Износостойкий чугун

(5 ц 4 С 22 С 37 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Ч ь АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ИДЕТЕЛЬСТ К АВТОРСКО 386/23-02.88. Бюл.27льский литейный завод Цен М. И. Карпенко,(57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве шаров размалывающих мельниц. Цель изобретения - повышение ударно-абразивной стойкости при температурах от 0 до 50 С. Чугун содержит, мас.00: С 2,5 - 3,3; Я 1,5 - 2,6; Мп 1,1 - 3,2; Сг 4,5 - 6,5; 2 г 0,02 - 0,08; Са 0,02 - 0,06; М 0,03 - 0,12; А 1 0,2 - 1,5; В 0,02 - 0,08; Се или Мд 0,03 - 0,07; нитриды ванадий 0,05 - 0,18; Ге - остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна Се или Мд, а также ввод ванадия в виде нитридов обеспечили повышение ударно-абразивной стойкости в 1,51 - 2,74 раза при ОС и в 1,83 - 2,43 раза при - 50 С. 2 табл,5 10 5 25 30 20 35 40 45 50 55 сИзобретение относится к металлургии,в частности к разработке составов чугунадля деталей, работающих в условиях отрицательных температур.Цель изобретения - повышение ударноабразивной стойкости чугуна при температурах от 0 до - 50 С.Выбор граничных пределов содержаниякомпонентов в чугуне предлагаемого составаобусловлен следующим.Дополнительное введение нитридов ванадия в количестве 0,05 - 0,18 мас.% микролегирует металлическую основу, повышаетхладостойкость и стабильность структуры,упрочняет хромистую эвтектику и повышаетударно-абразивную стойкость п ри низкихтемпературах, Концентрация нитридов ванадия принята от содержания 0,05 мас.%, прикотором существенно повышается ударноабразивная стойкость при температурах до- 50 С, и ограничено содержанием, вышекоторого снижается ударная вязкость и эксплуатационная стойкость,Цирконий в количестве 0,02 - 0,08 мас,%измельчает хромистую эвтектику, модифицирует и упрочняет матрицу, повышает ее твердость и способствует повышению ударноабразивной стойкости при температурах- 50 С, При содержании циркония более0,08 мас.% снижаются ударная вязкость иударно-абразивная стойкость при низкихтемпературах.Кальций очищает границы зерен, измельчает структуру в количестве 0,02 -0,06 мас.% способствует повышению ударноабразивной стойкости при низких температурах, Возможность увеличения концентрации кальция более 0,06 мас.% ограниченаего низкой растворимостью в матрице принизких температурах,Выведение металла из группы, содержащейцерий и магний в количестве 0,03 -0,07 мас.%, модифицирует чугун и повышает твердость и ударно-абразивную износостойкость. Оптимальное содержание церияили магния в чугуне определено экспериментально. При концентрации их до0,03 мас.% модифицирующий эффект и повышение твердости и износостойкости незначительны, а при концентрации более0,07 мас,% увеличивается хрупкость и снижается эксплуатационная стойкость при низких температурах.Содержание основных компонентов (углерод 2,5 - 3,3 мас.% и кремний 1,5 - 2,6 мас.%принято из опыта производства износостойких чугунов с повышенной ударно-абразивной стойкостью при низких температурах и ограничено содержанием, выше которых снижается твердость, укрупняетсяструктура и уменьшается динамическая прочность.Содержание основных легирующих компонентов (хром 4,5 - 6,5 мас.%, марганец1,3 - 3,2 мас,% и алюминий 0,2 - 1,5 мас.%) обеспечивает достаточно высокие характеристики твердости и ударно-абразивной износостойкости, а при увеличении их концентрации выше верхних пределов, существенно снижается ударная вязкость и увеличивается модуль упругости, что приводит к снижению эксплуатационной стойкости при ударно-абразивном износе при низких температурах.Азот снижает модуль упругости, воздействует на упрочнение матрицы и повышение ударно-абразивной стойкости при низких температурах. При концентрации азота до 0,03 мас.% его влияние незначительно. а при концентрации его более 0,12 мас.% увеличивается содержание неметаллических включений, снижаются ударная вязкость и ударно-абразивная стойкость.Бор в количестве 0,02 - 0,08 мас.% измельчает и стабилизирует структуру, способствует повышению эксплуатационной стойкости и снижению износа при низких температурах. Увеличение концентрации бора более 0,08 мас.% приводит к усилению графитизирующего влияния бора на структуру и снижению износостойкости чугуна при низких температурах.Опытные плавки износостойких чугунов проводят дуплекс-процессом коксо-газовая вагранка - индукционный миксер, Азотированный феррохром, ферромарганец, силикохром, сплав циркония, нитриды ванадия, ферробор и силикокальций присаживают в миксер, а металл из группы, содержащей церий и магний, в раздаточные ковшиавтоклавы при 1420 - 1430 С, Технологические пробы и износостойкие отливки получают в сухие жидкостекольные формы В табл. 1 приведен химический состав чугунов опытных плавок. Содержание компонентов определяют химическим анализом. Для определения содержания нитридов ванадия химическим методом используют осадок, выделенный из чугуна электролитическим методом, отделенный от раствора центрофугированием при 4000 - 4500 об./мин и помещенный в аппарат Кьельдаля. Усвоение компонентов в чугуне составляет, нитриды ванадия 76 - 87; цирконий 83 - 88; церий 68 - 75; магний 47 - 52; кальций 55 - 59.В табл. 2 приведены данные о механических свойствах и эксплуатационной стойкости износостойких чугунов опытных плавок, Сравнительные испытания на ударно- абразивный износ проводят при температуре 0 - 30 и - 50 С при ударе контробразцом через абразивную ленту, изготовленную из тканевой шлифовальной шкурки с абразивным материалом из нормального электрокорунда зернистостью 16-П, нанесенным эле трическим методом на тканевой основе из особо легкой саржи на мездровом клее. Эксплуатационную стойкость шаров мельниц1411351 2,5 - 3,3 1,5 - 2,6 1,1 - 3,2 4;5 - 6,5 0,02 - 0,08 0,02 - 0,06 0,03 - 0,12 0,2 в 1,5 0,02 - 0,08 10 Формула изобретения Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, цирконий, кальций, азот, алюминий, бор и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения ударно-абразивной стойкости при 15 0,03 - 0,07 0,05 - 0,18 Остальное Таблица 1 Содержание компонентов в чугуне, мас. Е, состава Компонен 3 4 5 известный) 2,95 2,5 3,3 3,3 2,9 3,7 Углерод 2,6 1,9 1,8 2,6 1,5 2,5 Кремний 2,5 3,2 2,5 3,2 1,5 Марганец 1,42 0,85 0,2 0,85 0,2 1,5 Алюминий 4,5 6,54 0,9 Хром Нитриды ванадия 0,18 0,18 0,1 0,05 0,1 0,05 0,02 0,05 0,08 0,02 0,08 0,2 0,05 Цирконий 0,06 0,06 0,02 0,05 0,05 0,02 Кальций 0,07 0,03 0,05 Магний 0,08 0,06 0,06 0,08 0,02 0,02 0,3 Бор 0,05 0,07 0,03 Церий 0,22 0,06 0,12 0,03 0,06 0,12 0,03 АзотЖелезо Осталь- Осталь- ОстальОсталь- Остальное ное Осталь- Остальное ное ное ыое ное ФИзвестный чугун содержит, 7.: Т. 0,2; Ч 0,25; Си 0,15, нитриды алюминия 0,1,бориды кальция 0,07, бориды лантана 0,03,и лопастей дробеметных аппаратов получают при испытании в производственных условиях при ударно-абразивном износе при - 20 С,Как видно из табл. 2, дополнительный ввод в состав чугуна церия или магния, а также ванадия в виде нитридов обеспечивает повышение ударно-абразивной стойкости (снижает ударно-абразивный износ) в 1,5 - 2,74 раза при 0 С и в 1,83 - 2,43 раза при - 50 С. температурах от О до - 50 С, он дополнительно содержит один элемент из группы,содержащей церий и магний, а ванадий содержится в виде нитридов при следующемсоотношении компонентов, мас.:УглеродКремнийМарганецХромЦирконийКальцийАзотАлюминийБорОдин элемент из группы,содержащей церий имагнийНитриды ванадияЖелезо1411351 Таблица 2 врастав Ударная Отно си- тельная Эксплуатационнаястойкость, ч угуна износостойвязкость 1 Щк/м 2 приизгибе 0 -30 -50 Шаров Лопастеймельниц аппаратов кость 420 317 121 163 50 0,25 4,9 85 634 55 0,38 6,1 54 70 89 612 423 56 756 59 0,43 8,7 35 73 452 67 720 63 0,39 9,5 31 49 762 457 58 0,36 6,3 56 65 0,41 8,9 39 626 90 632 419 71 708 61 72 446 750 735 66 0,38 9,7 36 70 451 757 Составитель Н. КосторнойРедактор Н. Яцола Техред И. Верес Корректор С. ЧерниЗаказ 3622/25 Тираж 594 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно.полиграфицеское предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Пределпрочности Твердость, НЕС Ударно-абразивный износ, мг/гс, при температуре, С