Износостойкий чугун с шаровидным графитом

Изобретение относится к металлургии, а именно к износостойким чугунам с шаровидным графитом для производства литьем деталей, предназначенных для работы в условиях ударно-абразивного износа при температуре до 500°C, в частности деталей машин для изготовления асфальта, бетона и т.п. Износостойкий чугун с шаровидным графитом содержит, мас. %: углерод 2,8-4,0; кремний 1,5-3,5; ванадий 3,0-8,0; медь 0,2-0,8; никель 3,0-5,0; марганец 0,2-1,0; магний 0,02-0,1; алюминий 0,1-0,44; церий 0,03-0,20; кальций 0,05-0,20; бор 0,2-0,4; ниобий 0,5-2,0; железо - остальное. Изобретение направлено на создание износостойкого чугуна с шаровидным графитом с высокой твердостью и прочностью в литом состоянии, без применения термообработки, для работы в условиях ударно-абразивного износа до температуры 500°C. 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к износостойким чугунам с шаровидным графитом для производства литьем деталей, предназначенных для работы в условиях ударно-абразивного износа при температуре до 500°C, в частности деталей машин для изготовления асфальта, бетона и т.п.

Известен высокопрочный чугун с шаровидным графитом для клиньев, содержащий углерод, кремний, ванадий, медь, никель, марганец, серу, фосфор, хром, магний, РЗМ и железо, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

углерод	3,8-4,5
кремний	2,5-4,5
ванадий	3,5-4,5
медь	0,1-1,5
никель	0,1-2,0
марганец	до 0,8
сера	до 0,1
фосфор	до 0,15
хром	до 0,1
магний	до 0,05
РЗМ	до 0,03
железо	остальное

(SU 322394, С22С 37/00, опубликовано 30.11.1971).

Недостатком известного чугуна, металлическая основа которого содержит графитную и ванадиево-карбидную эвтектики, является то, что он обладает требуемыми свойствами только после сложной термической обработки (изотермическая закалка).

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

углерод	2,8-4,0
кремний	1,5-3,5
ванадий	3,0-8,0
медь	0,2-0,8
никель	3,0-5,0
марганец	0,2-1,0
магний	0,02-0,1
алюминий	0,1-0,4
церий	0,03-0,20
кальций	0,05-0,20
бор	0,2-0,4
железо	остальное

(RU 2401316, С22С 37/04, опубликовано 10.10.2010).

Известный износостойкий чугун с шаровидным графитом, литая металлическая основа которого содержит графитную и ванадиево-карбидную эвтектики, обладает требуемыми прочностными свойствами только до температуры 300°C.

Задачей изобретения является создание износостойкого чугуна с шаровидным графитом с высокой твердостью и прочностью в литом состоянии (без применения термообработки) для работы в условиях ударно-абразивного износа до температуры 500°C.

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

углерод	2,8-4,0
кремний	1,5-3,5
ванадий	3,0-8,0
медь	0,2-0,8
никель	3,0-5,0
марганец	0,2-1,0
магний	0,02-0,1
алюминий	0,1-0,4
церий	0,03-0,20
кальций	0,05-0,20
бор	0,2-0,4
ниобий	0,5-2,0
железо	остальное

Введение ниобия в состав чугуна по изобретению способствует измельчению зерна металлической основы и появлению тугоплавких карбидов ниобия, температура плавления которых составляет 3770°C, что способствует повышению жаропрочности чугуна, так как температура плавления карбидов ванадия составляет 2800°C.

Содержание ниобия менее 0,5% не обеспечивает эффективного измельчения зерна металлической основы и образования необходимого количества тугоплавких карбидов ниобия. Увеличение количества ниобия свыше 2,0% не способствует существенному повышению жаропрочности чугуна, при этом повышается себестоимость изготовления износостойких отливок.

Плавку чугуна проводят в индукционных или дуговых электропечах с использованием стандартных шихтовых материалов. Легирующие элементы - никель, медь, ванадий и ниобий, вводят в металлозавалку. После расплавления шихты и перегрева чугуна до 1480-1520°C на зеркало расплава вводят кремний и марганец в виде 75%-ного ферросилиция и 60%-ного ферромарганца. Затем присаживают алюминий и кальций (в виде 20%-ного силикокальция). Магний в составе сфероидизирующей присадки, а также церий и бор в виде ферроцерия и ферробора кладут на дно разливочного ковша перед выпуском в него жидкого металла из печи.

Химический состав, количество карбидов VC и NbC и длительная прочность известного (прототип) и предложенного чугунов приведены в таблице. Испытание на длительную прочность при изгибе проводили при температуре 500°C.

Из представленных данных видно, что длительная прочность чугуна по изобретению в литом состоянии снижается меньше (4-16%) в сравнении с известным чугуном (60%). Кроме того, чугун по изобретению имеет более высокую твердость.

Применение предлагаемого износостойкого чугуна с шаровидным графитом для отливок, например бронефутеровок и лопаток смесеприготовительной системы изготовления асфальта, бетона и т.п., позволяет существенно повысить температуру эксплуатации этих деталей с 300 до 500°C за счет меньшего снижения длительной прочности при изгибе нового чугуна по сравнению с прототипом в 4-15 раз.

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

углерод	2,8-4,0
кремний	1,5-3,5
ванадий	3,0-8,0
медь	0,2-0,8
никель	3,0-5,0
марганец	0,2-1,0
магний	0,02-0,1
алюминий	0,1-0,4
церий	0,03-0,20
кальций	0,05-0,20
бор	0,2-0,4
ниобий	0,5-2,0
железо	остальное