Чугун

О П И С А Н И Е,)УЩОЩИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(088.8) юллетеньло делам изобретений и открытий45) Дата опубликования описания 07.11.8 2) Авторы изобретения и Н. В. Бычко пасский, В. А. Грачев, А, И. Небо Пензенский политехнический 71) Заявитель исти(54) ЧУГ 0,2 - 0,3 0 002 - 0 00 Остальное войства: юминии 0 -45 - 55 40 - 45 на является свойств 21 химического 10 1,6 - 3,0,15 - 2,05,0 - 15,05,0 - 12,00,1 - 0,50,2 в 1,0тальноееет следую 0 2,1 - 2, 1,5 - 2, 10 - 16 25 6,Изобретение относится к металлургии, в частности, к изысканию составов чугунов, характеризующихся высокой износостойкостью и применяемых для изготовления лопаток дробеметных аппаратов деталей шаровых мельниц и т. д.Известны износостойкие чугуны, используемые для отливок деталей металлургического, машиностроительного и другого оборудования, содержащие такие легирующие элементы, как марганец, медь, хром, азот и железо. Однако химический состав указанных чугунов не обеспечивает получение аустенитной структуры и наличие термообработки как обязательной операции приводит к разложению карбидов и образованию углерода отжига, что значительно ухудшает их износостойкость в условиях износа и истирания, например, для мельничных шаров, роликов, бандажей дробильных валков, лопаток дробеметных аппаратов.Известен 1 чугун следующего химического состава, вес. %:Углерод 7 Кремний 0МарганецХром 8 - 14 ЖелезоЧугун имеет следующие сПредел прочности приразрыве, кгс/ммПредел прочности приизгибе, кгс/ммаТвердость НКСНедостатком известного чугу низкий уровень механическихИзвестен чугун следующегоостава, вес. %:УглеродКремний 0МарганецХромБорТитанЖелезо ОсЧугун в литом состоянии им щие свойстваПредел прочности приизгибе, кгс/ммСтрела прогиба при расстоянии между опорами300 мм, ммТвердость НКС3,5 2,0 2,2 16,0 57,0 3,0 62,8 24,2 180 0,060,05 0,03 0,03 0,24 0,29 0,29 0,5 2,6 3,0 21,5 25,0 6,79,98 57,9 59,0 2,4 2,7 65,1 21,0 67,0 19,1 4,2 4,0 215 220 Известный чугун (3) Осталь-52,0 - ное55,0 2,2 -3,0 0,6 -1,8 0,0 -0,1 0,2 -0,5 58,0 в 29,4 62,0 2519 10,0 -14,0 До 0,1 137 Недостатком такого чугуна является низкая твердость.Наиболее близкий к изобретению по технической сущности и достигаемому результату чугун следующего химического состава 3, вес. %:Углерод 2,2 - 3 Кремний 0,6 в 1,8 Марганец 1 - 14 Хром 0,2 - 0,5 Никель 0,2 - 0,5 Ванадий 0,2 - 0,35 Железо ОстальноеДостаточно низкие механические свойства, недостаточно высокая твердость и способность к наклепу зерен металла ограничивают его применение в условиях ударно- абразивного износа.Это обусловлено тем, что легирование марганцем чугунов с определенным содержанием углерода и кремния вызывает появление в его составе эвтектики карбидной кремнийсодержа щей фазы - силикокарбида. Пониженное содержание марганца и кремния в чугуне приводит к уменьшению доли силикокарбида в участках тройной эвтектики и к увеличению в микроструктуре доли кристаллов избыточного аустенита и ледебурита, что отрицательно сказывается на микротвердости основной металлической матрицы. Кроме того, указанное количество марганца не обеспечивает в полной мере перехода решетки марганцовистого аустенита из кубической формы в гексагональную с более плотной упаковкой атомов, что приводит в конечном итоге к заниженному количеству твердых зерен в металлической основе и к увеличению возможности их перемещения. Из приведенных в таблице данных видно, что механические и эксплуатационные свойства предлагаемого чугуна превосходят те же показатели известного чугуна 4При изготовлении известного 3 чугунаможно повысить механические свойстваматериала, создать условия для полученияхорошей воспроизводимости марганцови 5 стого аустенита к наклепу, посколькупоследний имеет значение для увеличенияизносостойкости только тогда, когда созданные в процессе работы наклепанныеместа все время заменяются новыми, и10 уменьшить свободную деформацию основы.Цель изобретения - повышение механических свойств и износостойкости,Для достижения указанной цели в известный чугун, в состав которого входят15 углерод, кремний, марганец, хром и железо, дополнительно вводят азот и бор, приследующем соотношении компонентов,вес. %:Углерод 2,0 - 3,0Кремний 2,2 - 2,7Марганец 16,0 - 25,0Хром 3,5 - 10,0Азот 0,2 - 0,3Бор 0,1 - 0,4Железо ОстальноеПосле выплавки в индукционной высокочастотной печи получают чугун, которыйобладает следующими свойствами:Предел прочности на изгиб,кгс/мм 2 57 - 59Стрела прогиба зво, мм 3,0 - 4,2Твердость по Роквеллу 62,8 - 67,0Износостойкость, мг 19,1 - 24,2Стойкость при работе в дро 35 беметном аппарате марки323, ч 180 в 2Полученные результаты приведены втаблице. Для сравнения в таблице приведены состав и свойства известного чугуна,Механическая и эксплуатационная характеристика40 31. Это дает возможность изготавливатьиз предлагаемого чугуна детали, обладающие повышенной надежностью и долговечностью в работе.Редактор Л, Ушакова Заказ 2715/7 Изд.583 Тираж 698 Подписное НПО с;Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2 Получение требуемых свойств достигается лишь при определенном процентном соотношении компонентов чугуна.Так наличие в чугуне 16,0 - 25,0% Мп изменяет условия равновесия системы 1.е - С - Я таким образом, что в процессе кристаллизации на образование аустенита расходуется меньшее количество кремния, а высвободившийся кремний при его объемном количестве 2,2 - 2,7% и содержании 2,0 - 3,0% углерода вызывает формирование силикокарбида в достаточном количестве, что способствует увеличению количества тройной эвтектики и повышению в конечном итоге микротвердости матрицы. К тому же используется полностью эф- фект замещения железа марганцем в силикокарбиде, что приводит к повышению твердости этой структурной составляющей. Указанное количество марганца также обеспечивает переход решетки марганцовистого аустенита в гексагональную форму, что благоприятно сказывается на микро- твердости и воспроизводимости к наклепу металлической основы,Положительный эффект от внедрения атомарного азота заключается в том, что он, будучи внедренным в октаэдрические поры у-железа, способствует увеличению эффекта взаимодействия поля напряжений скользящей дислокации с полем искажения ионизированных атомов азота, что приводит к увеличению механических характеристик, Указанное содержание азота (0,2 - 0,3 вес. % ) обеспечивает получение эффекта взаимодействия достаточного количества ингредиентов для повышения твердости металлической основы. Дальнейшее увеличение содержания азота свыше 0,5 вес. % приводит к ухудшению прочностных свойств вследствие появления пористости по всему сечению отливками.Положительный эффект от внедрения бора заключается в том, что он внедряется,в решетки марганца и хрома ввиду малого атомного радиуса, что дает дополнительное увеличение износостойкости. Однако содержание бора не должно превышать 0,4%, так как уже при содержании бора около 0,5% (см. таблицу) происходит резкое сни 10 15 20 25 30 35 40 жение ударной вязкости, сопровождающейся снижением износостойкости.Повышение прочностных характеристик предлагаемого чугуна по сравнению с известным (предела прочности на изгиб на 5 кГс/мм, стрелы прогиба на 1,2 мм, твердости по Роквеллу на 4,8 - 5,0 ед,) и повышение износостойкости в 1,34 раза и эксплуатационной стойкости в 24 раза, позволяют получить более качественные отливки рабочих деталей дробеметных аппаратов, в частности лопаток. Кроме того, использование полученного чугуна взамен известного дает экономический эффект исходя из расходов на материалы, заработной платы (основной и дополнительной) производственных рабочих, цеховых расходов и расходов на содержание и эксплуатацию оборудования, а также стоимости замены и монтажа лопаток в сумме 1080 руб/год при работе на проходной дробеметной камере мод, 323.Технология выплавки указанного чугуна не меняется по сравнению с технологией, используемой для известного сплава. Чугун содержащий углерод, кремний,марганец, хром и железо, отличающийс я тем, что, с целью повышения механических свойств и износостойкости, он дополнительно содержит бор и азот приследующем соотношении компонентов,вес. %:Углерод 2,0 - 3,0Кремний 2,2 - 2,7Марганец 16,0 - 25,0Хром 3,5 - 10,0Бор 0,1 - 0,4Азот 0,2 - 0,3Железо ОстальноеИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР459527, кл. С 22 С 37/06, 1972.2. Авторское свидетельство СССР498350, кл. С 22 С 37/06, 1974.3, Авторское свидетельство СССР417522, кл. С 22 С 37/00, 1971,