Чугун для рабочего слоя мукомольных валков

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к разработке состава износостойкого чугуна, применяемого для изготовления рабочего слоя мукомольных валков. Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости, предела прочности и способности материала к поддержанию и самовосстановлению рельефа шероховатой поверхности под воздействием зерна и зернопродуктов по сечению и длине рабочего слоя валков. Чугун содержит, мас. %: углерод 3,4 - 3,7, кремний 0,1 - 0,5, марганец 0,8 - 1,2, никель 0,3 - 0,5, фосфор 0,4 - 0,7, бор 0,01 - 0,08, алюминий 0,01 - 0,10, хром 0,01 - 0,4, сера 0,005 - 0,05, железо - остальное. 2 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к разработке состава чугуна, применяемого для изготовления рабочего слоя мукомольных валков.

Известен чугун следующего химического состава, мас.

углерод 3,40 3,80 кремний 0,25 0,45 марганец 0,20 0,35 хром 0,30 0,45 никель 1,70 2,50 фосфор до 0,30 сера до 0,15 железо остальное (авторское свидетельство СССР N216955, кл.C22C 37/08, 1968).

Для известного чугуна характерна недостаточно высокая износостойкость, низкая способность материала к самовосстановлению рельефа шероховатой поверхности матированных (гладких) валков в процессе эксплуатации под воздействием зернопродуктов, высокая стоимость из-за наличия в составе до 2,5% никеля, что обусловливает малую долговечность мельничных валков и оказывает отрицательное влияние на технико-экономические показатели работы мельзаводов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является чугун следующего химического состава, мас.

углерод 3,40 3,70 кремний 0,10 0,50
марганец 0,80 1,20
никель 0,30 0,50
фосфор 0,40 0,70
титан 0,40 1,20
железо остальное
(авторское свидетельство СССР N1726551, кл. C22C 37/10, 1992).

В качестве примесей чугун содержит до 0,4% хрома и до 0,05% серы.

Известный чугун имеет недостаточную стабильность прочностных характеристик и износостойкости по сечению и длине рабочего слоя мельничного валка, обусловленные низкой прокаливаемостью и изменением структуры по высоте рабочего слоя. Нестабильность структуры способствует неравномерному износу и восстановлению рельефа шероховатой поверхности матированных (гладких) валков в процессе эксплуатации под воздействием зерна и зернопродуктов.

Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости, предела прочности и способности материала к поддержанию и самовосстановлению рельефа шероховатой поверхности рабочего слоя мукомольных валков под воздействием зерна и зернопродуктов.

Поставленная цель достигается тем, что износостойкий чугун, имеющий в своем составе железо, углерод, кремний, марганец, никель и фосфор, дополнительно содержит бор и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.

углерод 3,4 3,7
кремний 0,1 0,5
марганец 0,8 1,2
никель 0,3 0,5
фосфор 0,4 0,7
бор 0,01 0,08
алюминий 0,01 0,1
хром 0,01 0,4
сера 0,005 0,05
железо остальное
Положительный эффект увеличения уровня износостойкости, предела прочности и повышения способности материала к поддержанию и самовосстановлению рельефа шероховатой поверхности матированных (гладких) мельничных валков при сохранении необходимой твердости материала достигается в результате модифицирования сплава бором и алюминием.

Модифицирование сплава указанными элементами приводит к образованию дополнительных центров кристаллизации в виде тугоплавких соединений (карбиды бора, нитриды и окислы алюминия), способствует формированию направленной однородной структуры рабочего слоя, образованию необходимого количества твердых составляющих (цементита, тройной фосфидной эвтектики) в структуре, а также перлитной матрицы с дисперсностью Пд 1,4 1,6 (1,3 1,6 мк).

Содержание углерода, кремния, марганца, никеля, хрома, фосфора и серы выбирается на уровне известного сплава.

Ввод в износостойкий чугун бора способствует измельчению перлитных колоний и первичного цементита, увеличению прокаливаемости металла и микротвердости структурных составляющих, упрочнению металлической матрицы.

Влияние бора на структуру и свойства износостойкого чугуна более эффективно по сравнению с титаном при значительно меньшем содержании его в металле.

Существенное влияние бора на микроструктуру и свойства проявляется при содержании его в чугуне более 0,01% При концентрации более 0,08% эффективность воздействия бора резко уменьшается. Кроме того, при содержании бора в сплаве более 0,08% имеет место снижение концентрации углерода в твердом растворе, что отрицательно сказывается на прокаливаемости, износостойкости и прочностных свойствах чугуна, а также наблюдается дестабилизация структуры и свойств по сечению рабочего слоя валка.

Алюминий оказывает стабилизирующее влияние на структуру и свойства белого чугуна, модифицированного бором, за счет образования окислов и нитридов и исключения аналогичных соединений бора, имеющих гексагональную решетку, как у графита и способствующих графитизации чугуна.

Это влияние проявляется при содержании алюминия в чугуне в пределах 0,01 0,10% Указанные пределы обусловлены тем, что при содержании алюминия менее 0,01% влияние его на структуру и свойства чугуна практически не проявляется, при содержании более 0,10% существенно снижаются прокаливаемость, твердость и износостойкость белого чугуна из-за появления в структуре точечного междендритного графита.

В пределах указанной концентрации алюминий в белом чугуне связывает остаточный кислород и азот в окислы и нитриды и предотвращает расходование бора на образование химических соединений с этими элементами, способствует расплаву аустенита при охлаждении отливок в высокотемпературной области с образованием чисто перлитной матрицы, равномерной по всем зернам (колониям).

При наличии бора и алюминия дисперсность перлитной матрицы находится на уровне Пд 1,4 1,6, что обеспечивает избирательный износ структурных составляющих белого чугуна, поддержание и самовосстановление рельефа шероховатой поверхности гладких и "матированных" мельничных валков в процессе эксплуатации под воздействием зерна и зернопродуктов.

В таблице 1 представлены химические составы известного чугуна и предлагаемого, а в таблице 2 характеристики структуры и физико-механические свойства их.

Каждый из сплавов выплавляли в индукционной печи емкостью 160 кг с основной футеровкой. В качестве шихты использовали литейный чугун и стальной лом.

Для получения заданного содержания углерода и легирующих элементов использовали электронный бой, ферросплавы и др. материалы.

Жидкий металл разливали на центробежной машине модели 522-3 в заготовки с наружным диаметром 320 мм, внутренним 190 мм и длиной 450 мм. Температура жидкого чугуна перед заливкой составляла 1330 1350^oC.

Наружный слой толщиной 20 мм заливали чугуном указанных в таблице составов, внутренний слой серым чугуном.

Количество структурных составляющих и дисперсность металлической матрицы оценивали согласно ГОСТ 3443-87.

Износостойкость сплава определяли по ГОСТ 23.208-79 и оценивали по потере веса образца размером 12х20х70 мм, трущегося об абразив (кварцевый песок фракцией 0,2 0,4 мм) резиновым кругом шириной 8 мм по схеме Хаворта в течение 30 мин со скоростью 200 об/мин (140 м/мин) при удельной нагрузке 3,3 кг/см².

Шероховатость (Pa) образцов после испытаний на износ измеряли с помощью электронного профилометра модели 296.

Предел прочности при изгибе и твердость HP C определяли согласно ГОСТ 27208-87 и ГОСТ 9012-59 соответственно.

Как следует из таблицы 2, предлагаемый износостойкий чугун превосходит известный сплав по износостойкости, прочности и способности к поддержанию и самовосстановлению рельефа шероховатости поверхности "матированных" валков в процессе эксплуатации под воздействием зерна зернопродуктов, при этом обеспечивается стабильность указанных характеристик по сечению и длине рабочего слоя валков.

Твердость сплава при этом практически не изменяется, что позволяет обработать заготовки вальцов на существующем оборудовании.

Применение предлагаемого сплава для производства мельничных валков позволяет повысить в 2 2,5 раза их эксплуатационную стойкость по сравнению с существующим сплавом, получить экономию остродефицитного титана и снизить себестоимость валков.

Формула изобретения

Чугун для рабочего слоя мукомольных валков, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, серу, фосфор и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бор и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 3,4 3,7
Кремний 0,1 0,5
Марганец 0,8 1,2
Никель 0,3 0,5
Фосфор 0,4 0,7
Бор 0,01 0,08
Алюминий 0,01 0,1
Хром 0,01 0,4
Сера 0,005 0,05
Железо Остальноес

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2