CS214651B2 - Litina odolná proti opotřebeni - Google Patents

Description

Vynález se týká litiny odolné proti opotřebení, s vysokým obsahem chrómu. Takovýchto druhů litiny je možno 'použít při výrobě popřípadě správkách dílců vystavených opotřebení otěrem, popřípadě oděrem- a rázy, jako jsou například zuby korepků. kolesových a jiných bagrů a rypadel, pracovní díly kladivových a čelisťových drtičů, vrtné nástroje k vrtání usazených hornin, lopaty 'buldozerů a nože škrabáků. Uvedené jednotlivé dílce popřípadě jejich pracovní díly se mohou vyrábět popřípadě vyspravovat za použití litiny navrhovavného složení převážně elektrickým přetavením litinových elektrod pod etruskou v kokilách, jejichž stěny a dna mají tvavr, odpovídající jednotlivým dílcům, jež se mají vyrobit popřípadě vyspravit.

Různé druhy litiny odolné proti opotřebení jsou již známy. Rozsáhlé použití těchto, druhů litiny v moderní technice je podmíněno za prvé nízkou cenou ve srovnání s diamantovými nástroji a nástroji s brity ze slinutých karbidů vysokotajících kovů, jako jsou například wolfram, titan a tantal, za druhé dostatečně vysokou vrubovou houževnatostí, což je důležité zejména při namáhání rázy, a za třetí dostatečně vysokou odolností proti opotřebení oděrem.

Je známa litina odolná proti opotřebení, které se používá k vyspravování opotřebovaných dílců navařováňím v elektrickém oblouku a která má toto hmot. složení: 2,5 až 3,5 % uhlíku, 0,5 až 2.0 % křemíku, 0,1 až 1,0 % manganu, 5.0 až 20,0 '% chrómu, 0,4 až 1,5% boru, pod 1,0 % niklu, zbytek do 100,0 % železo a příměsi.

Takováto litina je vhodná k navařování poměrně tenkých vrvstev na jednotlivvé dílce, které jsou Společně s jinými dílci z kovů a jejich Slitin vystaveny oděru, například k navařování na čelní plochy vřeten , výfukových. ventilů ve spalovacích motorech..

Použití takovéto litiny k výrobě jednotlivých dílců nebo jejich pracovních dílů, které jsou vystaveny opotřebení oděrem a rázy, je pro její nedostatečnou mechanickou pevnost neúčelné.

Dále je známa litina odolná proti opotřebení, která se vyznačuje vyšší 'pevností a může být použita k výrobě nových nebo k vyspravení opotřebovaných dílců, jež jsou vystaveny opotřebení oděrem popřípadě oděrem a rázy. Tato litina obsahuje v hmot. koncentraci: asi 3,0 % uhlíku, asi 1,0 % křemíku, asi 1,5 % manganu, až 20,0 %(chrómu, asi 0,5% molybdenu, zbytek do 100 % železo a příměsi, viz Petrov I. V.: Použití navařených vrstev Odolných vůči opotřebení k prodloužení životnosti pracovních dílů sil214651 ničních strojů; souhrnný svazek „Výsledky vědy“, vydání „Svařování“, - vydavatelství

Metallurgia, 1969.

Jednotlivé dílce, vyrobené za použití popsané litiny, se však vyznačují nedostatečnou odolností proti namáhání rázy, což vede k opětovanému odštěpování vnějších vrstev a k nerovnoměrným tvarovým deformacím těchto dílců. Odchylka tvaru dílců od tvaru, předepsaného konstrukcí, má za následek zvýšení dynamické zátěže strojů, v nichž se tyto dílce používají, a zvýšenou spotřebu energie. Tato okolnost je příčinou, že se tyto dílce musí vyměňovat' ještě před skutečným opotřebením.

Ze známých druhů litiny je přijatelná litina, která obsahuje v hmotnostní koncentraci: :

uhlík křemík mangan chrom nikl železo a příměsi

2,5	až	3,3	%
2,8	až	3,5	%
. až	do	1,5	%
25	až	31	%'
•3,9	až	5,9	%

zbytek do 100,0 %

Tato litina, navařená v- tenké vrstvě na dílce vyrobené' z houževnatých irázuvzdorných ocelí, se vyznačuje dobrou'odolností proti namáhání rázy a oděrem. Pro vysoký obsah křemíku a hrúbozrnnóú mikroštrúkturu se však tato litina vyznačuje zvýšenou křehkostí, ve vrstvách, jejichž tloušťka je srovnatelná s tloušťkou ocelového dílce, popřípadě je větší. Z toho důvodu může použití takovéto litiny jakožto materiálu k výrobě pracovních dílů, jako jsou například špičky zubů korečků kolesových rypadel, nosy kladiv drtičů apod., vést k jejich zlomení při zatížení rázy.

Kombinované namáhání rázy a oděrem takovýchto· dílců, které jsou opatřeny pracovními díly ,z výše uvedené litiny, ještě více zkracuje-jejich životnost. - .

Účelem vynálezu je odstranit popsané nedostatky, tj,·. prodloužit životnost dílců, vyrc hených z litiny odolné proti opotřebení.

Podnětem k vynálezu byl,úkol, získat snížením obsahu křemíku a vytvořením jemnozrnné mikrostruktury litinu, která se vyznačuje zvýšenou odolností proti opotřebení rázy a oděrem.

Daný . úkol řeší litina odolná, proti opotřebení podle vynálezu, sestávající z uhlíku, křemíku, manganu, chrómu, niklu, železa a příměsí. Podstata vynálezu spočívá v tom, že obsahuje navíc ještě titan, přičemž, uvedené složky jsou obsaženy v níže uvedené hmotnostní koncentraci, a to uhlík 3,9 až 3,5 % křemík 9,6 až 1,5% mangan 9,8 až 1,5 % chrom 23,9 až .27,9 % nikl 3,9 až 3,5 %^! titan . 9,6 až 1,9%

Železo a příměsi. zbytek do 199,9 %

Použitím křemíku v hmot. množství nanejvýš 1,5 % a zavedením titanu se podstatně zlepší mikrostruktura litiny odolné proti opotřebení, sníží se její; křehkost a zvýší se odolnost vůči opotřebení rázy a oděrem.

Litinu odolnou proti ooptřebení o chemickém složení podle vynálezu je možno vyrobit v obloukových a indukčních pecích se zásaditou vyzdívkou tavením vsázky, sestávající ze šedého surového ocelárenského železa, ocelového odpadu s nízkým (do 9,3 %) obsahem uhlíku, ferrochromu, ferromanganu, ferrosilicia, kovového· niklu a ferrotitanu (popřípadě kovového titanu).

• Nejprve se do elektrické pece, jehož tavný prostor má teplotu přibližně 1900 °C, vnesou housky surového ocelárenského železa a oqelový odpad.. Podle stupně roztavení těchto složek se do elektrické pece y. malých dílčích množstvích (v rozmezí 15 áž 25' % vypočteného množství) přidá férrochrom a do vzniklé taveniny, obsahující chrom se přidá nikl. Po roztavení všech uvedených složek a. po zhomogenizování taveniny se do pece přidá přísada vápna v hmot. množství asi 5 %, vztaženo na'hmot. množství vsázky, a obsah elektrické pece se zahřeje · během 1 áž 1,5 hodiny na teplotu 1439 -j- 59 °C, až do vytvoření řídké strusky. Pro zvýšení tekutosti struskíy je možno do pece přidat kaživec v hmot. množství asi 3 %, vztaženo na množství vsázky. Do taveniny kovů se vnese fepromangan a po· jeho roztavení se popřípadě přidá ferrosillcium a roztaví se. Po odstranění strusky se do pece přidá kovový titan, popřípadě ferrotitan. Tavenina se zhomogenizuje a vzniklá litina, odolná proti opotřebení se odpíchne.

Vyrobená litina se účelně odlévá do forem, jejichž kapacita odpovídá objemu jednotlivých elektrod k výrobě jednotlivých strojních dílů elektrickým přetavením pod struskoú. Potřebné strojní díly . se mohou vyrobit i přímým odlitím tekuté litiny, odolné vůči opotřebení,,do pískových'forem.

Výrobky z litiny, odolné proti opotřebení, o chemickém složení podle vynálezu se vyznačují těmito vlastnostmi:

tvrdost, HRC 48 až 55 mez pevnosti v ohybu,

MPa 696,27 až 735,49 průhyb, měřený při zlomení vzorku o rozměrech

349 X 49 X 29 mni přibližně 3,45 dále. uvedené příklady složení litiny podle vynálezu, odolné proti opotřebení, vynález blíže objasňují.

Příklad 1

Litina, odolná proti opotřebení, sestává z těchto složek, jejichž obsah je uveden v hmot. koncentraci:

uhlík 3,0 % křemík 0,6 % mangan 0,8 % chrom 23,9 °/n nikl 3,0% titan 0,6 % železo a příměsi zbytek do 100,0 %

Jako příměsi, jejichž obsah nutno kontrolovat, obsahuje tato litina odolná próti opotřebení až do 0,05 % fosforu a až do 0,05 procenta síry.

.Tato litina se získá ze vsázky, obsahující níže uvedené složky jejichž obsah je uveden v hmot. koncentraci:

surové ocelárenské železo 12,8 % ocelový vodpad 44,6 % ferrochrom 35,2 % ferromangan 0,9 % nikl 2,5 % titan 4,0%

K úpravě chemického složení této litiny podle výsledků rychlé analýzy vzorků taveniny je možno použít ferrosilicia v množství asi 2'%, vztaženo na celkové hmot. množství výše uvedených složek vsázky.

Chemické složení výše uvedených složek vsázky je uvedeno v tabulce 1.

Tabulka 1 chemické prvky a jejich hrňot. koncentrace ve složkách vsázky v %

složky vsázky	Fe	O	Si	Mn	Cr	Ni	Ti	S	P	Cu	As
surové ocelárenské železo	93,15	4,0	2,2.	0,50				0,02	0,13
ocelový odpad	98,48	0,18	0,12	0,5	0,2	0,15	—	0,05	0,04	0,2	0,08
ferrochrom	18,7	7,8	1,3	0,8	71,4	—	-	—	—	—	—
ferromangan	18,89	7,0	1,9	73,0		—	—	0,01	0,20	—	—
nikl	—	—		—	' —	99,99	— .	—	— ·,	—	—
titan	—.	-r-	—	—	—	.—	99,99	—	—	—-
ferrosillcium	54,32	—	44,0	0,-6	0,5	...	—	0,03	0,05 .		. —

Množství jednotlivých složek vsázky, jichž je třeba pro· utavení litiny, se vypočtou známým způsobem, přičemž se vychází z kapacity kelímku elektrické pece a z výše uvedené charakteristiky složení vsázky.

Litina odolná proti opotřebení se získá tavením v indukční peci v tavícím kelímku o obsahu 2,5 t z křemenného písku popřípadě z mletého¹ křemence (kvarcitu). Elektrický příkon pece činí 1300 kW.

Do tavícího kelímku indukční pece, připravené známým způsobem k tavení, se ve vypočteném množství vnese surové ocelárenské železo a ocelový odpad a tyto složky se postupně během 40 až 50 minut roztaví, přičemž se teplota tavení zvýší až na 1430 °C.

Do vzniklé taveniny se pětkrát v dílčích dávkách po 20 % vypočteného celkového množství přidá během 1 hodiny ferrochrom, přičemž se každá následná dílčí dávka přidá po roztavení předchozí dávky. Do vzniklé taveniny obsahující chrom se vnese ve vypočteném množství nikl a po jeho roztavení se tavenina udržuje po 1 až 1,5 hodiny na teplotě v rozmezí 1430 až 1450 °C. Během této doby se do tavícího kelímku přidá přísada vápna v množství 5 % celkové hmotnosti vsázky, aby se zabránilo napadení vyzdívky kelímku, a do vzniklé strusky se ke snížení její viskozity přidá kazivec v množství 3 % celkové hmotnosti vsázky. Struska chrání taveninu před oxidací a přispívá k jejímu odplynění.

až 30 minut před skončením tavení se struska odstraní, k tavenině se ve vypočte— ném množství přidá ferromangan a po· jeho roztavení se odeberou vzorky taveniny pro rychlou analýzu. Podle výsledků této analýzy následuje úprava chemického složení taveniny přidáním ferrosilicia.

Bezprostředně před vypuštěním se do taveniny přidá ve vypočteném množství titan. Tavenina se vypouští do předem zahřáté licí pánve.

Výše je popsán konkrétní příklad tavení litiny, odolné proti opotřebení, s výše uvedeným chemickým složením. Se zřetelem k okolnosti, že chemické složení průmyslově používaných vsázek je charakterizováno údaji, zpravidla se odchylujícími od údajů uvedených v tabulce 1, je při tavení litiny, odolné vůči opotřebení, nutno rychlou analýzu chemického složení taveniny několikrát opakovat a rovněž několikrát provést úpravu složení taveniny za použití nejen ferrosilicia, nýbrž i jiných ferroslitin. Při každém odebrání vzorku se pec odstaví na 10 až 20 minut, tj. na dobu potřebnou k provedení rychlé analýzy.

Ze vzniklé litiny, odolné proti opotřebení, se odlitím do dobře vysušených forem z jílovitého· písku vyrobí deskové a tyčové polotovary o tloušťce 10 až 15 mm, z nichž se připraví elektrickým přetavením pod struskou zkušební tělesa ke stanovení Rockwellovy tvrdosti, meze pevnosti v ohybu, průhybu zkušebního tělesa při zlomu, koeficientu poměrné odolnosti proti opotřebení oděrem a koeficientu poměrné odolnosti proti opotřebení oděrem a rázy.

214851

Tvrdost se stanoví známou metodou ve zkušebním přístroji pro stanovení Rockwellovy tvrdosti na desk ovitých vzorcích o tloušťce 10 mm.

Mez pevnosti v ohybu se stanoví za statického zatížení válcových vzorků o tloušťce 30 milimetrů a délce 660 mm. Vzdálenost mezi hranolovitými operami činí 600 mm. Vzorek se zatěžuje koncentrovaně uprostřed.

Na týchž vzorcích se po zlomu měří průhyb. .....

Koeficient poměrné odolnosti proti opotřebení oděrem se stanoví v Chauortově. zkušebním přístroji oděrem vzorků o rozměrech 70 X 35 X 20 mm, které byly zhotoveny z litiny odolné proti opotřebení, o chemickém složení podle vynálezu, dále ze známé litiny odolné proti opotřebení a z vyžíhané oceli 45, slouží jako srovnávací standard. 0cel 45 obsahuje v hmot. koncentraci 0,42 až 0,50 % uhlíku, zbytek je železo a příměsi. .

Jako brusného prostředku se používá volně sypané žulové drti o zrnění v rozmezí 2 áž 3 mm. Každé zkušební těleso se váží, odírá po dobu 15 minut za zatížení 150 kp, načež se opět váží a — za přijetí velikosti oděru zkušebního tělesa z oceli 45 jakožto měrné jednotky — se vypočte koeficient 2J poměrné odolnosti proti opotřebení oděrem podle vztahu . yr_ APst45 ^L ~ AP_VG ’ kde

ÁP_St45 znamená hmotnostní ztrátu zkušebního tělesa z ocele 45, a

AP_Vg znamená Hmotnostní ztrátu zkušebního tělesa z litiny odolné proti opotřebení.

Stanovení koeficientu poměrné odolnosti proti oděru a rázům se provádí zjišťováním stavu zubů korečků kolesového rypadla za podmínek průmyslového nasazení. Toto kolesové rypadlo s housenkovým podvozkem má korečkové koleso opatřené devíti nedělenými korečky, přičemž každý koreček má 6 zubů o pracovním dílu v délce až 100 mm.

Pro. zkoušku se vyrobí po třech sadách zkušebních zubů, jejichž pracovní díly byly vyrobeny elektrickým struskovým přetavením litiny odolné proti opotřebení o chemickém složení podle vynálezu a známé litiny s následným navařením na ocelové násady.

Při jednotlivých cyklech zkoušek se při úklidových pracích ve vrstvách křemencových pískovců spotřebuje vždy 27 zubů každého typu. Odolnost proti opotřebení se zjistí ze šířky opotřebené plochy na zadní hraně každého zubu. Když šířka uvedené plochy dosáhne 35, mm, nahradí se opotřebený zub novým zubem téhož typu.

Koeficient ψ poměrné odolnosti proti opotřebení oděrem a rázy se určí ze vztahu kde

N_c znamená počet nahrazených zubů s pracovními díly ze známé. litiny, a

Nvg znamená počet nahrazených zubů s pracovními díly z litiny odolné proti opotřebení, o chemickém složení podle vynálezu.

Výsledky jednotlivých uvedených zkoušek jsou shrnuty v tabulce 2.

vlastnost a měrná jednotka 'Tabulka 2 hodnoty získané při zkouškách s litinou odolnou proti se známou litinou opotřebení o složení ......

podle vynálezu tvrdost, HRC mez pevnosti v ohybu, MPa průhyb zkušebního tělesa při zlomu, mm koeficient poměrné odolnosti proti opotřebení oděrem oděrem a rázy až 52 . 48 až 50...

732,56 ' 704,12

3,60 3,20

5,60 5,0

1,9 ¹-°

Příklad 2

Litina odolná proti opotřebení sestává z těchto složek, jejichž obsah je uveden v hmot. koncentraci uhlík 3,2 %^! křemík .1,2 % mangan 1,1 % chrom 25,0 % nikl 3,2 % titan 0,8 % železo a příměsi zbytek do 100,0 %

Jakožto příměsi, jejichž obsah nutno kontrolovat, obsahuje tato litina odolná proti opotřebení síru až do 0,05 %' a fosfor až do 0,05%.

Tato litina uvedeného chemického složení se vyrobí ze vsázky o těchto složkách, jejichž obsah je uveden v hmot. koncentraci:

surové ocelárenskě železo 14,2 % ocelový odpad 41,5% ferrochrom 36,1% ferromangan 1,1 % nikl 2,8 % titan 4,4 %'

K úpravě chemického složení této litiny odolné proti opotřebení je podle výsledků rychlé analýzy vzorků taveniny možno použít ferrosilicia v množství až 2%, vztaženo na celkové hmotnostní množství výše uvedených složek vsázky.

Uvedené složky vsázky se vyznačují chemickým složením, uvedeným v příkladu 1 v tabulce 1.

Utavení litiny odolné proti opotřebení se provádí v indukční peci podobně jako v příkladu 1.

Z utavené litiny se odlitím do dobře vysušených forem z jílovitého písku vyrobí deskové a tyčové polotovary o tloušťce 10 až 15 milimetrů, z nichž se elektrickým přetavením pod struskou připraví zkušební tělesa ke stanovení tvrdosti podle Rockwella, meze pevnosti v ohybu, průhybu zkušebního tělesa při zlomu, koeficientu poměrné odolnosti proti opotřebení oděrem a koeficientu poměrné odolnosti proti opotřebení oděrem a rázy.

Zkoušky se provádějí podobně jako v příkladu 1. Výsledky zkoušek jsou sestaveny v tabulce 3.

Tabulka 3 vlastnost a měrná jednotka hodnoty získané při zkouškách s litinou odolnou se známou litinou proti opotřebení o složení podle vynálezu

tvrdost, HRC	50 až 53	48 až 50
mez pevnosti v ohybu, MPa	709,02	704,12
průhyb zkušebního tělesa
při zlomu, mm·	3,55	3,20
koeficient poměrné odolnosti
proti opotřebení oděrem	6,1	5,0
oděrem a rázy	2,0	1,0
Příklad 3	K úpravě chemického složení
	•odolné proti	opotřebení podle

Litina odolná proti opotřebení sestává z těchto složek, jejich obsah je uveden v hmotnostní koncentraci:

uhlík křemík mangan chrom nikl titan železo a příměsi

3.5 % 1,0 %

1.5 % 27,0 %

3.5 % 1,0· %:

zbytek do 100,0 %

Jakožto příměsi, jichž obsah nutno kontrolovat, obsahuje tato litina až 0,07 % síry a až 0,07 % fosforu.

Tato litina uvedeného chemického složení se vyrobí ze vsázky o těchto složkách, jejichž obsah je uveden v hmot. koncentraci surové ocelárenskě železo ocelový odpad ferrochrom ferromangan nikl titan

14,8 %

38.6 %

37.6 %

1,3 %; 3,0 % 4,7 % výsledků rychlé analýzy vzorků taveniny je možno· použít ferrosilicia v množství až 2 %, vztaženo na celkové hmotnostní množství výše uvedených složek vsázky.

Uvedené složky se vyznačují chemickým složením, uvedeným v tabulce 1 příkladu 1.

Litina odolná proti opotřebení se vyrobí v indukční peci podobně jako v příkladu 1.

Z utavené litiny se odlitím do dohře vysušených forem z jílovitého písku vyrobí deskové a tyčové polotovary o tloušťce 10 až 15 mm, z nichž se elektrickým přetavením pod struskou připraví zkušební tělesa ke stanovevní Rockwellovy tvrdosti, meze pevnosti v ohybu, průhybu zkušebního tělesa při zlomu, koeficientu poměrné odolnosti proti opotřebení oděrem a koeficientu poměrné odolnosti proti opotřebení oděrem a rázy.

Zkoušky se provádějí podobně jako v příkladu 1. Výsledky zkoušek jsou uvedeny v tabulce 4.

214851

Tabulka 4 vlastnost a měrná jednotka hodnoty získané při zkouškách s litinou se známou litinou odolnou proti opotřebení o složení podle vynálezu

tvrdost, HRC	52 až 55	48 až 50
mez pevnosti v ohybu, MPa	696,27	696,27
průhyb zkušebního tělesa
při zlomu, mm	3,42	3,20
koeficient poměrné odolnosti
proti opotřebení oděrem	6,45	5,0
oděrem a rázy	2,2	1,0

Odborníkům v dané oblasti techniky bude jasné, že litina odolná proti opotřebení se může vyznačovat jinou koncentrací složek, než jaká je uvedena v typických přikladech provedení vynálezu, za podmínky, že konkrétní koncentrace složek nepřekračuje podstatu vvynálezu a rozsah požadované patentové ochrany.

Claims (1)

1. Litina odolná proti opotřebení, sestávvající z uhlíku, křemíku, manganu, chrómu, niklu a železa, vyznačující se tím, že navíc obsahuje titan, přičemž uvedené složky jsou v litině obsaženy v níže uvedeném hmot. množství, a to vynalezu

   uhlík 3,0 až 3,5 % křemík 0,6 až 1,5 % mangan 0,8 až 1,5 % chrom 23,0 až 27,0 % nikl 3,0 až 3,5 % titán 0,6 až 1,0 % železo' a příměsi zbytek do 100,0 %

   severografla, n. p., xírod 7, Moat