Чугун для лопастей дробеметных аппаратов Советский патент 1993 года по МПК C22C37/08 

а р ато б цел it; to n q в ы ш ения ударно-абраивной стойкости содержит компоненты ри следующем соотношении, мас.%:

Углерод :. :. . : ... 2,6-3,4 , : Кремний . .0,1-0,8 Марганец 0,5-2,0 ; Хром ...: .. 16-24. ; Никель ; 0,3-2,5- . Ванадий . 0,3-1,5 РЗМ - . . 0,01-0,03 Магний 0,01-0,03 . Натрий 0,005-0,01 Висмут :.,,,-.:„,. 0,001-0,005 Медь .. : 0,5-1,2 Железо Остальное Чугун не обладает достаточной износостойкостью и жйдкотёкучестью, так как содержит редкоземельные металлы, которые бб разу rot; н ейетёГлл ичёакие в к л (рч е ни я (о к- сйды, сульфиды, о ксисульфйды и др.) с высокой плот сть ю тр дноудалимые из- расплава. Это тпбйыШаёт вйзкость расплава чугуна, а дбгЦЗЛнйтёльнЬе загрязнение включениями в едёт к снижению износостойкости. Кромё того; прй охлаждении уже твердого чугуна кристаллические оксисуль- фидьГ РЗМ (например, церия), вследствие уменьшения растворимости; р йсртеклЬЪы- ваютс я, приобретают остроугольную форму, и резко снижают свойства отливок. „ Наиболее близким к предлагаемому чугуну по технической сущности и достигаемо- му результату является износостойкий чугун, используемый для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного и уд ар но-абра з йв н рго износа, содержащий следующие компоненты, мас.%: - . : . Углерод -. ...-; . . .. 2,2-3,6- -- .....Кремний . 0,5-1,5. .Марганец- ; . 3-4 -

; Л:хром . г. 13-24;л-- .;

Молибден ... , 3--0,4 . Титан - ; Ь;2-о,4-; .: -

: Ванадий. 6, . . - :./ Медь . .- .- - .. 1,0-1,5.

-. --feop, . ... ... 0,005-0,02

.Железо --Остальное

Недбстатрк - чугун относительно дорогой, так:. kak содержит большое количество ванадй я Г не обладает достаточной износо- стойкостькз :. в ысокбго содержания марга нц а , к Ьторый лриводит к снижению

Точки н ач ал:ё Ма|5т ё Н с йТнбго превращения; Стабил ьнЪсть и количество остаточного аус- тенита возрастает, а следовательно, снижается износостойкость и: твердость KMfl1Kuteky4ectb Данного чугуна также недостаточна особенно при заливке тонкостенных отливок типа лопастей дробеметных

аппаратов,и др., вследствие обильного пленообразования из-за высокого содержания ванадия. ..: ..-. .. ;. ... . ; . .

Кроме этого, процесс выплавки известного чугуна также сопряжен с трудностями, что опять же связано с содержанием ванаДИЯ- : :.:. -: ;- : .-.. .

Целью изобретения является повышение жидкотекучести и изнйсостойкости чугу- . на для лопастей дробеметных аппаратов, Прст$в/1 енная цель. дрбтигаётся тем, что известный :чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, медь и железо; дополнительно содержит никель и ёурь му при следующем соотношении ком- понентов, мас.%:

Углерод. 2,5-3,8

Кремний0,6-1,4

Марганец0,8-2,1

: Хром ....,. .;. :18,0-28,0

Л Титан -: ..... .:...- - 0,2-1,0

-.- ..Медь -. :. Л .4-1,5 . -ч .-Никель V 0,4-1,2 .Сурьма . . :0,013-0,025 . Железо . Остальное : Введение углерода в чугун в заданных пределах обеспечивает образование карбидов типа , которые наиболее существенно улучшают износостойкость, Снижение концентрации углерода менее 2,5% приводит.к увеличению дол и первич- ного а устенита, а увеличение более 3,8% приводит к нарушению однородности литой структуры за счет выделения крупных.разветвленных карбидов и шлакографитовой смеси. И то, и другое Отрицательно сказывается на свойствах чугуна, ..;

Кремний в износостойком белом чугуне является легирующим элементом, распре- деляется при кристаллизации между аусте- нитоми эвтектическим расплавом, улучшает жидкотекучесть сплава. Это важно, так как отливки лопастей тонкостенные и протяжённые и нуждаются в хорошем, течении расплава по форме и пропитке тонких семе- ний при кристаллизации. Содержание кремния менее 0,6% не обеспечивает достаточной жидкотекучести сплава, а более 1,4% -увеличивает верхнюю критическую скорость отбеливания чугуна, что уменьшает его отбеливаемость. Кроме этого, увеличивается хрупкость отливок.

Марганец в пределах 0,8-2,1% способствует стабилизации аустенита и цементита в чугуне. При повышенном содержании мар- ганца проявляется его карбидостабилизиру- ющёе дёйстёие, увеличивается количество цементита, образующегося при эвтектиче- ; ском и эвтектоидном превращении, Это приводит к повышению модуля упругости чугуна и его износостойкости. Кроме этого.

марганец улучшает жидкотекучесть сплава. При содержании марганца менее 0,8% доля статочного аустенита, обеспечивающего необходимую вязкость чугуна, невелика, что приводит к разрушению отливок во время работы/ Увеличение концентрации этого элемента сверх 2,1%, наоборот, повышает количество аустенита и снижает износостойкость.:

Хром (18-28) необходим для образования комплексных карбидов типа СгтСз и Fe, Сг)Сз, придающих чугуну максимальную износостойкость. При содержании Сг менее 18% в структуре чугуна образуется непрерывная карбидная фаза с карбидами (Fe, Сг)зС, что снижает износостойкость чугуна. При содержании Сг более 28% в структуре чугуна появляются крупные и хрупкие карбиды типа Сг2зСб, что приводит к снижению его износостойкости. Кроме этого, увеличивается общая доля крупных первичных карбидов, снижающих свойства.

Титан (0,2-1,0) используется преимущественно для образования специальных карбидов TIC, обладающих высокой износостойкостью,и карбонитридов, играющих роль инокуляторов, а также для раскис- лений и частичной десульфурации чугуна.

Титан способствует измельчению зерна, устраняет столбчатое строение отливок, модифицирует чугун и позволяет получать однородные механические свойства по тол- щине отливки. . . . / . v .

. Титан способствует образованию эвтек- тоида с достаточно высокой твердостью и исключению цементитной эвтектики. Совокупность этих факторов приводит к увеличе- нию вязкости чугуна и уменьшению выкрашивания эвтектики в процессе изнашивания. Влияние титана более эффективно при введении его совместно с хромом, никелем и сурьмой. ,. -:

При содержании Ti менее 0,2% повышения износостойкости не наблюдается, так как невеликожоличество карбидов TIC. При содержании Ti свыше 1,0% в сплаве образуются карбонитриды титана и пленочные включения оксидов больших размеров, коорые располагаются по границам аусте- нитных зерен, что снижает износостойкость жидкотекучесть. Присадка меди (0,4-1,5%) в белый чугун способствует увеличению его опротивления ударным нагрузкам, устраняет продукты перлитного распада в литой труктуре, повышает износостойкость, про- каливаемость, теплопроводность. При меньшении содержания меди менее 0.4% е полезного эффекта не наблюдается, а величение свыше 1,5% приводит к появлеию большого количества крупных выделений эвтектики, что снижает износостойкость. Никель (0,4-1,2), как и медь, относится к элементам, расширяющим у-область, стабилизирует аустенит, существенно уве- 5 личивает прокаливаемость высокохромистого чугуна, подавляет перлитное превращение Это способствует улучшению износостойкости. При содержании никеля менее 0,4% чугун не обладает достаточной

0 прокаливаемостью и в структуре чугуна наблюдаются мягкие продукты распада аустё- , нита. При увеличении концентрации никеля свыше 1,2% повышается доля остаточного аустенита. И то, и другое снижает износо5 стойкость. Кроме того, большие концентрации никеля способствуют столбчатой кристаллизации чугуна и снижению его жид- котёкучести.

Сурьма (0,013-0,025%) является моди0 фикатором чугуна и оказывает большое влияние на его кристаллизацию: измельчает эвтектику, выравнивает скорость кристаллизации аустенита. устраняет выделение структурно-свободного цементита. Это по5 ложительно влияет на износостойкость и жидкотекучесть. Уменьшение содержания сурьмы менее 0,013% или увеличение свы-. ше 0,025% нежелательно, так как в первом случае модифицирующего эффекта почти не

0 наблюдается, а во втором - огрубляется структура. .

Пример. В индукционной тигельной печи емкостью 160 кг с основной футеровкой выплавляли опытные составы предлага5 емого чугуна и чугуна, принятого за прототип (табл. Дпо общепринятой технологии. Никель вводили в зава,лку, а сурьму в ковш во время выпуска под струю. Из опыт- ныхсоставов при температуре 1390-1420°С

0- заливали спиральные пробы на жидкотекучесть, согласно ГОСТ 16438-70, клиновые пробы по ГОСТ 7769-82, из которых изготавливали образцы для испытания на износостойкость, а также формы для получения

5 лопастей дробеметных аппаратов завода Амурлйтмаш. Отливки клиновых проб и лопастей подвергали термической обработке по режиму: нормализация при 1050°С, 3 ч, охлаждение на воздухе, отпуск при 350°С,

0 3 ч, охлаждение на воздухе.

Микроструктура предлагаемого чугуна представляет собой мартенсито-тро- остит, карбиды (Сг, Ре)Сз, TiC, остаточный аустенит (5-10%). Причем

5 особенностью микроструктуры является то, что в мартенсито-трооститной матрице сформирован каркас из карбидов, оси которых вытянуты к рабочей поверхности отливок. Это обеспечивает высокую износостойкость чугуна.

Износостойкость опытных составов чугу но в определяли соглас но ГОСТ 23.208- 79. : ; ,;.-:;.:;:---;л :: : : . ; ; ..;... ..

Для испытаний на мз Нос использовали спеЦийльну ю у стЗйовкуТ изготовленную согласно вышеуказанного ГОСТа 23.208-79, на которой при одйЙЩойй х условиях и постоянной нагрузке производили трение образцов из исследуемого и эталонного материалов об абразивные частицы, подаваемые в зону трения и прижимаемые к образцу вращанэщймся резиновым роликом. В качестве эталона использовали образцы из стали 45 (согласно ГОСТа), а абразива - электрокорунд зернистостью 1.6-П по ГОСТ .3647-8.0. Износ определяли по разности масс образцов до и после испытания, коэффициент относительной износостойкости (Ки) рассчитывали по формуле:

. .

v - 9э Ри NH . .-

.,;.Ки ди-рэ-ыэ - ; ;... ;;.:

где 9э. 9и - среднее арифметическое значение потери Массы эталонных и исследуемых образцов, г; . - , ;. , ,

РЭ , ри плотности эталонного и исследуемого образцов,т/см3; -,..... ......

N3, NM - количество оборотов ролика при испытаниях эталонного и исследуемого

ОбраЗЦОВ.,- Г. ; Х-----; - - -. ..;. . : .. : ,

Производственные испытания лопастей проводили в условиях литейного цеха производственного объединения Волжскпрод- маш. Лопасти испытывали на дробеметных аппаратах модели завода Амурлитмаш. В

табл.2 приведены значения износостойкости, жидкотекучести чугунов и стойкости лопастей в рабочих условиях.

Как видно из табл.2, предлагаемый чугун для лопастей дробеметных аппаратов существенно превосходит известный по жидкотекучести и износостойкости, а лопасти из него имеют более высокую стойкость при эксплуатации.

Полученные результаты достигнуты за счет дополнительного легирования чугуна никелем и сурьмой, а также корректировки всего состава с плава, что позволяет эффективно управлять процессами первичной и

вторичной кристаллизации чугуна и получать благоприятную структуру с высокими свойствами. .;..-...

Формул а изо бретени я Чугун для лопастей дробеметных аппаратов, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, медь и железо, о т л и- ч а го щ и й с я тем, что, с целью повышения жидк отекучести и износостойкости, он до- полнитёльно содержит никель и сурьму при следующем соотношении компонентов, мас.%:

. Углерод2,5-3,8 Кремний 0,6-1,4 Марганец ..... 0,8-2,1 Хром : . 18-28 Титан 0,2-1,0 Медь . . 0,4-1,5 .

. Никель : 0,4-1,2 Сурьма 0,013-0,025 Железо Остальное

Т а б л и ц а 2