ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН Российский патент 2012 года по МПК C22C37/04 C22C37/08 

Описание патента на изобретение RU2445389C1

Изобретение относится к литейному производству, а именно к изысканию износостойкого чугуна с шаровидным графитом для производства деталей машин и оборудования, подвергающихся абразивному износу, например, футеровки смесителей и др.

Известен износостойкий чугун с шаровидным графитом, содержащий, мас.%: углерод 3,8-4,5; кремний 2,5-4,5; ванадий 3,5-4,5; медь 0,1-1,5; никель 0,1-2,0; марганец до 0,8; сера до 0,1; фосфор до 0,15; хром до 0,1; магний до 0,05; РЗМ до 0,05; железо - остальное [1].

Известен износостойкий чугун с шаровидным графитом, выбранный в качестве прототипа по содержанию входящих компонентов и имеющий следующий состав, мас.%: углерод 2,8-4,0; кремний 1,5-3,5; ванадий 3,0-8,0; медь 0,2-0,8; никель 3,0-5,0; марганец 0,2-1,0; магний 0,02-0,1; алюминий 0,1-0,4; церий 0,03-0,2; кальций 0,05-0,2; бор 0,2-0,4; железо - остальное [2].

Указанный износостойкий чугун с шаровидным графитом, литая металлическая основа которого содержит карбиды ванадия и мартенсит, обладает недостаточной абразивной стойкостью при изготовлении асфальта и бетона.

Задачей предложенного изобретения является создание износостойкого чугуна с шаровидным графитом с более высокой твердостью в литом состоянии для работы в условиях абразивного изнашивания.

Технический результат, достигаемый при реализации предложенного технического решения, состоит в повышении абразивной стойкости чугуна в литом состоянии за счет образования в его структуре твердых карбидов хрома, которые совместно с карбидами ванадия существенно повысят твердость сплава, предназначенного для изготовления износостойких отливок, например футеровок.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в предложенном износостойком чугуне с шаровидным графитом, содержащем: углерод, кремний, марганец, никель, бор, ванадий, медь, алюминий, церий, магний, кальций, серу, фосфор, железо, дополнительно введен хром при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3,0-4,6; кремний 1,5-3,5; марганец 0,2-0,8; никель 3,0-5,0; бор 0,06-0,40; ванадий 3,0-6,0; медь 0,2-0,8; алюминий 0,1-0,7; церий 0,02-0,20; магний 0,02-0,08; хром 4,0-6,0; кальций 0,06-0,80; сера 0,01-0,03; фосфор 0,02-0,08; железо - остальное.

Введение в состав предложенного чугуна хрома способствует образованию твердых карбидов хрома типа Cr7C3, благодаря которым повышается стойкость чугуна в условиях абразивного изнашивания.

Добавка в состав предложенного чугуна хрома менее 4% способствует образованию карбидов хрома типа Cr3C, твердость которых по сравнению с твердостью карбидов хрома типа Cr7C3 в 1,5 раза меньше. Увеличение содержания хрома свыше 6% способствует образованию повышенного количества карбидов хрома, в результате чего повышается твердость, но одновременно с этим снижаются прочностные характеристики чугуна.

Уменьшение содержания ванадия в составе предложенного чугуна с 8 до 6% позволяет снизить количество карбидов ванадия, благодаря чему появляются условия выделения в металлической основе чугуна структурно-свободного углерода в виде графита пластинчатой формы, а ввод в расплав чугуна сфероидизирующих модификаторов в виде магния, церия и кальция способствует получать графит шаровидной формы, благодаря этому существенно повышаются прочностные характеристики чугуна.

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

Наличие в металлической основе предлагаемого чугуна связанного углерода в количестве менее 0,4% способствует образованию аустенитной структуры чугуна, которая по сравнению с мартенситной структурой менее износостойкая в условиях абразивного изнашивания. Увеличение концентрации связанного углерода более 3,7% способствует образованию большого количества включений твердых карбидов ванадия и хрома, что ведет к существенному снижению прочности и, соответственно, абразивной стойкости чугуна.

Плавку износостойкого чугуна предложенного состава проводят в индукционных или дуговых электропечах с использованием стандартных шихтовых материалов. Легирующие элементы - никель, медь, хром вводят в металлозавалку. После расплавления шихты и перегрева чугуна до 1480-1550°С на зеркало расплава вводят марганец, ванадий, бор и кремний. Затем присаживают алюминий и кальций (в виде 20%-ного силикокальция). Магний в составе сфероидизирующей присадки, а также церий в виде ферроцерия помещают на дно разливочного ковша перед выпуском жидкого металла из печи.

В таблице 1 приведен химический состав известного и предложенного чугунов. В таблице 2 приведены количество включений графита и карбидов ванадия и хрома, значение твердости и износостойкости в условиях абразивного изнашивания.

Техническим результатом, как видно из данных таблицы 2, являются более высокая твердость (64-71 HRC) и относительная износостойкость (2,58-4,0) предлагаемого чугуна в сравнении с прототипом в литом состоянии.

Твердость по Роквеллу определяли в соответствии с ГОСТ 9013-59.

Испытания на абразивный износ осуществляли по методу Хрущева М.М. на абразивной шкурке марки 14А5НП603 ГОСТ 6456-82, предварительно зафиксированной на поверхности цилиндрического барабана, закрепленного в патроне токарного станка.

Износостойкость в условиях абразивного изнашивания определяли по потере массы образцов (⌀3×15 мм).

Эталонный (Ст.20) и испытуемый образцы устанавливали в специальной державке таким образом, чтобы в процессе испытаний они контактировали каждый со свежей поверхностью абразивной шкурки. Номинальная нагрузка на испытуемые образцы при трении составляла 10 кг/см2. Скорость трения образцов составляла 25 м/мин, а длина их пути по поверхности абразивной шкурки - 85 м.

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

Применение предлагаемого износостойкого чугуна с шаровидным графитом для отливок смесителей, используемых для приготовления асфальта и бетона, позволяет существенно (на 30-40%) увеличить их срок эксплуатации.

Источники информации

1. А.с. СССР №322394, С22С 37/00, 1971.

2. Патент RU №2401316 С1, С22С 37/04, 10.10.2010, Бюл. №28.

Похожие патенты RU2445389C1

название год авторы номер документа
ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН 2010
  • Гущин Николай Сафонович
  • Бекишева Ольга Петровна
  • Гущина Ольга Владимировна
  • Гурьева Елена Васильевна
  • Находкин Валерий Михайлович
  • Морозов Александр Борисович
  • Гулак Ольга Николаевна
  • Чижов Николай Владимирович
  • Петрова Галина Петровна
RU2445388C1
ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН 2011
  • Гущин Николай Сафонович
  • Нуралиев Фейзулла Алибала Оглы
  • Гулак Ольга Николаевна
  • Находкин Валерий Михайлович
  • Бекишева Ольга Петровна
  • Гущина Ольга Владимировна
  • Олейников Дмитрий Владиславович
  • Зайчикова Анастасия Михайловна
  • Чижов Николай Владимирович
RU2451099C1
ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН 2011
  • Гущин Николай Сафонович
  • Нуралиев Фейзулла Алибала Оглы
  • Гулак Ольга Николаевна
  • Находкин Валерий Михайлович
  • Бекишева Ольга Петровна
  • Гущина Ольга Владимировна
  • Олейников Дмитрий Владиславович
  • Зайчикова Анастасия Михайловна
  • Морозов Александр Борисович
RU2448183C1
ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН 2011
  • Гущин Николай Сафонович
  • Нуралиев Фейзулла Алибала Оглы
  • Олейников Дмитрий Владиславович
  • Тимофеев Александр Михайлович
  • Свирин Владимир Ильич
  • Лобов Владимир Николаевич
  • Дуб Алексей Владимирович
  • Карапоткин Вячеслав Васильевич
  • Петрова Галина Петровна
RU2451100C1
ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ 2013
  • Гущин Николай Сафонович
  • Дуб Алексей Владимирович
  • Дурынин Виктор Алексеевич
  • Нуралиев Фейзулла Алибала Оглы
  • Лучинина Галина Евгеньевна
  • Небогаткина Антонина Александровна
  • Небогаткин Владимир Михайлович
  • Тахиров Асиф Ашур Оглы
  • Минина Любовь Марковна
  • Стариков Валерий Владимирович
RU2511213C1
ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ 2013
  • Гущин Николай Сафонович
  • Дуб Алексей Владимирович
  • Дурынин Виктор Алексеевич
  • Нуралиев Фейзулла Алибала Оглы
  • Лучинина Галина Евгеньевна
  • Небогаткина Антонина Александровна
  • Небогаткин Владимир Михайлович
  • Тахиров Асиф Ашур Оглы
  • Минина Любовь Марковна
  • Стариков Валерий Владимирович
RU2526507C1
ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН 2011
  • Гущин Николай Сафонович
  • Нуралиев Фейзулла Алибала Оглы
  • Олейников Дмитрий Владиславович
  • Тимофеев Александр Михайлович
  • Данилова Анастасия Павловна
  • Лобов Владимир Николаевич
  • Дуб Алексей Владимирович
  • Карапоткин Вячеслав Васильевич
RU2465362C1
ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН 2010
  • Гущин Николай Сафонович
  • Полонский-Буслаев Александр Александрович
  • Чижова Татьяна Павловна
  • Морозова Ирина Рудольфовна
  • Юрьева Светлана Игоревна
  • Лобов Александр Владимирович
  • Анискин Валерий Николаевич
  • Терешин Денис Игоревич
  • Лобов Дмитрий Владимирович
  • Гущин Алексей Николаевич
  • Семенова Татьяна Николаевна
RU2416660C1
ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН 2010
  • Гущин Николай Сафонович
  • Полонский-Буслаев Александр Александрович
  • Чижова Татьяна Павловна
  • Морозова Ирина Рудольфовна
  • Юрьева Светлана Игоревна
  • Лобов Александр Владимирович
  • Анискин Валерий Николаевич
  • Терешин Денис Игоревич
  • Лобов Дмитрий Владимирович
  • Гущин Алексей Николаевич
  • Семенова Татьяна Николаевна
RU2419666C1
ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН 2009
  • Гущин Николай Сафонович
  • Чижова Татьяна Павловна
  • Морозова Ирина Рудольфовна
  • Лобов Александр Владимирович
  • Анискин Валерий Николаевич
  • Лобов Дмитрий Владимирович
  • Терешин Денис Игоревич
RU2401317C1

Реферат патента 2012 года ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН

Изобретение относится к области литейного производства и, в частности, к износостойким чугунам с шаровидным графитом. Может использоваться для производства отливок для смесителей, подвергающихся абразивному износу. Износостойкий чугун с шаровидным графитом содержит, мас.%: углерод 3,0-4,6; кремний 1,5-3,5; марганец 0,2-0,8; никель 3,0-5,0; бор 0,06-0,40; ванадий 3,0-6,0; медь 0,2-0,8; алюминий 0,1-0,7; церий 0,02-0,20; магний 0,02-0,08; хром 4,0-6,0; кальций 0,06-0,80; сера 0,01-0,03; фосфор 0,02-0,08; железо - остальное. Чугун обладает высокой стойкостью в условиях ударно-абразивного износа. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Формула изобретения RU 2 445 389 C1

1. Износостойкий чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, бор, ванадий, медь, алюминий, церий, магний, кальций, серу, фосфор, железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хром при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 3,0-4,6 кремний 1,5-3,5 марганец 0,2-0,8 никель 3,0-5,0 бор 0,06-0,40 ванадий 3,0-6,0 медь 0,2-0,8 алюминий 0,1-0,7 церий 0,02-0,20 магний 0,02-0,08 хром 4,0-6,0 кальций 0,06-0,80 сера 0,01-0,03 фосфор 0,02-0,08 железо остальное

2. Износостойкий чугун по п.1, отличающийся тем, что он содержит структурно-свободный углерод в виде включений графита шаровидной формы в количестве 0,5-2,2% и связанный углерод в количестве 0,4-3,7%.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2445389C1

ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН 2009
  • Гущин Николай Сафонович
  • Чижова Татьяна Павловна
  • Морозова Ирина Рудольфовна
  • Лобов Александр Владимирович
  • Анискин Валерий Николаевич
  • Лобов Дмитрий Владимирович
  • Терешин Денис Игоревич
RU2401316C1
ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН 2003
  • Александров Н.Н.
  • Андреев А.Д.
  • Андреев В.В.
  • Бех Н.И.
  • Гущин Н.С.
  • Капилевич А.Н.
  • Ковалевич Е.В.
  • Куликов В.И.
  • Сомин В.З.
RU2234553C1
Устройство для аспирации разгрузочной тележки конвейера 1986
  • Дмитрук Евгений Адамович
  • Гапонюк Олег Иванович
  • Василишин Михаил Владимирович
SU1384794A1
Планиметр 1928
  • Ефимов Г.Е.
SU14655A1
ЭЛЕКТРОИНДУКЦИОННАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА КОНЦА ТРУБЧАТОГО МАТЕРИАЛА 2007
  • Лавлесс Дон Л.
  • Росс Питер А.
  • Руднев Валерий И.
  • Ланг Джон Пол
RU2428821C2

RU 2 445 389 C1

Авторы

Гущин Николай Сафонович

Бекишева Ольга Петровна

Гущина Ольга Владимировна

Гурьева Елена Васильевна

Находкин Валерий Михайлович

Морозов Александр Борисович

Гулак Ольга Николаевна

Чижов Николай Владимирович

Петрова Галина Петровна

Даты

2012-03-20Публикация

2010-12-17Подача