карбиды (карбонитриды) титана, образующиеся в жидком чугуне, отличаются высокой дисперсностью и твердостью. Будучи центрами кристаллизации, они также способствуют значительному измельчению литой структуры сплава и равномерному распределению карбидной фазы в металлической матрице. Находясь, к тому же, в цементитной эвтектике и по границам дендритов бывшего аустенита, карбиды титана способствуют повышению микротвердости. Выравнивая скорости кристаллизации цементита и аустенита, титан увеличивает количество последнего, чем повышает вязкость чугуна. Совокупность всех указанных факторов обеспечивает рост износостойкости получаемого сплава.

Ванадий аналогично титану обладает высоким сродством к углероду и образует с ним специальные дисперсные монокарбиды с высокой твердостью и износостойкостью. Легирование ванадия с никелем, хромом, медью и марганцем очень эффективно для повышения механических свойств и получения изностойких отливок. Медь, упрочняющая аустеничную структуру, способствует улучшению обрабатываемости при сохранении высоких значений твердости сплава.

Комплексное легирование белого чугуна дает наряду с высокой исходной твердостью наклеп без воздействия абразивных частиц, что обеспечивает высокую износостойкость.

Приготовление белого чугуна заявляемого состава осуществлялось следующим образом. Химический состав чугуна: проба 1-проба 4 приведены в Таблице 1.

Таблица 1Компонент №№ пробСSiMnCrNiWMoTiVCuЗаявляемый состав12,40,61,8240,50,120,40,70,142,022,60,51,4260,30,10,350,560,11,932,450,61,524,50,50,140,50,60,111,842,550,51,725,50,40,150,40,70,132,0прототип12,41,550,530,51,5-1,60,5--22,51,550,6311,6-1,80,6--32,61,60,7321,7-2,00,6--42,81,70,8301,8-1,60,4--

Выплавка чугуна осуществлялась в индукционной тигельной печи. После перегрева расплава до 1450° проводилась доводка химического состава по основным и легирующим элементам. Использовались: феррохром ФХ 400-650 (68%), ферромарганец ФМn78 (86%), ферротитан Фти68, ферросилиций ФС45 (45%), анодная медь АН-1, никель H1, феррованадий ФВд35А, ферромолибден ФМо60. Доведенный по химическому составу расплав разливали в песчаную форму диаметром 25 мм, длиной 55 мм. Пробы металла в дальнейшем подвергали термообработке в электронагревательной печи при скорости нагрева 80°С/час. Было выбрано три различных вида термообработки:

1. Рекристаллизационный отжиг с температурой 500°С, выдержка - 2 часа охлаждения с выключенной печью.

2. Нормализационный отжиг с температуры 800°С и 900°С, выдержка - 2 часа.

3. Закалка с температуры 950°С и 1100°С, выдержка - 2 часа, охлаждение на воздухе.

После термообработки замеряли твердость на твердомере Роквелла. HRC находилась в пределах от 47 до 55.

Изучение абразивной износостойкости проводили на испытательном стенде.

Образцы диаметром 25 мм длиной 55 мм тщательно взвешивались с точностью до 0,01 г и под давлением 5 кг прижимались к корундовому кругу, вращающемуся со скоростью 360 об/мин в течение 2 мин. Затем образец взвешивался. По разнице двух взвешиваний определяли потерю массы и подсчитывали относительную абразивную износостойкость (И отн.) по формуле

где: М опыт. - потеря массы испытуемого образца, М этал. - потеря массы эталона стального образца СТ20.

Формула показывает, что чем больше значение И отн., тем ниже износостойкость образца.

Учитывая, что рабочие органы насосов работают в различных средах, определили относительную гидроабразивную износостойкость исследуемых образцов белого чугуна на испытательном стенде.

Предварительно взвешенные с чистой поверхностью исследуемые образцы закреплялись в гнездо план-шайбы, приводимой во вращение от шпинделя станка. Гидроабразивную износостойкость определяли по потере массы после 40 часов вращения в смеси электрокорунда (50%) и воды. За эталон взят стальной образец СТ20.

Результаты исследования патентуемого белого износостойкого чугуна приведены в таблице 2.

Таблица 2№ проб сплаваОтносительная абразивная стойкостьОтносительная гидроабразивная износостойкостьРекристаллизацияНормализацияЗакалкаРекристаллизацияНормализацияЗакалка500°С900°С950°С500°С900°С950°Сзаявляемый чугун10,150,140,120,110,090,0720,140,110,090,100,070,0530,150,140,100,110,080,0740,150,130,100,120,090,08прототип10,210,160,140,130,120,1120,190,150,130,120,100,0930,180,150,130,120,100,0940,200,140,140,130,120,10

Затем проводились испытания на обработку резцами с пластинами ВК6М. Скорость резания проб прототипа не превышала 25 мм/мин при глубине резания 4-5 мм и подаче 0,3-0,4 мм/об для черновой обработки и 0,5-0,6 мм/об - для чистовой. На трех пробах 1, 2 и 4 отмечены трещины и сколы.

Скорость резания проб из заявляемого составила 32,5 м/мин, т.е. увеличена приблизительно на 30%. При этом не наблюдалось механических повреждений проб (сколов, трещин и т.п.).

Похожие патенты RU2345160C1

название год авторы номер документа
ГРУНТОВОЙ НАСОС 2006
  • Заматаев Николай Георгиевич
  • Ахметов Булат Салаватович
  • Казлаускас Геннадий Петрасович
RU2315204C1
ЛИГАТУРА ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ И МОДИФИЦИРОВАНИЯ ХРОМИСТЫХ ЧУГУНОВ 2017
  • Гущин Николай Сафонович
  • Нуралиев Фейзула Алибала Оглы
RU2640368C1
Износостойкий чугун 1989
  • Шаповалов Юрий Сергеевич
  • Бычков Юрий Борисович
  • Моисеев Валентин Петрович
  • Власов Павел Евгеньевич
  • Долженкова Елена Федоровна
  • Петелин Георгий Алексеевич
SU1731855A1
БЕЛЫЙ ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН 2017
  • Гущин Николай Сафонович
  • Нуралиев Фейзула Алибала Оглы
RU2640367C1
Способ получения износостойких высокопрочных отливок из чугуна 2021
  • Семенов Алексей Юрьевич
  • Сухановский Владимир Вячеславович
  • Привалов Максим Петрович
RU2765474C1
Чугун для гильз цилиндров двигателей 1989
  • Счисленок Леонид Леонидович
  • Леках Семен Наумович
  • Слуцкий Анатолий Григорьевич
  • Кротов Николай Васильевич
  • Риффель Виктор Андреевич
  • Исмаилов Марат Азимбекович
  • Кригер Владимир Леонидович
  • Кригер Владимир Давыдович
  • Мильхерт Валентин Артурович
  • Цейтлин Александр Маркович
  • Шитов Евгений Иванович
  • Трибушевский Владимир Леонидович
  • Сериков Владимир Андреевич
  • Сенькин Владимир Иванович
SU1659516A1
Чугун для гильз цилиндров двигателей 1990
  • Шишкин Александр Ефимович
  • Волк Виктор Иванович
  • Слуцкий Анатолий Григорьевич
  • Бестужев Николай Иванович
  • Леках Семен Наумович
  • Трибушевский Владимир Леонидович
  • Счисленок Леонид Леонидович
SU1763504A1
ЧУГУН ДЛЯ МЕЛЮЩИХ ТЕЛ 2015
  • Каменских Александр Аркадьевич
  • Селезнев Олег Петрович
  • Каменских Антон Александрович
  • Миронченко Павел Николаевич
RU2627713C2
Износостойкий чугун 1990
  • Гайнуллин Ахияр Ахметович
  • Замотаев Николай Григорьевич
  • Потапов Геннадий Михайлович
  • Воронков Борис Васильевич
  • Гернер Владимир Иосифович
  • Малков Игорь Васильевич
SU1713966A1
КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЙ ЧУГУН С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ 2009
  • Гущин Николай Сафонович
  • Дрожжина Марина Федоровна
  • Тахиров Асиф Ашур Оглы
RU2387729C1

Реферат патента 2009 года БЕЛЫЙ ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составам белых износостойких чугунов. Может использоваться для изготовления рабочих узлов горно-обогатительного оборудования, наиболее подвергающихся воздействию абразивной транспортируемой гидросмеси. Чугун содержит, мас.%: углерод 2,4-2,6; кремний 0,5-0,6; марганец 0,8-1,8; хром 25-26; никель не более 0,5; вольфрам 0,1-0,15; молибден 0,3-0,5; титан 0,5-0,7; ванадий 0,1-0,15; медь 1,8-2,0; железо - остальное. Чугун имеет высокую вязкость и пластические характеристики, что обеспечивает улучшение механической обрабатываемости деталей при сохранении износостойкости. 2 табл.

Формула изобретения RU 2 345 160 C1

Белый износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, титан и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам, ванадий и медь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод2,4-2,6кремний0,5-0,6марганец0,8-1,8хром25-26никельне более 0,5вольфрам0,1-0,15молибден0,3-0,5титан0,5-0,7ванадий0,1-0,15медь1,8-2,0железоостальное

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2345160C1

Планиметр 1928
  • Ефимов Г.Е.
SU14655A1
Износостойкий чугун 1986
  • Янин Евгений Васильевич
  • Карпенко Михаил Иванович
  • Марукович Евгений Игнатьевич
  • Дудорова Мария Ивановна
SU1397531A1
Чугун 1990
  • Бычков Юрий Борисович
  • Шаповалов Юрий Сергеевич
  • Моисеев Валентин Петрович
  • Власов Павел Евгеньевич
  • Митьковский Юрий Иванович
  • Петелин Георгий Алексеевич
  • Перфирьев Евгений Петрович
SU1765236A1
ЧУГУН 2004
  • Морозов Андрей Андреевич
  • Колокольцев Валерий Михайлович
  • Вдовин Константин Николаевич
  • Петроченко Елена Васильевна
  • Молочков Павел Александрович
  • Ширяев Олег Петрович
  • Пономарев Андрей Федорович
  • Носов Василий Леонидович
  • Новицкий Руслан Витальевич
RU2272086C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ 2002
  • Игнатов В.В.
  • Новиков А.В.
RU2214146C1
CN 1350898 A, 29.05.2002
Аппарат для совместной подготовки нефти, газа и воды 1988
  • Коротков Юрий Федорович
  • Каштанов Александр Александрович
  • Гайнутдинов Ревгат Саляхович
  • Багрий Семен Иванович
  • Николаев Николай Алексеевич
SU1530201A1

RU 2 345 160 C1

Авторы

Заматаев Николай Георгиевич

Ахметов Булат Салаватович

Казлаускас Геннадий Петрасович

Даты

2009-01-27Публикация

2007-05-11Подача