Чугун

Союз Советскид Социалистическик РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ИТОЗЬСТВУ(23) ПриоритетГосударственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54 ) ЧУГУН Изобретение относится к металлур гии, в частности к составу чугуна, обладающего повышенной абразивной стойкостью при температурах от 0 до 200 С для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного износа, например, сопел для пескоструйных камер или дробеметных лопаток.10Известен чугун 1) следующего химического состава, вес.%:Углерод 3,0"3,2Кремний 2,9-4,11Марганец 0,6-1,5Никель 0,15-0,25 15Хром О, 08-0,35Титан 0,1-0,15Магний О, 01-0, 02 Церий 0,17-0,20Железо ОстальноеОднако этот чугун имеет недостаточную твердость (НВ 180-240 кг/мм) и низкий предел текучести (16 кг/мм"), . что отрицательно влияет на абразивную стойкость.Известен также чугун 2, имеющий химический состав, вес.В:Углерод 2,7-3,8 Кремний 15"4,0 30 Марганец . 3,5-6,0 Хром 1,0-4,0Медь 0,5-2, О Титан 0,05-0,5 Железо Остальное Однако известный чугун предназначен для изготовления вытяжных штампов холодной листовой штамповки и имеет низкую абразивную стойкость и недостаточную твердость из-эа наличия меди. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является чугун 3) следующего состава, вес.,й:Углерод 2,6-3,0Кремний 2,7-3,2 Марганец 3,0-4,5Магний 0,04-0,05 Железо ОстальноеОднако чугун имеет следующие меха.ческие свойства:Предел прочности приизгибе, кг/мм 30-34Твердость в литомсостоянии по Бринеллю,кг/мм 240-290Твердость в закаленном состояниипо Роквеллу, кг/мм 40-42Однако стойкость сопел для пескоструйных камер иэ известного чугуна, составляет 6-8 ч непрерывной работы. Такая стойкость недостаточна и снижает производительность оборудования из-за потерь рабочего времени на замену изношенных сопел. и требует затрат на их изготовление.Кроме того, известный чугун имеет перлитно-феррнтную структуру, которая определяет меньшую абразивную стойкость. Для закалки чугуна требуются высокие скорости охлаждения, которые вызывают большие термические напряжения и образование трещин к чугунных изделиях.Цель изобретения. - увеличение срока службы сопел за счет повышения абразивной стойкости "и твердости чугуна в интервале температуры 0-200 СПоставленная цель достигается тем, что в состав чугуна, содержащего углерод, кремний, магний, марганец, железо дополнительно вводится хром, алюминий, титан, никель и бор при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:Углерод 2 9-3,5Кремний 1,7-2,6Марганец 6,0-7,5Магний 0,03-0, 06Хром 0,5-1,0Алюминий О, 1-0,5Титан 0,1-0,25Никель О, 1-0,5Бор 0,01-0,05Железо ОстальноеЛегирование.чугуна способствует заметному улучшению сопротивляемости отливок абразивному износу. При этом улучшение износостойкости чугуна достигается за счет воздействия легирующих добавок на природу как высокоуглеродистой фазы, так и металлической матрицы.Присадка малых количеств алюминия и титана (до 0,1-0,5) стимулирует процессы графитизации в чугуне, что повышает его антифрикционные свойства.Для иэносостойкости сопел в чугун введены небольшие добавки никеля и хрома, которые способствуют образованию в литой структуре равномерной дисперсной структуры феррита и карбида и стабилизирующие ее свойства при механическом и тепловом воздействии.Магний и бор образуют специальные карбиды, которые являются тугоплавкими, формируются еще в жидком метал ле и служат зародышами в процессе последующей кристаллизации. Комплексное легирование марганцем. и алюминием способствует повышению износостойкости отливок в образивных средах. Сочетание алюминия имарганца 1:(1,5-25) позволяет получить чугун с высокой иэносостойкостью.Эффективность влияния процессалегирования серого чугуна на износостойкость отливок заметно повышается (на 35-40) при проведении нормализации (нагрев до 900-950 С, выдержка в течение 20-40 мин с последую щим охлаждением на воздухе).Нормализация исправляет перлитноферритную структуру в перлитнуюструктуру матрицы. Цель нормализацииобразование дисперсных фаз, она регулирует количество карбидной фазы вчугуне и степень легирования твердого раствора, что повышает твердостьчугуна. По повышению твердости чугуна можно устанавливать степень повышения его износостойкости. Сочетание26 марганца с алюминием, никеля с хромом,магния, титана и бора наделяют серыйчугун после термической обработки(нормализации) наиболее высокими параметрами износостойкости, чем при25 других известных сочетаниях легирующих добавок.Микроструктура, возникающая вчугунных отливках после нормализации,наиболее полно удовлетворяет требованиям, которые предъявляются кструктурам износостойких сплавов.Для получения чугуна указанногосостава металл выплавляют в индукционной печи ИСТ,16 с кислой футеровкой, Легирующие элементы никель,феррхром, ферротитан, феррборал вводят в жидкую ванну. Магний вводят ввиде лигатуры алюминий - магний вковш эа 2-3 мин до разливки чугуна,производя одновременно раскисление40 алюминием, после чего в ковш вводятдробленный ферросилиций.Температура перегрева чугуна 14601490 С, температура заливки формлитья по выплавляемым моделям 12801330 С.В табл. 1 приведены для сравнениясплавы с различным содержанием компонентов, в табл.2 - физико-механичес-,кие свойства чугунов в литом и термо 50 обработанном состоянии, а также абразивный износ сопел,Испытания чугуна известного состава (Р 1) показывают стойкость сопел в литом состоянии в течение б ч непре рывной работы, а после термообработки - в течение 10 ч. При этом вес деталей из-за абразивного износа снижается на 120 г, т.е. часовой износ сопел в литом состоянии состав - ляет 20 г, а после термообработки - 12 г. Для сравнения полученная износостойкость известного чугуна состав 91 принята за еденицу789624 Таблица 1 Содержание компонентов, вес.% Состав чугуна С 5 Мо М Сг АТ 1 М В Ге Остальное Известный 3 2,8 1,7 2,1 2,6 4,15 6,2 6,8 7,5.0,1 0,1 0,19 0,17 0,18 0,25 0,1 0,01 То же 0,95 0,96 1,00 0,75 0,5 0,03 0,350,320,340,5 Предлагаемый 0,03 0,02 0,05 1,751,7 6,0 6,1 1,76 бу 4 2,0 7,3 1,5 5,5 0,47 0,96 0,77 0,75 0,010,015 0,40 0,13 0,11 Известный11 и 2 2,7 7,4 0,38 Таблица 2 Относительнаяизносостойкость Абразивный износ, г/ч Твердость (Н 8) в закаленном состояниию кг/мм Предел прочночти при из гибе,бингкг/мм Послезакалки Литоесостояние Послезакалки Литое . состо- яние Состав чугуна Литое После состоя закалние ки Известный 31 Р 1 В 21,0 280 305 305 415 32,1 36,4 440 310 325 315 Предлагаемый М 4 475 450 460 330 340 350 375 320 285 Известный 111 и 121 6,0 7,0 6,0 290 295 300 910 50 Предлагаемый чугун содержит компо ненты на нижнем (состав Р 2), среднем (состав В 3) и верхнем (состав Р 4) пределах.Чугун с нижним пределом содержания компонентов имеет свойства выше на 10-15 и износостойкость в 3-4 раза выше по сравнению с известным чугуном. и твердости в интервале температуры 0-200 фС, а также увеличения срока службы сопел, .он дополнительно содержит хром, алюминий, титан, никель и бор при следующем соотношении компонентов, вес,Ъ:УглеродКремнийМарганецМагнийХромАлюминияТитанНикельБорЖелезо ЬО формула изобретения Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, магний и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения абразивной стойкости 65 9 1 2,75М 2 2,85Р 3 3,159 43,595 2,8В 6 2,819 7 3,2М 8 2,359.9 2,65910 3, 75 37,1 37,8 37,3 37,6 32,4 33,6 33,835,4 38,2 45 ъ 5 47,6 48,347,9 48,1 39,2 41,4 42,6 43,7 0,05 0,03 0,05 0,06 0,03 0,03 0,04 0,045 0,03 0,05 ТвердостьЗаказ 9005/31 Тираж 694 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 4 Ф 1334, кл. С 22 С 37/10, 1974.2. Авторское свидетельство СССР 9 532654, кл. С 22 С 37/06, 1977.3. Авторское свидетельство СССР У 492585, кл. С 22 С 37/00, 1975.