close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 6553

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 6553
(13) C1
(19)
7
(51) C 22C 37/06
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
(21) Номер заявки: a 20001190
(22) 2000.12.29
(46) 2004.09.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Физико-технический
институт Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
ЧУГУН
(72) Авторы: Дудецкая Лариса Романовна;
Орлов Юрий Григорьевич; Дмитриев
Сергей Александрович; Гарбуз Станислав Викентьевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Физико-технический институт Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(57)
Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, железо и примеси, отличающийся тем, что он дополнительно содержит титан, алюминий, магний, кальций и редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
2,4-3,6
кремний
0,8-2,2
марганец
1,5-2,5
хром
19,0-25,0
титан
0,15-0,35
алюминий
0,2-2,5
магний и кальций
0,05-0,10
редкоземельные металлы
0,05-0,10
железо и примеси
остальное.
BY 6553 C1
(56)
ГОСТ 7769-82.
BY 19980031 A, 1999.
SU 1588795 A1, 1990.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным материалам, работающим в условиях абразивного изнашивания при повышенных температурах.
Изобретение может быть использовано при производстве деталей печного оборудования, например размалывающих элементов обжиговых печей.
Материал, предназначенный для такого рода изделий, получаемых методом литья,
должен обладать достаточной прочностью и износостойкостью при повышенных температурах. Для этого он должен содержать в структуре не менее 20 % карбидной фазы в виде эвтектики на основе специальных карбидов и иметь достаточно пластичную металлическую матрицу, например аустенит. Кроме того, на поверхности деталей при рабочих
температурах должна образовываться защитная пленка, препятствующая окислению и
BY 6553 C1
росту в газовой среде. Такая структура обеспечивается за счет легирования чугуна хромом, кремнием, алюминием, образующими на поверхности отливок сложные плотные оксиды, защищающие от коррозии. Стабильность структуры обеспечивается за счет массивной сетки карбидов хрома, а повышенные механические свойства - за счет стабильного
легированного аустенита.
Широко известны высокохромистые литейные сплавы с низким содержанием углерода [1], используемые для изготовления деталей печного оборудования, испытывающих незначительные механические нагрузки в процессе эксплуатации. Недостатком этих сплавов
является неудовлетворительная жидкотекучесть, высокая стоимость и пониженная износостойкость.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому сплаву является хромистый чугун ЧХ22С [2] следующего состава, мас. %:
углерод
0,6-1,0
кремний
3,0-4,0
марганец
1,0
хром
19-25
железо и примеси остальное.
К числу недостатков данного сплава можно отнести повышенную склонность к образованию трещин и пониженную износостойкость, что связано с присутствием в структуре
отливок продуктов распада аустенита, сопровождающимся значительными объемными
изменениями.
Вышеописанный чугун был выбран авторами в качестве прототипа как наиболее
близкий к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату.
Задачей настоящего изобретения является повышение литейных и эксплуатационных
свойств чугуна, прежде всего, трещиностойкости и износостойкости при сохранении высокой жаростойкости. Поставленная задача решается тем, что в чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, железо и примеси, дополнительно вводят алюминий, титан,
кальций, магний и редкоземельные металлы (РЗМ) при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
2,4-3,6
кремний
0,8-2,2
марганец
1,5-2,5
хром
19-25
алюминий
0,2-2,5
титан
0,15-0,35
магний и кальций
0,05-0,10
редкоземельные металлы
0,05-0,10
железы и примеси
остальное.
Приведенные соотношения компонентов обеспечивают совокупность высоких механических, литейных и эксплуатационных свойств чугуна.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного наличием новых компонентов, а именно алюминия, титана, щелочноземельных и редкоземельных элементов, что свидетельствует о соответствии
предлагаемого технического решения критерия "новизна".
В качестве примера осуществлена выплавка сплавов, химический состав которых приведен в табл. 1.
2
BY 6553 C1
Таблица 1
Химический состав опытных сплавов*
№
опыта
Вид сплава
1
2
Уровень
содержания компонетов
3
Химический состав, %
С
Si
Mn
Cr
Ti
Аl
Mg+Са
РЗМ
4
5
6
7
8
9
10
11
-
-
-
-
1
Известный
средний
0,8
3,5
0,5
22,0
2
Предлагаемый
средний
3,0
1,5
2,0
22,0 0,25 1,35
0,08
0,08
2,4
3,6
3,8
0,8
2,2
2,4
1,5
2,5
2,7
19,0 0,15 0,20
25,0 0,35 2,5
27,0 0,40 2,7
0,05
0,10
0,12
0,05
0,10
0,12
2,2
1,3
1,3
17,0 0,10
0,03
0,03
нижний
верхний
выше
верхнего
ниже
среднего
* - железо и примеси - остальное.
0,1
Выплавку сплавов производили в индукционной электропечи ИСВ 0004 ПИМ1 с
алундовым тиглем в атмосфере аргона по известной технологии. В качестве шихтовых
материалов использовали чугун передельный ПЛ1 ГОСТ 805-80, феррохром углеродистый ФХ800 ГОСТ 4755-80, лом стальной, ферросилиций ФС45 ГОСТ 1415-79, ферромарганец ФМн70 ГОСТ 4755-80, ферротитан ГОСТ 4761-91, алюминий вторичный (отходы),
лигатуру на основе алюминия, щелочноземельных и редкоземельных элементов (70 %
алюминия) ТУ РБ 205.832-87.
Титан, кальций, магний и редкоземельные элементы оказывают на сплав рафинирующее и модифицирующее действие, создавая дополнительные центры кристаллизации при
затвердевании отливок. При концентрации указанных элементов ниже, чем, соответственно, 0,15 и 0,05 % модифицирующее действие проявляется слабо, при концентрации выше,
чем, соответственно, 0,35 и 0,10 наблюдается эффект "перемодифицирования", проявляющийся в загрязнении сплава неметаллическими включениями.
Алюминий способствует повышению жаростойкости хромистого чугуна за счет образования на поверхности отливок защитного слоя, содержащего оксид AlO3 или другие более сложные оксиды, содержащие алюминий. Высокое содержание хрома препятствует
образованию структурно свободного графита и, следовательно, росту чугуна при высоких
температурах. При концентрации алюминия выше, чем 2,5 % в жидком металле усиливается пленкообразование, что резко снижает литейные и механические свойства и жидкотекучесть чугуна. При концентрации алюминия ниже, чем 0,2 % его влияние на окисляемость не проявляется.
Содержание кремния в выбранных пределах 0,8-2,2 % обеспечивает необходимую
жидкотекучесть сплава и несколько повышает его жаростойкость. При содержании кремния меньше 0,8 % жидкотекучесть снижается, при концентрации его выше, чем 2,2 % у
отливок появляется склонность к образованию трещин и снижается износостойкость.
Результаты испытаний известного и заявляемого чугунов приведены в табл. 2.
При проведении испытаний твердость сплавов измеряли на приборе типа "Роквелл",
ударную вязкость - на маятниковом копре по ГОСТ 9454-789 на образцах без надреза. Измерение трещиностойкости производили по методике, описанной в [3], на образцах,
имеющих форму круглой решетки. Жидкотекучесть определяли по методу вакуум3
BY 6553 C1
всасывания [4]. Среднюю величину измерения определяли при трехкратном повторении
опытов. Износостойкость сплавов оценивали по результатам абразивного изнашивания
образцов методом торцевого трения о шлифовальную шкурку. Общее время испытаний
для каждого образца составляло 12 мин. Износ образцов определяли после каждой минуты испытаний и оценивали по убыли массы взвешиванием с точностью 10-4 г. Жаростойкость определяли по величине прироста массы образцов по ГОСТ 6130-71 при температурах 700 и 850 °С.
Таблица 2
Основные свойства известного и заявляемого сплавов
Механические
Эксплуатационные
Литейные свойства
свойства
свойства
Уровень
ОстаЖароЖидкоте№
содержаточные ИзносоВид сплава
стойкость
Твер- Ударная кучесть
опыта
ния компонапря- стойкость
при
дость вязкость
при
нетов
жения
(потеря
HRC ан, Дж 1400 °С
850 °С µ,
массы), г
σост,
L, мм
г/м2ч
МПА
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 Известный средний
54
4,3
120
160
0,1620
0,1727
2 Предласредний
52
5,5
140
150
0,1470
0,1324
гаемый
нижний
50
4,8
130
130
0,1500
0,1418
верхний
51
5,3
140
155
0,1320
0,1238
выше
50
4,2
120
160
0,1720
0,1822
верхнего
ниже сред- 53
3,8
100
160
0,1510
0,1686
него
Результаты, приведенные в табл. 2, свидетельствуют о том, что оптимальное сочетание механических, литейных и эксплуатационных свойств наблюдается у сплавов 2...4. Из
таблицы следует, что предлагаемый сплав по сравнению с прототипом обладает более высокими свойствами и отвечает поставленной при разработке задаче.
Предлагаемый сплав предполагается внедрить на машиностроительных предприятиях,
изготавливающих детали печного оборудования, например, на Бобруйском машиностроительном заводе, а изделия из него - на печном оборудовании различного назначения, например, в строительной отрасли на печах для обжига извести, цемента и др.
Источники информации:
1. Чугун: Справочник / Под ред. А.Д. Шермана и А.А. Жукова. - М.: Металлургия,
1991. - С. 576.
2. ГОСТ 7769-82.
3. Цыпин И.И. Белые износостойкие чугуны. Структура и свойства. - М.: Металлургия, 1983. - С. 147-150.
4. Худокормов Д.Н. Роль примесей в графитизации чугуна. - Мн.: Наука и техника,
1968. - С. 92.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
209 Кб
Теги
6553, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа