Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2451099

(19)

RU

(11)

2451099

(13)

C1

(51) МПК C22C37/04 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.08.2012 - действует Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011122568/02, 06.06.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

06.06.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 06.06.2011

(45) Опубликовано: 20.05.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2384641 С1, 20.03.2010. RU 2416660 С1 20.04.2011. RU 2234553 С1, 20.08.2004. JP 60247036 А, 06.12.1985. ЕР 1384794 А1, 28.01.2004.

Адрес для переписки:

115088, Москва, ул. Шарикоподшипниковская, 4, ОАО НПО "ЦНИИТМАШ", отд.40, Л.М. Матевосову, рег. 354

(72) Автор(ы):

Гущин Николай Сафонович (RU),

Нуралиев Фейзулла Алибала оглы (RU),

Гулак Ольга Николаевна (RU),

Находкин Валерий Михайлович (RU),

Бекишева Ольга Петровна (RU),

Гущина Ольга Владимировна (RU),

Олейников Дмитрий Владиславович (RU),

Зайчикова Анастасия Михайловна (RU),

Чижов Николай Владимирович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

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

(54) ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН

(57) Реферат:

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 Мо 2 С и очень твердых карбидов хрома типа Сr 7 С 3 , 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 Сr 3 С, 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

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

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 * (Сr 7 С 3 +Мо 2 С), %

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 Сr 7 С 3 и карбидов молибдена Мо 2 С.

Формула изобретения

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%.