ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН Российский патент 2012 года по МПК C22C37/04 

Изобретение относится к области литейного производства и, в частности, к износостойким чугунам для производства деталей машин и оборудования, подвергающихся ударно-абразивному износу, например деталей смесеприготовительной системы изготовления асфальта, бетона и т.п.

Известен износостойкий чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, бор, ванадий, медь, алюминий, церий, магний, кальций, железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 2,2-3,2 кремний 0,5-3,0 марганец 0,2-3,0 хром 3,0-6,4 никель 2,0-4,0 бор 0,2-0,4 ванадий 0,2-0,8 медь 0,2-0,8 алюминий 0,1-0,4 церий 0,03-0,2 магний 0,02-0,1 кальций 0,05-0,2 железо остальное

(RU 2384641, С22С 37/04, опубликовано 20.03.2010)

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является износостойкий чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, бор, ванадий, медь, алюминий, церий, магний, молибден, кальций, железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 2,8-4,2 кремний 1,5-3,5 марганец 0,2-1,6 никель 2,0-5,0 бор 0,2-0,4 ванадий 0,2-0,8 медь 0,2-0,8 алюминий 0,1-0,5 церий 0,02-0,2 магний 0,02-0,1 молибден 4,0-12,0 кальций 0,06-0,8 железо остальное

(RU 2416660, С22С37/04, опубликовано 20.04.2011)

Недостатками известных износостойких чугунов, содержащих прочные карбиды молибдена и мартенсит, является недостаточная ударно-абразивная стойкость литых изделий, выполненных из указанных чугунов.

Задачей и техническим результатом изобретения является износостойкий чугун с шаровидным графитом, обладающий повышенной твердостью и ударно-абразивной стойкостью в литом состоянии.

Технический результат достигается тем, что износостойкий чугун с шаровидным графитом содержит углерод, кремний, марганец, никель, бор, ванадий, медь, алюминий, церий, магний, молибден, кальций, хром, серу, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод более 3,2-4,6 кремний 1,5-3,5 марганец 0,2-0,8 никель 3,0-5,0 бор 0,06-0,40 ванадий 0,2-0,8 медь 0,2-0,8 алюминий 0,1-0,7 церий 0,02-0,20 магний 0,02-0,08 молибден 4,0-6,0 кальций 0,06-0,8 хром 4,0-6,0 сера 0,01-0,03 фосфор 0,02-0,08 железо остальное,

причем в структуре чугуна углерод содержится в свободном состоянии в виде включений графита шаровидной формы в количестве 0,5-2,2% и в связанном состоянии в виде карбидной фазы в количестве 0,4-3,7%.

Наличие в составе чугуна по изобретению одновременно молибдена и хрома в заявленных концентрациях дает преимущественное образование твердых и прочных карбидов молибдена типа Мо₂С и очень твердых карбидов хрома типа Сr₇С₃, повышающих твердость и ударно-абразивную стойкость чугуна в литом состоянии. При этом в значительной мере подавляется образование менее твердых и хрупких карбидов типа МоС и Сr₃С, а также обеспечиваются условия для выделения в металлической основе чугуна структурно-свободного углерода в виде графита пластинчатой формы. Наличие в чугуне сфероидизирующих модификаторов - магния, церия и кальция - обеспечивает получение графита правильной шаровидной формы, благодаря которому 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 ударно-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 предложенного чугуна связанного углерода в количестве менее 0,4% способствует образованию аустенитной структуры чугуна, которая по сравнению с мартенситной структурой менее износостойкая в условиях ударно-абразивного изнашивания. Увеличение концентрации связанного углерода более 3,7% способствует образованию большого количества твердых карбидов хрома и молибдена, что ведет к существенному снижению прочности и, соответственно, ударно-абразивной стойкости чугуна.

Наличие серы и фосфора в заявленных концентрациях способствует образованию их соединений с бором, имеющих достаточно широкий температурный интервал кристаллизации, что снижает долю бора, приходящуюся на железохромистые боридные эвтектики, снижающих прочность и износостойкость чугуна. При этом в значительной степени нивелируются негативное влияние этих компонентов на физико-механические характеристики литого чугуна.

Получение износостойкого чугуна по изобретения иллюстрирует следующий пример. Плавку чугуна проводили в дуговой электропечи с использованием стандартных шихтовых материалов. Легирующие элементы - никель, медь, молибден, хром, вводили в металлозавалку. Фосфор и сера присутствовали в исходном металле. После расплавления шихты и перегрева чугуна до 1480-1520°С на зеркало расплава вводили марганец, ванадий, бор и кремний. Затем присаживали 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. Содержание серы и фосфора поддерживали с использованием известных приемов - составом шлака или вакуумированием.

В таблице 1 приведен химический состав известного чугуна и чугуна по изобретению. В таблице 2 приведены количество включений графита и карбидов, значение твердости и износостойкости в условиях ударно-абразивного износа.

Техническим результатом, как видно из данных таблицы 2, являются более высокая твердость (64-70 HRC) и относительная износостойкость (2,5-3,8) чугуна по изобретению в литом состоянии в сравнении с известным чугуном.

Износостойкость в условиях ударно-абразивного изнашивания определяли по потере массы образцов (18×18 мм), после проведения 12 циклов испытания длительностью 25 минут каждая. Испытания на ударно-абразивный износ проводили на лабораторной мельнице. В качестве абразива использовали кварцевый песок определенной зернистости. За эталон принимали износ образцов, изготовленных из стали 20.

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 износостойкого чугуна с шаровидным графитом по изобретению для изготовления отливок пульпопроводов, используемых для транспортировки различной абразивной пульпы, позволяет существенно (на 2-30%) увеличить их срок эксплуатации.

Таблица 1 Номер образца № Чугун Содержание химических элементов, масс.% С Cr Si Mn Ni В V Сu Аl Се Mg Mo Са S Р 1 Предлагаемый 3,0 4,0 1,5 0,2 3,0 0,06 0,2 0,2 0,1 0,02 0,02 4,0 0,06 0,01 0,02 2 3,8 5,0 2,5 0,5 4,0 0,23 0,5 0,5 0,4 0,11 0,05 5,0 0,43 0,02 0,05 3 4,6 6,0 3,5 0,8 5,0 0,40 0,8 0,8 0,7 0,20 0,08 6,0 0,80 0,03 0,08 4 Прототип 3,4 - 2,5 0,6 4,0 0,3 0,5 0,5 0,25 0,11 0,06 - 0,12 - - 5 Предлагаемый 3,0 4,0 1,5 0,2 3,0 0,06 0,2 0,2 0,1 0,02 0,02 4,0 0,06 0,01 0,02 6 3,8 5,0 2,5 0,5 4,0 0,23 0,5 0,5 0,4 0,11 0,05 5,0 0,43 0,02 0,05 7 4,6 6,0 3,5 0,8 5,0 0,40 0,8 0,8 0,7 0,20 0,08 6,0 0,80 0,03 0,08 8 Прототип 3,4 - 2,5 0,6 4,0 0,3 0,5 0,5 0,25 0,11 0,06 - 0,12 - -

Таблица 2 Номер образца, № Чугун Количество включений графита, % Количество карбидов * (Сr₇С₃+Мо₂С), % Твердость HRC Коэффициент относительной стойкости в условиях ударно-абразивного износа 1   0,5 36 65 2.8 2 Предлагаемый 0,5 38 67 3,6 3   0,5 40 70 4.0 4 Прототип 0,5 33 63 2.6 5   2,2 34 63 2,8 6 Предлагаемый 2,2 36 65 3.4 7   2,2 38 68 4.2 8 Прототип 2,2 40 62 2,4 * - количество карбидов предлагаемого чугуна состоит из суммы карбидов хрома Сr₇С₃ и карбидов молибдена Мо₂С.

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к износостойким чугунам для производства деталей машин и оборудования, подвергающихся ударно-абразивному износу, например деталей смесеприготовительной системы изготовления асфальта, бетона и т.п. 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 0,2-0,8; медь 0,2-0,8; алюминий 0,1-0,7; церий 0,02-0,20; магний 0,02-0,08; молибден 4,0-6,0; кальций 0,06-0,80; сера 0,01-0,03; фосфор 0,02-0,08; хром 4,0-6,0; железо остальное. Техническим результатом является повышение стойкости литого чугуна с шаровидным графитом в условиях ударно-абразивного износа. 2 табл.

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