Чугун для лопастей дробеметных аппаратов

(51)5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(54) ЧУГУН ДЛЯ ЛОПАСТЕЙ Д НЫХ АППАРАТОВ(57) Изобретение относится к чер лургии, а именно к разработке с гунов для лопастей дробеметных работающих в условиях абразивн но-дбрэзивноГО изндшивдния. изобретения; чугун с повышенно кучестью и износостойкостью компоненты, мас.;: углерод 2.5 ний 0,6-1,4, марганец 0,8-2,1;28,0; титан 0,2 - 1,0; медь 0,4- 0,4-1,2; сурьма 0,013 - 0,025; жел ное, 2 табл. из этого состава донем большое содер- ж Кроме этого, лопастивольно хрупки, так какжание кремния.Известен чугун, соты при следующем соУглеродКремнийМарганецХромМолибденВанадийБорЧугун обладает низносостойкостью прВысокое содержаниезованию боридов, чтна свойствах отливокванадия резко ухудсплава,Известен чугун, кпри изготовлении дет дер ащии компонентношении, мас.0:2,5-3,51,51,5 20-30 1,5 - 5,0 0,3-2,0 0,1 - 0,5достаточно высокойвысокой стоимости.ора приводит к обравредно сказывается Высокое содержание ает жидкотекучесть оторый используетсялей дробеметных ап(56) Авторское свидетельство СССРМ 755880, кл, С 22 С 37/06, 1978,Патент Японии М 59-9516,кл, С 22 С 37/06, 1984,Авторское свидетельство СССРМ 1583458, кл. С 22 С 37/06, 1988,Авторское свидетельство СССРМ 1425245, кл. С 22 С 37/10, 1986,. Изобретение относится к чернои металлургии, а именно к разработке составов чугунов для лопастей дробеметных аппаратов,работающих в условиях абразивного и ударно-абразивного изнашивания.Известен чугун, используемый для деталей дробеметного оборудования, содержащий следующие компоненты, мас.%:Углерод 2,3-2,8Кремний 3,5-6,0Марганец 3,0-6,0Хром 17,0-21,0Один элемент из группы, содержащей бор,титан 0,1-.3,3Железо ОстальноеНедостаток - сравнительно невысокаяабразивная и ударно-абразивная стойкость,связанная с наличием значительного количества остаточного аустенита, обусловленного высоким содержанием марганца. РОБЕМЕТ- ной метал- ОСТдВОВ ЧУ- аппаратов, ого и удар- Сущность й жидкотесодержит -3,8; крем- хром 18.0- ,5; никель езо осталь 3 1788069 4паратов"и сцелью" повышения ударно-абра- нообразования из-за высокого содержаниязивной стойкости содержит компоненты ванадия.при следующем соотношении, мас.ь : . Кроме этого, процесс выплавки извест-,Углерод2,6-3,4 ного чугуна также сопряжен струдностями,Кремний 0,1-0,8 5 что опять же связано с содержанием ванаМарганец 0,5-2,0 дия,16-24 Целью изобретения является повышеХромНикель 0,3 - 2,5 ние жидкотекучести и износостойкости чугуВанадий 0,3-1,5; : ;, на для лопастей дробеметных аппаратов.РЗМ . . 0,01-0,03 10 Поставленная цель доСтигается тем, чтоМагйий 0,01-0,03 .известный чугун, содержащий углерод,Натрий 0,005-0,01 кремний, марганец, хром, титан, медь и жеВисмут, 0,001-0,005 лезо, дополнительно содержит никель иМедь: 0,5-1,2 суръму при следующем соотношении комЖелезо Остальное 15 понентов, мас,0 :Чугун необладаетдостаточнойизносо- Углерод 2,5-3,8стойкостью и "жйдкотекучестью, так как со- Кремнийс06 - 1,4держит редкоземельные металлы, которые Марганец 0,80 8 - 2 1образуют неметаллические включения (ок- Хром . 18,0-28,0сиды, сульфиды, оксисульфиды и др.) с вы Титан ;: О,0 2-1,0сокой плотностью,трудноудалимые из . Медь О,0,4 - 1,5расплава, Этоповышает вязкость расплава . Никель- . 0,4-1,2цугуйа; а дополнительное загрязнение Сурьма 0,013-0,025включениямиведет к снижению износо-, . Железо . Остальноестойкости. Крометого; при"охлаждении уже 25 Введение углерода вчугун в заданныхтвердогочугуна кристаллические оксисуль- пределах обеспечивает образование карбифиды РЗМ (найример, церия), вследствие дов типа М 7 Сз, которые наиболее сущестуменьшения растворимости, расстекловы- венно улучшают износостойкость,ваются, приобретают остроугольную форму Снижение концентрации Углерода менееи р зкорезко снижают свойства отлийок, 30 2,50 приводит к увеличению доли первичоНаиболее близким кпредлагаемомучу- ного аустенита, а увеличение более 3,8 гуну по технической сущностии достигаемо- приводит к нарушению однородности литойму результату является износостойкий структуры за сцет выделения крупных разчугун, используемый для изготовления дета- ветвленных карбидов и шлакографитовой.лей, работающих в условиях абразивного и 35 смеси. И то, и другое отрицательно сказываударно-абразивного износа, содержащий ется на свойствах чугуна,следующие компоненты, мас.0. Кремний в износостойком белом чугунеУглерод2,2-3,6 является легирующим элементом, распреКремний 0,5-1,5. деляется при кристаллизации между.аустеМарганец 3-4 40 нитоми эвтектицеским расплавом, улучшаетХром 13-24:жидкотекучесть сплава. Это важно, так какМолибден .0,3-0,4 отливки лопастей тонкостенные и протяТитан . 0,2-0,4женные и нуждаются в хорошем. теченииВанадий . 6,5-9,0 . расплава по форме и пропиткетонких сечеМедь1;0-1,5 . 45 ний при кристаллизации, Содержание крем. Бор . 0,005-0,02 ния менее 0,60 не обеспечиваетЖелезо Остальное . достаточной жидкотекучести сплава, а боНедостаток - чугун относительйо доро- . лее 1,40 - увеличивает верхнюю критичегой, так каксодержит большое количество скую скорость отбеливания чугуна, чтованадия; необладает достаточной износо уменьшает его отбеливаемость. Кроме этостойкостью .из-за высокого содержания го, увеличивается хрупкостьотливок,марганца который приводит к снижению Марганец в пределах 0,8-2;1 способточкиначэламартенситното превращения",ствует стабилизации аустенита и цементитаСтабильностьи количество остаточного аус-" в чугуне, При повышенном содержании мартенита возрастает, а следовательно, снижа ганца проявляется его карбидостабилизируется износостойкость и твердость,: ющее действие; увеличивается количествоЖидкотекучесть данного чугуна также недо- цементита, образующегося при эвтектичестаточна, особейно при заливке тонкостен- ском и эвтектоидном превращении, Этоных отливок типа лопастей дробеметных приводит к повышению модуля упругости5 10 15 20 30 ковш во время выпуска под струю. Из опытных составов при температуре 1390 - 1420 С 40 заливали спиральные пробы на жидкотеку 45 50 55 марганец улучшает жидкотекучесть сплава,При содержании марганца менее 0,8 доляостаточного аустенита, обеспечивающегонеобходимую вязкость чугуна, невелика, чтоприводит к разрушению отливок во времяработы. Увеличение концентрации этогоэлемента сверх 2,1 оь, наоборот, повышаетколичество аустенита и снижает износостойкость,Хром (18-28) необходим для образования комплексных карбидов типа Сг 7 Сз и(Ре, Сг)7 Сз, придающих чугуну максимальную износостойкость. При содержании Сгменее 18 О в структуре чугуна образуетсянепрерывная карбидная фаза с карбидами(Ее, Сг)зС, что снижает износостойкость чугуна, При содержании Сг более 287 ь в структуре чугуна появляются крупные и хрупкиекарбиды типа Сг 2 зС 6, что приводит к снижению его износостойкости. Кроме этого, увеличивается общая доля крупных первичныхкарбидов, снижающих свойства,Титан (0,2 - 1,0) используется преимущественно для образования специальных карбидов ТЗС, обладающих высокой 2износостойкостью,и карбонитридов, играющих роль инокуляторов, а также для раскисления и частичной десульфурации чугуна,Титан способствует измельчению зерна, устраняет столбчатое строение отливок,модифицирует чугун и позволяет получатьоднородные механические свойства по толщине отливки.Титан способствует образованию эвтектоида с достаточно высокой твердостью и 3исключению цементитной эвтектики. Совокупность этих факторов приводит к увеличению вязкости чугуна и уменьшениювыкрашивания эвтектики в процессе изнашивания. Влияние титана более эффективно при введении его совместно с хромом,никелем и сурьмой.При содержании Т менее 0,2 О повышения износостойкости не наблюдается, таккак невелико количество карбидов Т С. Присодержании Т свыше 1,0% в сплаве образуются карбонитриды титана и пленочныевключения оксидов больших размеров, которые располагаются по границам аустенитных зерен, что снижает износостойкостьи жидкотекучесть, Присадка меди (0,4 - 1,5 о)в белый чугун способствует увеличению егосопротивления ударным нагрузкам, устраняет продукты перлитного распада в литойструктуре, повышает износостойкость, прокаливаемость, теплопроводность, Приуменьшении содержания меди менее 0.4 Оее полезного эффекта не наблюдается, аувеличение свыше 1,5 О приводит к появлению 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 увеличивает прокаливаемость высокохромистого:чугуна, подавляет перлитное превращение. Это способствует улучшению износостойкости, При содержании никеля менее 0,4 О чугун не обладает достаточной прокаливаемостью и в структуре чугуна наблюдаются мягкие продукты распада аустенита. При увеличении концентрации никеля свыше 1,2 ОД повышается доля остаточного аустенита. И то, и другое снижает износостойкость, Кроме того, большие концентрации никеля способствуют столбчатой кристаллизации чугуна и снижению его жидкотекучести,Сурьма (0,013-0,025) является модификатором чугуна и оказывает большое влияние на его кристаллизацию: измельчает эвтектику, выравнивает скорость кристаллизации. аустенита, устраняет "выделение структурно-свободного цементита. Это положительно влияет на износостойкость и жидкотекучесть. Уменьшение содержаниясурьмы менее 0,013; или увеличение свы-,ше 0,025;4 нежелательно, так как в первомслучае модифицирующего эффекта почти не наблюдается, а во втором - огрубляется структура,П р и м е р, В индукционной тигельной печи емкостью 160 кг с основнойфутеровкой выплавляли опытные составы предлагаемого чугуна и чугуна, принятого эа прототип(табл.1),гообщепринятой технологии. Никель вводили в завалку, а сурьму в честь, согласно ГОСТ 16438-70, клиновые пробы по ГОСТ 7769-82, из которых изтотавливали образцы для испытания на износостойкость, а также формы для получения лопастей дробеметных аппаратов завода"Амурлитмаш", Отливки клиновых проб и лопастей подвергали термической обработке по режиму; нормализация при 1050 С, 3 ч, охлаждение на воздухе, отпуск при 350 С,3 ч, охлаждение на воздухе Микроструктура предлагаемого чугунапредставляет собой мартенсито-троостит, карбиды (Сг, Ее)7 Сз, ТЗС, остаточн ы й а устен ит (5-10 о), П ричем особенностью микроструктуры является то,что в мартенсито-трооститной матрице сформирован каркас из карбидов, оси которых вытянуты к рабочей поверхности отливок. Это обеспечивает вы.сокуюизносостойкость чугуна.)в . табл,2 приведены Значения износостойкости, жидкотекучести чугунов и стойкости лопастей в рабочих условиях.и Как видно из табл,2; предлагаемый чу 5 гун для лопастей дробеметньх аппаратов 9, существенно йревосходйт известный пожидкотекучести и износостойкости, а лопаб- сти из него имеют болеевысокую стойкость о при эксплуатации.а Полученные результаты достигнуты за б- счет дополнительного легирования чугуна В никелем и сурьмой, а также корректировки з всего составасплава, что позволяет эффективно управлять процессами первичной и Т 15 вторичной кристаллизации чугуна и поли учать благоприятную структуру с высокимисвойствами. 35 Износостойкость" опытных составочугунов определяли согласно ГОСТ 23.20879,Для испытаний на износ использовалспециальную установку, изготовленную согласно вышеуказанного ГОСТа 23.208-7на которой прй одинйковь)х условиях и:постоянной нагрузке производили трение оразцов из исследуемого и эталонногматериалов об абразивные частицы, подваемые в зону трения и прижимаемые к оразцу вращающимся резиновым роликом.качестве эталона использовали образцы истали 45 (согласно ГОСТа), а абразиваэлектрокорунд зернистостью 16-П по ГОС3647-80. Износ определяли по разностмасс образцов до и после испытания, коэффициент относительной износостойкости(Ки) рассчитывали по формуле:9 в ЪЫиЯи /ЪКз где 9 з, 9 - сРеднее аРифметическое значение потери массы эталонных и исследуемых образцов, г;ра, ри - плотности эталонного и исследуемого образцов,г/см;зйэ, йи - количествб оборотов ролика при испытаниях эталонного иисследуемого образцов,Производственные испытания лопастей проводили в условиях литейного цеха производственного объединения "Волжскпродмаш". Лопасти испытывали на дробеметных ап 11 аратах модели завода "Амурлитмаш", В Формула изобретения 20 Чугун для лопастей дробеметных аппаратов,.содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, медь и железо, о т л ич а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения жидкотекучести и износостойкости, он до полнительно содержит никель и сурьму приследующем соотношении компонентов, мас %углерод 2,5-3,8 Кремний 0,6-1,430 Марганец 0,8-2,1Хром 18 - 28 Титан0,2 - 1,0 Медь 0,4-1,5 Никель 0,4-1,2 Сурьма 0,013-0,025 Железо ОстальноеТ аб л и ц аеЪ, ее еее,ее Е е а ее е еа е а е,а е.е чугун е а а ЫЙеа аеаеЕе ееае е Ъ а ае е е е е е ПРедлагаемый 1, 23456Известный78 Содержание элементов в чугуне, Ф .:е) " а) е е а а е ее ае ее а ееа е а а еСО 1.1 и 1 С)Ть,СиМ 1ВЬИотВРе2)5 0,6 0,80 18,0 02 0,4 0)4 0,013 - - " остальное 3)8 1,4 2,1 28)О 1)ОО 1,5 1,20,025 - -и3)2 0)93 1,5 22,7 0,61 О,Щ о)77 0,017 - - --и 2,95 0)83 1)38 20)9 0)39 0,93 1,0 . 0,014 - -2,390,51 0,72 17)0 0,11 0,29 0,30 0,040 16 23 291 13 161 133 003 - - 3 2 О,1 3,48 8,6 О,23 1,15 . . 02,7 1,1 3,.81 22,7 0,31 1)41 - - 0,30 8,5 0,00910 1788069 Таблица 2 Составитель В.КолокольцевТехред М,Моргентал Коррек Шмакова а Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 52 : Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по 113035, Москва, ЖПодписноебретениям и открытиямпри ГКНТ СССРаушская наб., 4/5