Чугун

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советския

Социалистическия

Республик (u>742481 (51)М. Кл.

С 22 С 37/10 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 180178 (21) 2569618/22-02 с присоединением заявки №вЂ”

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 250680. Бюллетень ¹ 23 (53) УДК 669.13.—

-196 (088.8) Дата опубликования описания 30. 06. 80,(72) Авторы изобретения

Ю. H. Таран, В. М. Снаговский, В. С. Лучкин, Э. К. Пирогова, В. А. Кожушко и В. С. Савега (71) Заявитель

Институт черной металлургии (54) ЧУГУН

Изобретение относится к области метуллургии, в частности к чугунам используемым для изготовления износостойких отбеленных деталей, например быстроизнашивающихся сменных деталей металлургического и горно-рудного оборудования.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является чугун (1) следующего химического состава, вес.В:

Углерод 2,2-3,4

Хром 5,0-6,5

Кремний 2,8-3,5

Алюминий 1,0-1,5 15

Марганец 0,6-2 0

Железо Остальное

В качестве примесей чугун содержит серу до 0,2 вес.Ъ и Фосфор до

0,15 вес.В. 20

Сплав этот представляет собой до эвтектический чугун, структура которого в отбеленном (ускоренно охлажденном) слое отливки характеризуется эвтектикой на базе гексагонального 25 карбида хрома — (Cr, Fe)„C,а в сером (медленно охлажденном) . слое — наличие аустенито-графитовой эвтектики, и имеет следующие механические характеристики- в литом состоянии: 30

Предел прочности при растяжении отбеленного слоя 37-39 кгс/мм

Ударная вязкость отбеленного слоя 0,2 кгс М/мм

Твердость отбеленного слоя на глубине 10 мм от поверхности 410-520 НВ;

Твердость серой эоны 320-370 НВ °

Недостатками такого сплава являются низкая твердость и износостойкбсть отбеленного слоя в отливках, растянутая переходная эона, наличие большого количества карбидов в медленно охлажденных (серых} частях отбеленной отливки (например, шейках и сердцевине крупных прокатных валков) и, как следствие этого, высокая твердость в названных участках отливки, вызывающая их поломки, Цель изобретения — уменьшение твердости в медленно охлаждаемых частях отливки и увеличение твердости и изиосостойкости в быстро охлаждаемых частях отливки.

Это достигается тем,.что чугун, содержащий углероде кремний, марганец, хром, алюминий . и железо, допол742481 нительно содержит молибден, ванадий, медь, никель, церий и кальций при следующем соотнсыении компонентов, вес.%:

Углерсд

Кремний

Марганец

Хром

Алюминий

Молибден

Ванадий

Медь

Никель

Церий

Кальций

Железо

1,8 -3,8

3,0 -3,5

0,2 -5,0

3,5 -4 9

0,01-0,8

0,01-1,2

0,01 — 0,5

0,1 -1,8

0,1 -0,5

0,01-0,3

О, 01-0» 3

Ос таль ное

В качестве примесей чугун содержит серу в количестве 0,05-0,1 вес.% и фосфор 0,03-0,1 вес.%.

Укаэанные концентрационные интервалы компонентов выбраны ввиду следу. ющего.

Углерод — минимальная (1,8%) концентрация выбрана таким образом, чтобы при любом соотношении остальных компонентов, при скорости затвердевания, равной О, 2 С/с, обеспе ить образование серой зоны отливки с аустенито-графитовой эвтектикой, обладающей пониженной твердостью; максимальная (3,6%) — должна обеспечивать наиболее высокую износостойкость,рабочей (отбеленной) части отливки.

Хром — минимальная (3,5%) концентрация обеспечивает образование эвтектики на базе гексагонального карбида хрома в отбеленной части отливки при минимальной (1,8%) концентрации .углерода, а максимальная (4, 9%) концентрация хрома обеспечивает то же при максимальной (3, 6%) конце нтрации углерода в сплаве.

Кремний — в указанных пределах (3,0-3,5%) способствует образованию эвтектики на базе гексагонального карбида хрома в отбеленной части отливки при любых концентрациях углерода, а также способствует образованию аустенито -графитной эвтектики в серой части отливкиу разбег в 0,5% между предельными концентрациями выбран для упрощения технологии выплавки сплава.

Алюминий — минимальная концентрация (0,01%) очищает границы зерен сплава при кристаллизации, способствуя равномерности свойств по сечению отбеленной части отливки, а максимальная (0,8%) концентрация усиливает эффект действия кремния.

Марганец — минимальная (0,2%) концентрация выбрана как обычная технологическая примесь железо-углеродистых сплавов) максимальная (5,0%) концентрация способствует стабилизации твердого раствора при распаде, обеспечивающего, в, зависимости от условий эксплуатации, более высокую служебную стойкость отбеленных отливок.

Твердость и износостойкость предлагаемого и известного чугунов приведены в табл. 2.

Молибден — минимальная (0,01%) концентрация действует таким же образом, как и минимальная (0,01%) концентрация алюминия; максимальная (1,2%) концентрация познает прокаливаемость твердого раствора сплава, увеличивая твердость по глубине отбеленной зоны отливки.

Медь — минимальная (0,1%) концентрация выбрана как технологическая примесь железо-углеродистых сплавов; максимальная (1,8%) концентрация обе печивает легирование твердого раствора,повышая, тем самым, его прочностные свойства.

Никель — в укаэанных пределах (0,1-0,5%) при повышенном содержании молибдена обеспечивает в отбеленной зоне отливки распад твердого раствора на высокотвердый и иэносостойкий мартенсит.

2О Ванадий, церий и кальций — в названных пределах оказывают модифицирующее влияние, способствуя иэмельчению зерен и очищению их границ, и, тем самым, повышают вязкость сплар5 ва.

Сера и фосфор — в указанных пределах выбраны как обычные технологические примеси железо-углеродистых сплавов.

Для определения твердости и износостойкости были выплавлены сплавы, содержание компонентов в которых приведено в табл. 1.

Чугуны выплавлялись в открытой индукционной печи в основном тигле.

Для моделирования условий эатвердевания отбеленной эоны отливки разливка чугунов производилась в кварцевые трубки диаметром 10-12 мм, длиной 1000 мм, установленные в вер40 тикальную трубчатую печь при температуре 900 С где и осуществлялась кристаллизация. Из полученных подобным образом отливок вырезались образцы для определения твердости и изно45 состойкости.

Для определения твердости в медленно охлаждаеььи частях отбеленной отливки (в серой зоне), часть выплавленных чугунов кристаллизовалась со скоРостью примерно 0,2 С/с, наблюдаемой, например, сердцевине. и шейках крупных прокатных валков.

Износостойкость отбеленного слоя исследовалась.в условиях трения металла о металл с проскальзыванием, моделирукицих условия работы прокатных валков. Материалом контрольного

Образца служила ст. 3. При прочих равных условиях нагрузка на образец составляла 100 кг. ()хлаждение зоны

Щ трения производилось проточной водой.

742481 волит, например, на Днепропетровском ,чугуно-вальцеделательном заводе, производящем в год примерно 20000 т. отбеленных листопрокатных валков, сэкономить 6000 т металла, при эконо

5 мическом эффекте, равном примерно

250000 руб.

Технология выплавки предлагаемого сплава не меняется по сравнению с используемой для известного сплава.

Таблица 1

Спла

Ч Се

1 1,80 3,49 3,15 0,014 0,31 0,019 0,180 0,1080,0110,0120,017.0,0(0,03 ост

2 2,84 4, 28 3 ° 49 О, 020 1, 1 2 0,690 0,780 0,350 О, 290 О ° 1300, 170 0 g06 О 03 ocr

3 3,58 4,81 3,44 0,770 4,82 1,110 1,720 0,4700 4300,260 0 290 0,09 0,06 ост

Прототип 2ю81 5ю67 3 12 1, 230 Ою87 Ою06 0 ° 04 oc г

Таблица 2

0,0387 44-53 415-525 22-28 228-269

0,0312 49-61. 477-627 25-30 249-285

0,0294 54-63 532-652 25-32 249-297

Прототип 0,0448 42-48 392-460 35-38 320-351 формула изобретения

Как видно иэ приведенных данных, твердость и износостойкость предлагаемого сплава в отбеленной части отливки значительно выше, а твердость в серой части отливки значительно ниже по сравнению с известным сплавом.

Указанные характеристики предлагаемого чугуна, предположительно на

30% увеличат срок службы иэносостойких отбеленных отливок . Это поэ. Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, алюминий и железо, отличающийся тем, что, с целью уменьшения твердости в медленно охлаждаемых частях отливки и увеличения твердости и иэносостойкости в быстро охлаждаемых частях отливки, он дополнительно содержит молибден, ванадий рий и кальций при шении компонентов

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Алюминий

Молибден

Ванадий медь, никель, цеследукйцем соотновес.Фг

1,8 -3,6

3 0 -3,5 0,2 -5,0

3,5 -4,9

0,01-0,8

0,01-1,2

0 01-О 5

742481

Составитель Г. Дудик

Редактор Л. Лввкова . Техред Н.Бабурка Корректор Н. СтеН

Заказ 3411/27 Тирам 694 Подписное

ЦИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Уикгород, ул . Проектная, 4

Медь

Никель

Церий

Кальций

Железо

0 1 -1,8

0,1 -0,5

0,01-0,3

0,01-0,3

Остальное

Источники информации, приняше во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 240260, кл. С 22 С 37/06, 1967 (прототип ) .