close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14155

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 14155
(13) C1
(19)
(46) 2011.04.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН
(21) Номер заявки: a 20090689
(22) 2009.05.13
(43) 2010.12.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт технологии
металлов Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Ильюшенко Валерий Михайлович; Барановский Константин
Эдуардович (BY)
BY 14155 C1 2011.04.30
C 22C 37/00
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) SU 1698309 A1, 1991.
EP 0371760 A1, 1990.
JP 2009-7597 A.
RU 2306353 C1, 2007.
BY 10949 C1, 2008.
(57)
Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, титан и железо, отличающийся тем, что дополнительно содержит вольфрам
при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
3,2-3,6
кремний
0,3-0,7
марганец
0,5-1,0
хром
16-20
никель
0,1-0,4
молибден
0,2-0,5
ванадий
0,15-0,30
титан
0,02-0,05
вольфрам
0,6-1,1
железо
остальное,
при этом суммарное содержание вольфрама и молибдена составляет 1,1-1,3 мас. %.
Изобретение относится к металлургии, а именно, к литейным износостойким чугунам,
используемым для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного износа. Чугун предназначен для литья в постоянные металлические формы. Детали, полученные из
износостойкого чугуна, используются в литом состоянии без последующей термообработки, например, отбойные плиты и детали ускорителя центробежных дробилок и мельниц,
быстро изнашиваемые детали оборудования для производства кирпича из глины.
Известен чугун [1], содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден
при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
2,3-2,9
кремний
0,2-0,8
марганец
0,5-1,0
хром
18-22
BY 14155 C1 2011.04.30
никель
0,8-1,2
молибден
1,4-2,0
железо
остальное.
Наиболее близким к заявляемому является износостойкий чугун, используемый для
изготовления деталей, работающих в условиях абразивного износа, содержащий следующие компоненты, мас. % [2]:
углерод
2,8-3,2
кремний
0,8-1,1
марганец
0,3-0,5
хром
13,6-16,0
никель
0,3-1,0
молибден
0,7-1,6
ванадий
0,2-0,6
титан
0,08-0,12.
Недостатком известных чугунов является низкая износостойкость и твердость полученных из него отливок литьем в металлические формы (отливки в этом случае охлаждаются с более высокой скоростью, чем при литье в земляные формы) из-за образования
мягкой аустенитной матрицы по причине значительного содержания никеля. Эти чугуны
обладает высокой стоимостью из-за значительного содержания дорогостоящего молибдена. Кроме этого, чугуны имеют низкое содержание углерода, а следовательно, небольшое
количество карбидов, что снижает износостойкость.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение износостойкости и твердости чугуна, предназначенного для литья в металлические формы. Полученные из чугуна отливки должны использоваться в литом
состоянии без последующей термообработки и иметь невысокую стоимость.
Задача решается тем, что износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, титан и железо, дополнительно содержит вольфрам
при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
3,2-3,6
кремний
0,3-0,7
марганец
0,5-1,0
хром
16-20
никель
0,1-0,4
молибден
0,2-0,5
ванадий
0,15-0,30
титан
0,02-0,05
вольфрам
0,6-1,1
железо
остальное,
при этом суммарное содержание вольфрама и молибдена составляет 1,1-1,3 мас. %.
Предлагаемый чугун отличается от известного дополнительным легированием вольфрамом в количестве 0,6-1,1 %, а также изменением предельных концентраций C, Mn, Si,
Cr, Ni, Mo, V, Ti.
Положительное влияние легирования на свойства чугуна связано с комплексным воздействием всех легирующих элементов на износостойкость и твердость отливок, полученных литьем в металлические формы.
Вольфрам легирует металлическую матрицу, способствуя при охлаждении отливки в
металлической форме получению мартенсито-аустенитной металлической матрицы с высокой износостойкостью и твердостью. Кроме этого, часть вольфрама образует устойчивые
карбиды M6C, содержащие кроме вольфрама, хром, ванадий и повышающие износостойкость чугуна. Отдельно расположенные в матрице карбиды вольфрама способствуют повышению твердости чугуна, так как распад аустенита на мартенсит наиболее полно
происходит вокруг карбидов.
2
BY 14155 C1 2011.04.30
Для получения твердой мартенсито-аустенитной металлической матрицы легирования
одного вольфрама недостаточно, необходимо наличие молибдена. Этот элемент, мало растворяясь в карбидах, находясь в металлической матрице, способствует при охлаждении
отливки в металлической форме получению мартенсито-аустенитной структуры. Для получения оптимальных свойств и невысокой стоимости чугуна, а также для возможности
корректировать состав чугуна в зависимости от наличия и стоимости исходного сырья
суммарное содержание вольфрама и молибдена определяется по специальной формуле.
Для получения чугуна с высокой износостойкостью и твердостью суммарное содержание вольфрама и молибдена должно составлять 1,1÷1,3 мас. %.
При этом обеспечивается получение твердой мартенсито-аустенитной металлической
матрицы и высокой износостойкости чугуна.
При содержании W и Mo меньшем, чем 1,1 % чугун имеет, в основном, мягкую перлитную матрицу и низкую износостойкость. При большем, чем 1,3 % содержании W и Mo
не происходит значительного увеличения износостойкости и твердости, но увеличивается
стоимость отливок. Использование формулы, определяющей суммарное содержание молибдена и вольфрама, позволяет корректировать состав чугуна в зависимости от наличия
и стоимости исходного сырья.
Введение вольфрама в предлагаемом сочетании с молибденом в количестве 0,6-1,1 %
увеличивает износостойкость и твердость чугуна в литом состоянии. Введение вольфрама
в количестве более 1,1 % не приводит к дальнейшему увеличению износостойкости и
твердости, так как не увеличивается твердость металлической матрицы, но существенно
возрастает стоимость отливок. При вводе вольфрама менее 0,6 % не обеспечивается получение твердой мартенсито-аустенитной матрицы и происходит резкое снижение износостойкости.
Введение молибдена в предлагаемом сочетании с вольфрамом в количестве более
0,5 % не приводит к дальнейшему увеличению износостойкости и твердости, но увеличивает стоимость отливок. Введение молибдена менее 0,2 % не обеспечивает получение
твердой мартенсито-аустенитной матрицы, так как при этой концентрации молибден содержится в основном в карбидах.
Введение в чугун углерода в заявляемом количестве обеспечивает образование карбидов типа M7C3, которые способствуют повышению износостойкости чугуна. В заявляемых
пределах содержания углерода чугун имеет, в основном, эвтектический состав с наиболее
высокой износостойкостью. Введение углерода менее 3,2 % приводит к увеличению количества первичного аустенита, что снижает износостойкость. Введение углерода более
3,6 % приводит к выделению крупных заэвтектических карбидов, снижающих износостойкость.
Содержание кремния в заявляемом количестве обусловлено его наличием в шихтовых
материалах. Содержание кремния менее 0,3 % невозможно достигнуть в печах с кислой
футеровкой. Количество кремния ограничено верхним пределом 0,7 % поскольку большие
его содержания способствуют получению мягкой перлитной структуры отливок, снижая
износостойкость.
Введение в чугун марганца в заявляемом количестве способствует подавлению перлитного превращения при охлаждении отливок и раскислению расплава при плавке. При
содержании марганца менее 0,5 % снижается твердость чугуна и увеличивается количество шлака при плавке. При введении марганца более 1 % происходит стабилизация
аустенита, снижается износостойкость и твердость чугуна.
Хром в заявляемом количестве необходим для легирования металлической матрицы и
образования комплексных карбидов (FeCr)7C3. При содержании хрома менее 16 % не образуется твердой мартенсито-аустенитной матрицы при охлаждении, снижается твердость
и износостойкость. При содержании хрома более 20 % в чугуне наряду с карбидами M7C3
образуются карбиды M23C6, что приводит к снижению износостойкости.
3
BY 14155 C1 2011.04.30
Введение в чугун никеля в заявляемом количестве способствует подавлению перлитного
превращения при охлаждении и образовании твердой мартенсито-аустенитной матрицы.
При содержании никеля менее 0,1 % снижается твердость чугуна и износостойкость. При
введении никеля более 0,4 % происходит стабилизация аустенита, снижается износостойкость и твердость чугуна.
Введение в чугун ванадия в заявляемом количестве способствует измельчению карбидной фазы, увеличению твердости и износостойкости. При содержании ванадия менее
0,15 % он не оказывает влияния на структуру и свойства. При введении более 0,30 % не
происходит дальнейшего измельчения структуры и повышения износостойкости.
Введение в чугун титана в заявляемом количестве способствует модифицированию
структуры и измельчению карбидной фазы, что позволяет получать однородные свойства
по толщине отливок. Совокупность этих факторов приводит к увеличению износостойкости и твердости. Влияние титана на свойства чугуна наиболее эффективно при введении
его совместно с ванадием и молибденом. При содержании титана менее 0,02 % он не оказывает влияния на структуру и свойства. При введении более 0,05 % образуется много неметаллических включений (оксидов, карбонитридов), снижающих жидкотекучесть и
износостойкость чугуна.
Пример конкретной реализации.
В индукционной тигельной печи емкостью 100 кг с кислой футеровкой выплавляли
опытные составы чугунов по общепринятой технологии.
Марганец, хром, никель, ванадий, молибден, титан, вольфрам вводили в чугун в виде
ферромарганца ФMn78, феррохрома ФХ850A, никеля H1, ферромолибдена ФМ65, феррованадия ФВд38, ферротитана ФТи35, ферровольфрама ФВ65. Компоненты вводили в следующей последовательности. На дно тигля загружали ферромолибден и ферровольфрам,
затем передельный чугун и сталь, часть феррохрома. В период плавления печь включали
на полную мощность, в процессе плавления шихту осаживали. После расплавления присаживали оставшийся феррохром, никель, а в ходе плавки ферротитан, феррованадий, затем ферромарганец. В табл. 1 показаны составы чугунов: 1- известный (прототип), 2 состав чугуна с содержанием легирующих элементов ниже нижнего уровня заявляемого
чугуна, 5 - состав чугуна с содержанием легирующих элементов выше уровня заявляемого
чугуна, 3-5 - составы заявляемого чугуна.
Таблица 1
Компоненты
C
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
V
Ti
W
Содержание компонентов, мас. % (железо остальное) в чугуне
1 известный
2
3
4
5
6
3,0
2,9
3,2
3,4
3,6
3,8
0,9
0,3
0,3
0,5
0,7
0,9
0,4
0,3
0,5
0,7
1,0
1,2
15
14
16
18
20
22
0,7
0,1
0,25
0,4
0,6
1,2
0,1
0,5
0,4
0,2
0,7
0,4
0,1
0,15
0,22
0,30
0,4
0,09
0,01
0,02
0,035
0,05
0,07
0,4
0,6
0,8
1,1
1,3
Износостойкость определяли согласно ГОСТ 23.208-79. В качестве абразива использовали кварцевый песок. Износостойкость исследуемых образцов оценивали путем сравнения их износа с износом эталонного образца. В качестве эталона использовали сталь 45.
Образцы испытывали в литом состоянии. Твердость измеряли по Роквеллу (HRC). Образцы для испытаний вырезали из отливок толщиной 40 мм.
В табл. 2 показаны твердость и относительная износостойкость чугунов (составы 1-6).
4
BY 14155 C1 2011.04.30
Таблица 2
Наименование свойств
Твердость HRC
Относительная износостойкость
Показатели для составов чугуна
2
3
4
5
53
60
62
61
5,6
8,2
9,1
9,0
1
54
5,8
6
60
7,8
Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что заявляемый чугун в литом состоянии по сравнению с прототипом имеет в среднем:
на 12,3 % более высокую твердость;
на 51 % более высокую износостойкость.
Использовать составы чугунов с содержанием компонентов, входящих за заявляемые
пределы (составы 2, 6) нецелесообразно, так как в этих случаях у чугунов наблюдается
снижение вышеуказанных свойств.
Источники информации:
1. Чугун: Справочник / Под ред. А.Д.Шермана, А.А.Жукова - М.: Металлургия, 1991. С. 374.
2. А.с. СССР 1698309, МПК C 22C 37/10, 1991.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
95 Кб
Теги
by14155, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа