Чугун для лопастей дробеметных аппаратов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я>s С 22 С 37/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4923505/02 (22) 01.04.91 (46) 15,01.93. Бюл, ¹ 2 (71) Магнитогорский горно-металлургический институт им, Г.И. Носова и Производственное объединение "Волжскпродмаш" (72) В,В, Коротченко, В.M. Колокольцев, И.А.

Гильманов, В.А. Маринин, О.А. Назаров и

Ю.В. Балавнев (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 755880, кл. С 22 С 37/06, 1978.

Патент Японии N 59-9516, кл. С 22 С 37/06, 1984, Авторское свидетельство СССР

N. 1583458. кл. С 22 С 37/06, 1988.

Авторское свидетельство СССР № 1425245, кл. С 22 С 37/10, 1986.. Изобретение относится к черной 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 — 2,8

Кремний 3,5 — 6,0

Марганец 3,0-6,0

Хром 17,0-21,0

Один элемент из группы, содержащей бор, титан 0,1--3,3

Железо Остальное

Недостаток — сравнительно невысокая абразивная и ударно-абразивная стойкость, связанная с наличием значительного количества остаточного аустенита, обусловленного высоким содержанием марганца.

„„5U„„1788069 Al

2 (54) ЧУГУН ДЛЯ ЛОПАСТЕЙ ДРОБЕМЕТНЫХ АППАРАТОВ (57) Изобретение относится к черной металлургии, а именно к разработке составов чугунов для лопастей дробеметных аппаратов. работающих в условиях абразивного и ударно-абразивного изнашивания. Сущность изобретения: чугун с повышенной жидкотекучестью и износостойкостью содержит компоненты. мас.%: углерод 2.5-3,8; кремний 0,6-1,4, марганец 0,8-2,1; хром 18.028,0; титан 0,2 — 1,0; медь 0,4-1,5; никель

0,4-1,2; сурьма 0,013 — 0,025; железо остальное. 2 табл.

Кроме этого, лопасти из этого состава довольно хрупки, так как в нем большое содержание кремния.

Известен чугун, содержащий компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Углерод 2,5-3,5

Кремний а 1,5

Марганец = 1.5

Хром 20-30

Молибден 1,5 — 5.0

Ванадий 0,3-2,0

Бор 0,1 — 0,5

Чугун обладает недостаточно высокой износостойкостью при высокой стоимости.

Высокое содержание бора приводит к образованию боридов, что вредно сказывается на свойствах отливок. Высокое содержание ванадия резко ухудшает жидкотекучесть сплава.

Известен чугун, который используется при изготовлении деталей дробеметных an1788069

3 паратов"и С целью" повышения ударно-абразивной стойкости содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%, Углерод 2,6-3,4

Кремний 0,1-0,8 5

Марганец 0,5-2,0

Хром . 16 — 24

Никель 0 3 — 2 5

Ванадий 0,3-1,5

P3M . 001 003 10

Магний 0,01 — 0,03

Натрий 0,005-0,01

Висмут...., . 0,001-0,005

Медь: 0,5-1,2

Железо Остальное 15

Чугун не обладает достаточной износостойкостыо и"жйдкотекучестью, так как содержит редкоземельные металлы, которые

" образуют неметаллические включения (оксиды, сульфиды, оксисульфиды и др.) с вы- 20 сокой плотностью, -трудноудалимые из расплава, Это п6вышает вязкость расплава чугуна, а" дополнительное загрязнение включениями ведет к снижению износостойкости. Кроме того, при охлаждении уже 25 твердого чугуна кристаллические оксисуль. фиды Р3М (найример, церия), вследствие уменьшения растворимости," расстекловываются, приобретают остроугольную форму и резко снижают свойства отливок, 30

Наиболее близким к предлагаемому чугуНу по технической сущности и доСтигаемому результату является износостбйкий чугун, используемый для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного и 35 ударно-абразивного износа, содержащий следующие компоненты, мас.%;

Углерод . 2,2-3,6

Кремний 0,5-1,5

Марганец 3-4 - 40

Хром 13 — 24

Молибден . 0,3- 0,4

Титан . 0,2-0,4 .

Ванадий 6,5-9,0

:..; Медь 1;0-1,5 45 . Бор 0,005-0,02 Железо Остальное

Недостаток — чугун относительйо дорогой, так как содержит большое количество ванадия ; не обладает достаточной износо- 50 ст о йко стью из-з а -в ысокого содержания марганца "который приводит к снижению точки начала мартенситното превращения, Стабильность и количество остаточного аус- . тенита возрастает, а следовательно, снижа- 55 ется износостойкость и твердость, ЖидкотекучЕСть данНОга чуГуна такжЕ нЕдастаточна, особейн6 при заливке тонкостенных отливок типа лопастей дробеметных аппаратов,и др., вследствие обильного плеМ.. нообразования из-за высокого содержания ванадия.

Кроме этого, процесс выплавки извест-, ного чугуна также сопряжен с трудностями, что опять же связано с содержанием ванадия.

Целью изобретения является повышение жидкотекучести и износостой кости чугуна для лопастей дробеметных аппаратов.

Поставленная цель доСтигается тем, что йзвестный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, медь и железо, дополйительно содержит никель и сурьму при следующем соотношении компонентов, мас,%:

Углерод 2,5-3,8

Кремний 0,6 — 1,4

Марганец 0,8 — 2,1

Хром . 18,0 — 28,0

Титан:-:;: ... 0,2-1,0

Медь 0,4 — 1,5

Нике ль - . 0,4 — 1,2

Сурьма 0,013-0,025 . Железо . Остальное

Введение углерода в чугун в заданных пределах обеспечивает образование карби- . дов типа М7Сз, которые наиболее существенно улучшают износостойкость, Снижение концентрации утлерода менее

2,5% прив6дит- к увеличению доли первичного аустенита, а увеличение более 3,8% приводит к нарушению однородности литой структуры за счет выделения крупных разветвленных карбидов и шлакографитовой смеси. И то, и другое отрицательно сказывается на свойствах чугуна, Кремний в износостойком белом чугуне является легирующим элементом, распределяется при кристаллизации между.аустенитоми эвтектическим расплавом, улучшает жидкотекучесть сплава. Это важно, так как отлиЫи лопастей тонкостенные и протяженные и нуждаются в хорошем, течении расплава по форме и пропиткетонких сечений при кристаллизации, Содержание кремния менее 0,6% не обеспечивает достаточной жидкотекучести сплава, а более 1,4% — увеличивает верхнюю критическую скорость отбеливания чугуна, что уменьшает его отбеливаемость. Кроме этого, увеличивается хрупкость отливок.

Марганец в пределах 0;8-2;1% способствует стабилизации аустенита и цементита в чугуне, При повышенном содержании марганца проявляется его карбидостабилизирующее.действие; увеличивается количество цементита, образующегося при эвтектическом и эвтектоидном превращении, Это приводит к повышению мОдуля упругости чугуна и его износостойкости. Кроме этого.

1788069 марганец улучшает жидкотекучесть сплава, При содержании марганца менее 0 8 доля остаточного аустенита, обеспечивающего необходимую вязкость чугуна, невелика, что приводит к разрушению отливок во время 5 работы. Увеличение концентрации этого элемента сверх 2,1%, наоборот, повышает количество аустенита и снижает износостойкость.

Хром (18-28) необходим для образова- 10 ния комплексных карбидов типа Сг7Сз и (Fe, Сг)7Сз, придающих чугуну максимальную износостойкость. При содержании Сг менее 18% в структуре чугуна образуется непрерывная карбидная фаза с карбидами 15 (Fe, Сг)зС, что снижает износостойкость чугуна. При содержании Cr более 28 в структуре чугуна появляются крупные и хрупкие карбиды типа Сг2зСб, что приводит к снижению его износостойкости. Кроме этого, уве- 20 личивается общая доля крупных первичных карбидов, снижающих свойства.

Титан (0,2 — 1,0) используется преимущественно для образования специальных карбидов TiC, обладающих высокой 25 износостойкостью,и карбонитридов, играющих роль инокуляторов, а также для раскисления и частичной десульфурации чугуна.

Титан способствует измельчению зерна, устраняет столбчатое строение отливок, 30 модифицирует чугун и позволяет получать однородные механические свойства по толщине отливки.

Титан способствует образованию эвтектоида с достаточно высокой твердостью и 35 исключению цементитной эвтектики. Совокупность этих факторов приводит к увеличению вязкости чугуна и уменьшению выкрашивания эвтектики в процессе изнашивания. Влияние титана более эффектив- 40 но при введении его совместно с хромом, никелем и сурьмой.

При содержании Ti менее 0,2% повышения износостойкости не наблюдается, так как невелико количество карбидов TiC. При 45 содержании Ti свыше 1,0% в сплаве образуются карбонитриды титана и пленочные вкл ючения оксидов больших размеров, которые располагаются по границам аустенитных зерен, что снижает износостойкость 50 и жидкотекучесть, Присадка меди (0,4 — 1,5%) в белый чугун способствует увеличению его сопротивления ударным нагрузкам, устраняет продукты перлитного распада в литой структуре, повышает износостойкость, про- 55 каливаемость, теплопроводность, При уменьшении содержания меди менее 0.4% ее полезного эффекта не наблюдается, а увеличение свыше 1,5 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% чугун не обладает достаточной прокаливаемостью и в структуре чугуна наблюдаются мягкие продукты распада аустенита. При увеличении концентрации никеля свыше 1,2 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 вли- яние на его кристаллизацию: измельчает эвтектику, выравнивает скорость кристаллизации аустенита, устраняет выделение структурно-свободного цементита. Это положительно влияет на износостойкость и жидкотекучесть. Уменьшение содержания сурьмы менее 0,013% или увеличение свы-, ше 0,025% нежелательно, так как в первом случае модифицирующего эффекта почти не наблюдается, а во втором — огрубляется структура.

Пример, В индукционной тигельной печи емкостью 160 кг с основной футеровкой выплавляли опытные составы предлагаемого чугуна и чугуна, принятого эа прототип (табл.1),по общепринятой технологии. Никель вводили в завалку, а сурьму в ковш во время выпуска под струю. Из опытных составов при температуре 1390 — 1420 С заливали спиральные пробы на жидкотекучесть, согласно ГОСТ 16438-70, клиновые пробы llo ГОСТ7769-82, из которых изготавливали 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 чугуна представляет собой мартенсито-троостит, карбиды (Cr, Ге)7Сз, TiC, остаточный аустенит (5-10 ), Причем особенностью микроструктуры является то, что в мартенсито-трооститной матрице сформирован каркас из карбидов, оси которых вытянуты к рабочей поверхности отливок. Это обеспечивает высокую износостойкость чугуна.

1788069 8

1 ов . табл.2 приведены значения износостойко08- . сти, жидкотекучести чугунов и стойкости лопастей в рабочих условиях. али Как видно из табл.2; предлагаемый чусо- 5 гун для лопастей дробеметных аппаратов

79, существенно йревоосходйт известный по по-. жидкотекучести и износостойкости, а лопаоб- сти из него имеют более:высокую стойкость

oro при эксплуатации. да- 10 Полученные результаты достигнуты за об- счет дополнительного легирования чугуна . В никелем и сурьмой, а также корректировки

1 из всего состава сплава, что позволяет эффека — тивно управлять процессами первичной и

СТ 15 вторичной кристаллизации чугуна и полсти учать благоприятную структуру с высокими э - свойствами.

Содержание элементов в чугуне, Ф .: чугун

С (Si

Nu Cr Ti. Cu Ni Sb Ио V В Fe

Предлагае- " мый 1, 2

4

6

Известный

8 о,o!3 о,ог5

0,017

0,Oil о,о! о,оз

0,80 18,0

2,1 28,0

1,5? 22,7

1,38 20,9

o,7ã !7,о

2,3 29,1 о,4

1,5

0, 89

0,93 о,гэ

1,61

2,5 0,6

3,8 1,4

3,2 0,93

2,95 0,83

2,39 0,51

4,0 1,6 о,4

1,2 о,77

1,О .

0,30

1,33

0„2

1,00

0,6!

0,39

О,11

1,3

Остальное

II и

11 и

«и»

0,33 7,1 0,013 -"0,30 8,5 0,009 -"3,48 18,6 î,23

3,.81 22,7 0,31 1,41

3,2 0,71

2,7 1,1

Износостойкость"опытных состав чугу но в определял и согласно ГОСТ 23.2

79, Для испытаний на износ использов специальную установку, изготовленную гласно вышеуказанного ГОСТа 23.208на которой прй одинйковь!х условиях и: стоянной нагрузке производили fpBHMB разцов из исследуемого и эталонн материалов об абразивные частицы, по ваемые в зону трения и прижимаемые к разцу вращающимся резиновым роликом качестве эталона использовали образць стали 45 (согласно ГОСТа), а абразив электрокорунд зернистостью 16-П по ГО

3647-80. Износ определяли по разно масс образцов до и после испытания, ко ф фициент относительной износостойкости (Ки) рассчитывали по формуле: яэ Ъ Ыи

Яи /Ъ з где g>, с1, — среднее арифметическое значение потери массы эталонных и исследуемых образцов, г; ра, ри — плотности эталонного и исследуемого образцов, г/см; з, N3, йи — количествб оборотов ролика при испытаниях эталонного и исследуемого образцов, Производственные испытания лопастей проводили в условиях литейного цеха производственного объединения "Волжскпродмаш". Лопасти испытывали на дробеметных аппаратах 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 шийся тем, что, с целью повышения жидкотекучести и износостойкости, он до25 полнительно содержит никель и сурьму при следующем соотношении компонентов, мас,%: углерод 2,5-3,8

Кремний 0,6 — 1,4

30 Марганец 0,8-2,1

Хром . 18 — 28

Титан 0,2 — 1,0

Медь 0,4-1,5

Никель 0,4 — 1,2

Сурьма 0,013-0,025

Железо Остальное

1788069

Таблица 2

Составитель В.Колокольцев

Техред М,Моргентал . Корректор И.Шмакова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 52 : Тираж Подписное

BHIAlill1IA Госудапственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5