Износостойкий чугун

Авторы патента:

Олейников Дмитрий Владиславович (RU)

Зайчикова Анастасия Михайловна (RU)

Нуралиев Фейзулла Алибала оглы (RU)

Гулак Ольга Николаевна (RU)

Находкин Валерий Михайлович (RU)

Гущина Ольга Владимировна (RU)

Чижов Николай Владимирович (RU)

Гущин Николай Сафонович (RU)

Бекишева Ольга Петровна (RU)

C22C37/04 - содержащие шаровидный графит

Владельцы патента RU 2451099:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (ОАО НПО "ЦНИИТМАШ") (RU)

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к износостойким чугунам для производства деталей машин и оборудования, подвергающихся ударно-абразивному износу, например деталей смесеприготовительной системы изготовления асфальта, бетона и т.п. Износостойкий чугун с шаровидным графитом содержит, мас.%: углерод 3,0-4,6; кремний 1,5-3,5; марганец 0,2-0,8; никель 3,0-5,0; бор 0,06-0,40; ванадий 0,2-0,8; медь 0,2-0,8; алюминий 0,1-0,7; церий 0,02-0,20; магний 0,02-0,08; молибден 4,0-6,0; кальций 0,06-0,80; сера 0,01-0,03; фосфор 0,02-0,08; хром 4,0-6,0; железо остальное. Техническим результатом является повышение стойкости литого чугуна с шаровидным графитом в условиях ударно-абразивного износа. 2 табл.

Изобретение относится к области литейного производства и, в частности, к износостойким чугунам для производства деталей машин и оборудования, подвергающихся ударно-абразивному износу, например деталей смесеприготовительной системы изготовления асфальта, бетона и т.п.

Известен износостойкий чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, бор, ванадий, медь, алюминий, церий, магний, кальций, железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод	2,2-3,2
кремний	0,5-3,0
марганец	0,2-3,0
хром	3,0-6,4
никель	2,0-4,0
бор	0,2-0,4
ванадий	0,2-0,8
медь	0,2-0,8
алюминий	0,1-0,4
церий	0,03-0,2
магний	0,02-0,1
кальций	0,05-0,2
железо	остальное

(RU 2384641, С22С 37/04, опубликовано 20.03.2010)

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является износостойкий чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, бор, ванадий, медь, алюминий, церий, магний, молибден, кальций, железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод	2,8-4,2
кремний	1,5-3,5
марганец	0,2-1,6
никель	2,0-5,0
бор	0,2-0,4
ванадий	0,2-0,8
медь	0,2-0,8
алюминий	0,1-0,5
церий	0,02-0,2
магний	0,02-0,1
молибден	4,0-12,0
кальций	0,06-0,8
железо	остальное

(RU 2416660, С22С37/04, опубликовано 20.04.2011)

Недостатками известных износостойких чугунов, содержащих прочные карбиды молибдена и мартенсит, является недостаточная ударно-абразивная стойкость литых изделий, выполненных из указанных чугунов.

Задачей и техническим результатом изобретения является износостойкий чугун с шаровидным графитом, обладающий повышенной твердостью и ударно-абразивной стойкостью в литом состоянии.

Технический результат достигается тем, что износостойкий чугун с шаровидным графитом содержит углерод, кремний, марганец, никель, бор, ванадий, медь, алюминий, церий, магний, молибден, кальций, хром, серу, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод более	3,2-4,6
кремний	1,5-3,5
марганец	0,2-0,8
никель	3,0-5,0
бор	0,06-0,40
ванадий	0,2-0,8
медь	0,2-0,8
алюминий	0,1-0,7
церий	0,02-0,20
магний	0,02-0,08
молибден	4,0-6,0
кальций	0,06-0,8
хром	4,0-6,0
сера	0,01-0,03
фосфор	0,02-0,08
железо	остальное,

причем в структуре чугуна углерод содержится в свободном состоянии в виде включений графита шаровидной формы в количестве 0,5-2,2% и в связанном состоянии в виде карбидной фазы в количестве 0,4-3,7%.

Наличие в составе чугуна по изобретению одновременно молибдена и хрома в заявленных концентрациях дает преимущественное образование твердых и прочных карбидов молибдена типа Мо₂С и очень твердых карбидов хрома типа Сr₇С₃, повышающих твердость и ударно-абразивную стойкость чугуна в литом состоянии. При этом в значительной мере подавляется образование менее твердых и хрупких карбидов типа МоС и Сr₃С, а также обеспечиваются условия для выделения в металлической основе чугуна структурно-свободного углерода в виде графита пластинчатой формы. Наличие в чугуне сфероидизирующих модификаторов - магния, церия и кальция - обеспечивает получение графита правильной шаровидной формы, благодаря которому существенно повышаются прочностные характеристики чугуна.

Наличие в металлической основе предложенного чугуна включений графита шаровидной формы в количестве менее 0,5% способствует образованию аустенитной структуры чугуна, которая по сравнению с мартенситной структурой менее износостойкая в условиях ударно-абразивного изнашивания. Увеличение количества включений графита шаровидной формы более 2,2% способствует образованию трооститной структуры чугуна, у которой износостойкость меньше, чем у аустенитной структуры.

Наличие в металлической основе предложенного чугуна связанного углерода в количестве менее 0,4% способствует образованию аустенитной структуры чугуна, которая по сравнению с мартенситной структурой менее износостойкая в условиях ударно-абразивного изнашивания. Увеличение концентрации связанного углерода более 3,7% способствует образованию большого количества твердых карбидов хрома и молибдена, что ведет к существенному снижению прочности и, соответственно, ударно-абразивной стойкости чугуна.

Наличие серы и фосфора в заявленных концентрациях способствует образованию их соединений с бором, имеющих достаточно широкий температурный интервал кристаллизации, что снижает долю бора, приходящуюся на железохромистые боридные эвтектики, снижающих прочность и износостойкость чугуна. При этом в значительной степени нивелируются негативное влияние этих компонентов на физико-механические характеристики литого чугуна.

Получение износостойкого чугуна по изобретения иллюстрирует следующий пример. Плавку чугуна проводили в дуговой электропечи с использованием стандартных шихтовых материалов. Легирующие элементы - никель, медь, молибден, хром, вводили в металлозавалку. Фосфор и сера присутствовали в исходном металле. После расплавления шихты и перегрева чугуна до 1480-1520°С на зеркало расплава вводили марганец, ванадий, бор и кремний. Затем присаживали алюминий и кальций (в виде 20%-ного силикокальция). Магний в составе сфероидизирующей присадки, а также церий в виде ферроцерия помещают на дно разливочного ковша перед выпуском жидкого металла из печи. Содержание серы и фосфора поддерживали с использованием известных приемов - составом шлака или вакуумированием.

В таблице 1 приведен химический состав известного чугуна и чугуна по изобретению. В таблице 2 приведены количество включений графита и карбидов, значение твердости и износостойкости в условиях ударно-абразивного износа.

Техническим результатом, как видно из данных таблицы 2, являются более высокая твердость (64-70 HRC) и относительная износостойкость (2,5-3,8) чугуна по изобретению в литом состоянии в сравнении с известным чугуном.

Износостойкость в условиях ударно-абразивного изнашивания определяли по потере массы образцов (18×18 мм), после проведения 12 циклов испытания длительностью 25 минут каждая. Испытания на ударно-абразивный износ проводили на лабораторной мельнице. В качестве абразива использовали кварцевый песок определенной зернистости. За эталон принимали износ образцов, изготовленных из стали 20.

Объемное количество карбидной фазы и включений графита в структуре чугуна подсчитывали планиметрическим методом в трех полях и методом случайных секущих при 500-кратном увеличении на микроскопе МИМ-8.

Применение износостойкого чугуна с шаровидным графитом по изобретению для изготовления отливок пульпопроводов, используемых для транспортировки различной абразивной пульпы, позволяет существенно (на 2-30%) увеличить их срок эксплуатации.

Таблица 1
Номер образца №	Чугун	Содержание химических элементов, масс.%
С	Cr	Si	Mn	Ni	В	V	Сu	Аl	Се	Mg	Mo	Са	S	Р
1	Предлагаемый	3,0	4,0	1,5	0,2	3,0	0,06	0,2	0,2	0,1	0,02	0,02	4,0	0,06	0,01	0,02
2	Предлагаемый	3,8	5,0	2,5	0,5	4,0	0,23	0,5	0,5	0,4	0,11	0,05	5,0	0,43	0,02	0,05
3	4,6	6,0	3,5	0,8	5,0	0,40	0,8	0,8	0,7	0,20	0,08	6,0	0,80	0,03	0,08
4	Прототип	3,4	-	2,5	0,6	4,0	0,3	0,5	0,5	0,25	0,11	0,06	-	0,12	-	-
5	Предлагаемый	3,0	4,0	1,5	0,2	3,0	0,06	0,2	0,2	0,1	0,02	0,02	4,0	0,06	0,01	0,02
6	Предлагаемый	3,8	5,0	2,5	0,5	4,0	0,23	0,5	0,5	0,4	0,11	0,05	5,0	0,43	0,02	0,05
7	4,6	6,0	3,5	0,8	5,0	0,40	0,8	0,8	0,7	0,20	0,08	6,0	0,80	0,03	0,08
8	Прототип	3,4	-	2,5	0,6	4,0	0,3	0,5	0,5	0,25	0,11	0,06	-	0,12	-	-

Таблица 2
Номер образца, №	Чугун	Количество включений графита, %	Количество карбидов * (Сr₇С₃+Мо₂С), %	Твердость HRC	Коэффициент относительной стойкости в условиях ударно-абразивного износа
1		0,5	36	65	2.8
2	Предлагаемый	0,5	38	67	3,6
3		0,5	40	70	4.0
4	Прототип	0,5	33	63	2.6
5		2,2	34	63	2,8
6	Предлагаемый	2,2	36	65	3.4
7		2,2	38	68	4.2
8	Прототип	2,2	40	62	2,4
* - количество карбидов предлагаемого чугуна состоит из суммы карбидов хрома Сr₇С₃ и карбидов молибдена Мо₂С.

Износостойкий чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, бор, ванадий, медь, алюминий, церий, магний, молибден, кальций и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хром, серу и фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод более	3,2-4,6
кремний	1,5-3,5
марганец	0,2-0,8
никель	3,0-5,0
бор	0,06-0,40
ванадий	0,2-0,8
медь	0,2-0,8
алюминий	0,1-0,7
церий	0,02-0,20
магний	0,02-0,08
молибден	4,0-6,0
кальций	0,06-0,80
сера	0,01-0,03
фосфор	0,02-0,08
хром	4,0-6,0
железо	остальное,

причем в структуре чугуна углерод содержится в свободном состоянии в виде включений графита шаровидной формы в количестве 0,5-2,2% и связанном состоянии - в виде карбидной фазы в количестве 0,4-3,7%.

Похожие патенты:

Износостойкий чугун // 2448183

Изобретение относится к литейному производству, а именно к изысканию износостойкого чугуна с шаровидным графитом для производства деталей машин и оборудования, подвергающихся ударно-абразивному износу, например деталей цементно- и гипсоразмольного оборудования и т.п.

Износостойкий чугун // 2445389

Изобретение относится к области литейного производства и, в частности, к износостойким чугунам с шаровидным графитом. .

Износостойкий чугун // 2445388

Чугун и способ его получения // 2432412

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению высокопрочных чугунов с шаровидным графитом, и может быть использовано при производстве литых изделий, отличающихся высокими механическими свойствами, в том числе при динамическом нагружении.

Способ получения чугуна с вермикулярным графитом // 2427660

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам производства чугуна с вермикулярным графитом. .

Улучшенный способ получения ковкого чугуна // 2426796

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению ковкого чугуна. .

Износостойкий чугун // 2419666

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к износостойким чугунам для производства мелющих шаров размольных мельниц, подвергающихся ударно-абразивному износу, например, при дроблении и размоле вольфрамовых руд.

Износостойкий чугун // 2416660

Высокопрочный чугун // 2413026

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов высокопрочного чугуна с шаровидным графитом для разностенных сложных отливок. .

Износостойкий чугун // 2401317

Изобретение относится к области литейного производства и, в частности, к износостойким чугунам для производства деталей машин и оборудования, подвергающихся абразивному и ударно-абразивному износу.

Износостойкий чугун // 2451100

Износостойкий чугун // 2465362

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к износостойким чугунам с шаровидным графитом для производства мелющих элементов для смесеприготовительного оборудования, подвергающихся ударно-абразивному износу, например, при приготовлении асфальта и бетона

Радиационно стойкий аустенитный чугун с шаровидным графитом // 2465363

Изобретение относится к металлургии, а именно к разработке радиационно стойкого аустенитного чугуна с шаровидным графитом, и может быть использовано для изготовления отливок корпусов контейнеров для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива

Способ получения бейнитного чугуна при термической обработке // 2490335

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению отливок из высокопрочных чугунов с шаровидным графитом

Зубчатое колесо и уравновешивающий вал для поршневого двигателя // 2499070

Изобретение относится к поршневым двигателям, в частности к балансировочному валу поршневого двигателя. Уравновешивающий вал (1) включает опорную шейку (2), на которой уравновешивающий вал (1) установлен в подшипнике, участок (10), на котором зубчатое колесо (5) соединено с уравновешивающим валом без возможности проворота или на котором уравновешивающий вал (1) и зубчатое колесо (5) выполнены монолитно, и участок (8) дисбаланса, на котором расположен дисбаланс, причем зубчатое колесо выполнено из чугуна с шаровидным графитом с незакаленными зубьями (11). Изобретение также относится к зубчатому колесу для уравновешивающего вала и поршневому двигателю с установленным в нем уравновешивающим валом (1). В случае установки через подшипники скольжения уравновешивающий вал (1) может быть выполнен из стали или чугуна, а его опорные шейки (2) могут быть выполнены закаленными или незакаленными. Если уравновешивающий вал (1) устанавливается в подшипниках качения с прямым контактом тел качения с рабочей поверхностью подшипника, то его выполняют из стали, а опорную шейку закаливают. Изобретение направлено на повышение эксплуатационной стойкости. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ термической обработки чугуна с шаровидным графитом // 2504597

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения высокопрочных чугунов, и может быть использовано при изготовлении изделий с высокой прочностью, пластичностью, ударной вязкостью и хорошей обрабатываемостью. Способ включает проведение неполной аустенизации при температуре 920-950°C, с выдержкой 0,5-1 час чугуна, содержащего, в мас.%: углерод - 2,8-3,1 кремний - 3,8-4,1 марганец - 0,25-0,3 магний - 0,05-0,08 медь - 1,2-1,6 никель - 1,8-2,2 сера - 0,01-0,012 фосфор - 0,03-0,04 железо - остальное, и имеющего структуру, состоящую из ферритной матрицы и графитовых включений шаровидной формы, и последующую изотермическую закалку при температуре 300-330°C, выдержкой в течение 1,5 -2 часов с получением структуры с ферритно-аусферритной матрицей. Техническим результатом изобретения является получение конструкционных материалов, обладающих высоким уровнем прочности, ударной вязкости, пластичности. 3 табл., 1 пр.

Способ определения обрабатываемости на станках чугуна с вермикулярным графитом // 2509820

Изобретение относится к металлургии, в частности к ковшевой обработке чугуна, и может быть использовано для получения машиностроительных отливок, подвергающихся последущей механической обработке. Способ включает: установление соотношения между способностью к резанию и содержанием карбидстабилизирующих элементов в чугуне с вермикулярным графитом, причем это соотношение определяется эмпирически из измеренной способности к резанию и измеренных содержаний карбидстабилизирующих элементов на множестве образцов чугуна с вермикулярным графитом, обеспечение чугуна с вермикулярным графитом, определения содержания карбидстабилизирующих элементов в чугуне с вермикулярным графитом, определения величины способности к резанию чугуна с вермикулярным графитом на основе данного соотношения и содержаний карбидстабилизирующих элементов в чугуне с вермикулярным графитом, определения по меньшей мере одного первого заданного опорного значения для способности к резанию чугуна с вермикулярным графитом для крупносерийной механосборки, классификации способности к резанию чугуна с вермикулярным графитом из сравнения величины его способности к резанию с первым заданным опорным значением. Изобретение позволяет получить чугун с вермикулярным графитом с оптимальной способностью к резанию при благоприятной стоимости. 22 з.п. ф-лы, 5 табл., 7 ил.

Износостойкий чугун с шаровидным графитом // 2511213

Изобретение относится к литейному производству, а именно к износостойким чугунам с шаровидным графитом для производства деталей машин и оборудования, подвергающих абразивному износу, например, футеровки смесителей и др. Износостойкий чугун с шаровидным графитом содержит, мас.%: углерод 2,8-4,0; кремний 1,5-3,5; марганец 4,0-6,0; никель 3,0-5,0; бор 0,06-0,40; ванадий 3,0-6,0; медь 0,2-0,8; алюминий 0,1-0,7; церий 0,02-0,20; магний 0,02-0,08; кальций 0,06-0,80; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение абразивной стойкости и твердости чугуна в литом состоянии. 2 табл.

Износостойкий чугун с шаровидным графитом // 2526507

Изобретение относится к литейному производству, а именно к изысканию износостойкого чугуна с шаровидным графитом для производства деталей, предназначенных для работы в условиях ударно-абразивного износа, в частности для изготовления литых мелющих шаров рудоразмольных мельниц. Износостойкий чугун с шаровидным графитом содержит, в мас.%: углерод 2,8-4,2, кремний 1,5-3,5, ванадий 0,2-0,8, медь 0,2-0,8, никель 2,0-5,0, марганец 0,2-1,6, магний 0,02-0,1, алюминий 0,1-0,5, церий 0,02-0,1, вольфрам 4,0-6,0, кальций 0,06-0,8, бор 0,06-0,40, хром 3,0-6,0 и железо. Техническим результатом изобретения является создание износостойкого чугуна с шаровидным графитом с повышенной твердостью и ударно-абразивной стойкостью в литом состоянии для работы в условиях ударно-абразивного износа.1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Чугун с шаровидным графитом и способ его изготовления // 2551724

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к чугунам с шаровидным графитом и способам их изготовления, и может быть использовано, например, для изготовления деталей турбинного ветрового генератора, работающих в условиях низкой температуры. Чугун содержит, мас.%: от 3,5 до 4,0 С, от 1,7 до 2,3 Si, менее чем 0,2 Mn, менее чем 0,1 Cr, от 0,04 до 0,06 Mg, от 0,10 до 0,20 Cu, от 0,01 до 0,02 S, неизбежные примеси и железо - остальное. Способ получения чугуна включает модифицирование и литье расплавленного металла, при этом модифицирование осуществляют модифицирующим сплавом, содержащим серу, в две стадии, причем на первой стадии модифицирующий сплав, содержащий S, добавляют в расплав перед литьем, а на второй стадии модифицирующий сплав, содержащий S, добавляют в поток расплавленного металла во время литья. Изобретение направлено на сохранение превосходных механических свойств и высокой прочности чугуна при низкой температуре при значительном уменьшении его стоимости. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 пр., 4 табл., 2 ил.