Износостойкий чугун

ЮЗ СОВЕТСКИХЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 94 РЕСПУБЛИК9) .Ы 3. ц 5 С 22 СЗ И ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ риалам, работающим в услоьиях кавитационно-эрозионного воздействия жидких сред с абразивом и больших динамических нагрузок, например, насадки буровых гидромониторных долот, Цель изобретения повышение кавитационно-эрозионной стойкости, ударно-усталостной прочности и сопротивления хрупкому разрушению чугуна в условиях воздействия жидких сред с абразивом и больших динамических нагрузок, Предложенный чугун содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, ниобий, кобальт, вольфрам, кальций и железо при следующем соотношение ингредиентов, мас,о. углерод 3,0- 4,0; кремний 1,0 - 2,0; марганец 1,0-1,5; хром 15 - 30; никель 2,0 - 3,0;1 молибден 1,0 - 2,5; ванадий 1,0-1,5, ниобий 0,01-0,1; кальций 0,01 - 0,1; кобальт 1,0 - 1,5; вольфрам 0,1 - 0,3, железо - остальное. 2 табл,Изобретение от таллургии и может б изготовления машин ющих в условиях кав го воздействия жидк больших динамичесх насадки буровых дол ой мено для к чернльзовзмов,о-э розабразок, на осится ть испо и механи тационн х сред с х нагруз работа- ионноивом и пример ретения но-э роз ной про раз руш я жидки ически ержащи ец, хро является повыше- ионной стойкости, чности и сопротивению чугуна в услох сред с абразивом х нагрузок.й железо, у м, молибден Целью изоб ние кавитацион ударно-усталост пения хрупкому виях воздействи л больших динам В чугун, содглерод, , ванаГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРК 1076483, кл. С 22 С 37/10, 1984.РЖ Металлургия М б, 1987, 4522 П, заявка Японии 61-157655,(57) Изобретение относится к черной металлургии, в частности к износостойким матедий, ниобий, кобальт,дополнительно введенсодержание ингредиенследующих соотношениУглеродКремнийМарганецХромНикельМолибденВанадийНиобийКальцийКобальтВольфрамЖелезо ольфрам и железкальций, при этомов должно бытьях, мас.Я,;3,0-4,01,0 - 2,01,0-1,515-302,0-3,01,0 - 2,51,0-1,50.01 - 0,10,01 - 0,11,0-1,50,1 - 0,3ОстальноеТакой состав чугуна позволяет снизить кавитационную эрозию, насадок в процессе работы и повысить их сопротивляемость расколам.Наличие кобальта и вольфрама в высо кохромистом чугуне, содержащем комплекс карбидообразующих элементов (молибден, ванадий, ниобий), существенно повышает его кавитационно-эрозионную стойкость, ударно-усталостную прочность и сопро тивление хрупкому разрушению за счет образования интерметаллидных фаз и частичного растворения их в твердом растворе. Кобальт и вольфрам, введенные в укаэанных пределах, участвуют в образовании ин терметаллидных фаз типов (г е, Со)7(В/, Мо)6 и (Ге, Ю, СО)2 (Мо, Ю), которые являются более дисперсными и более равномерно распределяются в твердом растворе, чем присутствующие в чугуне карбидные фазы 20 типов М 7 Сз, М 2 зС и МбС. Это приводит к перераспределению соотношения карбидных и интерметаллидных фаз в сторону увеличения количества интерметаллидов (приблизительно в соотношении 2;1) и 25 способствует значительному повышению кавитационно-эрозионной стойкости, ударно-усталостной прочности и сопротивлению хрупкого разрушения, Повышению кавитационно-эрозионной стойкости также спо собствует упрочнение твердого раствора за счет легирования его кобальтом и вольфрамом.П р и м е р, Выплавка чугуна производилась в высокочастотной установке ЛГПЗ35 посредством расплавления шихтовых материалов. Расплав разливался в оболочковые формы, Изготовление насадок из чугуна для стендовых испытаний производилось методом литья по выплавляемым моделям, 40Исследованию и испытаниям подвергались пять составов чугуна, которые приведены в табл.1. В этой же таблице приведен состав чугуна, принятого эа прототип, который был исследован в идентичных условиях. 45Результаты исследования механических и эксплуатационных характеристик чугунов приведены в табл.2.Испытания чугунов на кавитационноэрозионную стойкость производились на 50 образцах размером 12 х 20 мм на специализированном стенде ВНИИБТ при скорости истечения абразивной жидкости (7 л воды+ + 140 г песка), равной 35 л/с.Испытания состояли в прокачивании че рез насадки бурового раствора, содержащего абразивные включения. Испытания проводились в специальном приспособлении - насадкодержателе, имитирующем долото и присоединенном к напорной линии буровых насосов,Насадкодержатель на бурильных трубах опускался в скважину на глубину 20 м, что обеспечивало подпор около 0,25 МПа. Применялась промывочная жидкость с удельным весом 1,12 - 1,16 г/см, вязкостью335 - 60 и с объемным содержанием кварцевого песка не менее Зо/,. В процессе испытаний расход выбирался таким образом, чтобы обеспечить перепад давлений на насадках в пределах 5 - 8 МПа,Через каждые 5 ч промывки испытуемые насадки извлекались и исследовались, При исследовании регистрировались вес с точностью до 0,01 г.- диаметр входного отверстия в 3-х сечениях с точностью 0,1 мм, - средний темп износа насадок, - характер наблюдаемого износа на внутренних и наружных поверхностях насадок,Контрольное время испытаний - 30 ч.Результаты испытаний гидромониторных насадок из высокохромистых чугунов представлены в свободной табл.2.Из данных табл, 2 следует, что технические преимущества заявленного чугуна по сравнению с прототипом заключаются в снижении величины кавитационной эрозии и повышении ударно-усталостной прочности. Износостойкость гидромониторных насадок из заявленного чугуна в условиях воздействия сред с абразивом и больших динамических нагрузок повышается более чем в 1,5 раза. Повышение уровня свойств объясняется введением в состав чугуна кальция в количестве 0,01 - 0,1 О и оптимальным сочетанием в высокохромистом чугуне карбидо и интерметаллидообразующих элементов: молибдена, ванадия, ниобия, вольфрама, кобальта, никеля, Введение этих элементов в указанных пределах приводит в присутствии кальция к перераспределению соотношения карбидных и интерметаллидных фаз в сторону увеличения количества интерметаллидов (приблизительно в соотношении 2:1), которые являются более дисперсными и более равномерно распределенными в твердом растворе, чем присутствующие . карбидные фазы типов МетСз, Ме 2 зС 6 и МебС, Это способствует значительному повышению кавитационно-эроэионной стойкости, ударно-усталостной прочности и сопротивлению хрупкого разрушения. Повышению кавитационно-эроэионной стойкости также способствует уп рочнение твердого раствора за счет частичного растворения в нем кобальта, вольфрама, мо. либдена.1694682 Таблица Хиыичесхнй состав исследованных чугунов Редло енный1 2,5 г 3,0 3 3,54,0,008 0,80 0,0 0,01 1 0 О, 0,05 1,25 0,2 0,10 1,50 03 О 15 1 80 0 5 1,5 0,752,0 1,02,5 17 Ь3,0 2,Ь35 2,7 0,5 05 14 1,0 1,0 15 1525 22 2,0 1,5 30 0,70 0,08 1,0 0,01 1,25 005 1,5 0,10 СстальноТо ве1 2,Ь ротон) 54 1,17 г2 0,05 0,2 1 1Свойства исследованных чугунов бли Составитель Н, Ш Техред М.Морген питькл едактор иетов ктор В, Гирня Заказ 4132 ВНИИПИ Госуд Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Введение указанных легирующих элементов в количествах меньших нижнего предела приводит к снижению эрозионнокавитационной стойкости, а их увеличение выше заданного уровня - к снижению ударно-усталостной прочности.Из данных табл.2 следует, что технические преимущества заявленного чугуна по сравнению с прототипом заключаются в снижении величины кавитационной эрозии и повышении ударно-усталостной прочности и предела прочности при сжатии, При этом стойкость гидромониторных насадок Из заявленного чугуна повышается более, чем в 2 раза.формула изобретен ия Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, ниобий, кобальт, вольфрам ижелезо, отл ича ющийся тем,что, с целью повышения кавитационно-эроэионной стойкости, ударно-усталостной прочности и сопротивления хрупкому разрушению в условиях воздействия жидких 5 сред с абразивом и больших динамическихнагрузок, он дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас. :Углерод10 КремнийМарганецХромНикельМолибден15 ВанадийНиобийКальцийВольфрамКобальт20 Железо 3,0-4,01,0 - 2,01,0-1,515 - 302.0-3,01,0-2,51,0 - 1,50,01 - 0,10,01-0,10,1 - 0,31,0-1,5Остальное