EA033878B1 - Composite metal product - Google Patents

Composite metal product Download PDF

Info

Publication number
EA033878B1
EA033878B1 EA201691326A EA201691326A EA033878B1 EA 033878 B1 EA033878 B1 EA 033878B1 EA 201691326 A EA201691326 A EA 201691326A EA 201691326 A EA201691326 A EA 201691326A EA 033878 B1 EA033878 B1 EA 033878B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
particles
product
refractory
nbc
composite metal
Prior art date
Application number
EA201691326A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201691326A1 (en
Inventor
Синьху Тан
Кевин Фрэнсис Долман
Original Assignee
Виэ Минералс Австралия Лтд
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from AU2013905093A external-priority patent/AU2013905093A0/en
Application filed by Виэ Минералс Австралия Лтд filed Critical Виэ Минералс Австралия Лтд
Publication of EA201691326A1 publication Critical patent/EA201691326A1/en
Publication of EA033878B1 publication Critical patent/EA033878B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D13/00Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force
    • B22D13/04Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force of shallow solid or hollow bodies, e.g. wheels or rings, in moulds rotating around their axis of symmetry
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/005Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides comprising a particular metallic binder
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C37/00Cast-iron alloys
    • C22C37/06Cast-iron alloys containing chromium
    • C22C37/08Cast-iron alloys containing chromium with nickel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C37/00Cast-iron alloys
    • C22C37/10Cast-iron alloys containing aluminium or silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/08Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2207/00Aspects of the compositions, gradients
    • B22F2207/01Composition gradients
    • B22F2207/03Composition gradients of the metallic binder phase in cermets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/08Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/10Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on titanium carbide

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

The invention provides a centrifugally cast composite metal product having an axis of rotation, an axially extended exterior surface and a mass of at least 5 kg, comprising a ferrous alloy matrix and 5-50 vol.% of insoluble solid particles of a refractory material distributed in a ferrous alloy, wherein the particles of a refractory material are carbides and/or borides and/or nitrides of one or more than one transition metal wherein the particles of a refractory material form radial layers of the product and are included in an exterior surface layer of the product that extends less than 50% of the radial thickness of the product from the exterior surface of the product, wherein a non-uniform distribution of the refractory particles in the radial thickness of the product is formed, where the non-uniform distribution of the refractory particles comprises a first concentration of particles in one layer of the product that is higher than a second concentration of particles in another layer in the product.

Description

Область техники, к которой относится настоящее изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к способу центробежного литья композиционного металлического изделия, при этом конечное изделие обычно варьирует по массе в диапазоне 20-5000 кг, имеет матрицу из основного металла, обычно матрицу из сплава на основе железа, и содержит наружный поверхностный слой номинальной толщиной 1-20 мм, состоящий из твердых нерастворимых тугоплавких частиц для повышенной износостойкости.The present invention relates to a centrifugal casting method for a composite metal product, wherein the final product typically varies in weight in the range of 20-5000 kg, has a matrix of a base metal, usually a matrix of an alloy based on iron, and contains an outer surface layer with a nominal thickness of 1-20 mm, consisting of solid insoluble refractory particles for increased wear resistance.

Настоящее изобретение также относится к центробежно-литым композиционным металлическим изделиям.The present invention also relates to centrifugally cast composite metal products.

В контексте настоящего изобретения термин тугоплавкие частицы подразумевает включение частиц карбидов, и/или нитридов, и/или боридов с высокой температурой плавления одного или более чем одного из девяти переходных металлов, таких как титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, тантал, хром, молибден и вольфрам, диспергированных в вязком основном металле, который действует в качестве связующей фазы. Каждая из этих тугоплавких частиц представляет собой частицу тугоплавкого материала и называется в настоящем документе как тугоплавкий материал. Как правило, основным металлом является сплав на основе железа. Основным металлом могут также являться суперсплавы на основе никеля и кобальта.In the context of the present invention, the term “refractory particles” means the inclusion of particles of carbides and / or nitrides and / or borides with a high melting point of one or more of one of nine transition metals, such as titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium , molybdenum and tungsten dispersed in a viscous base metal, which acts as a binder phase. Each of these refractory particles is a particle of a refractory material and is referred to herein as a refractory material. Typically, the base metal is an iron-based alloy. The base metal may also be nickel and cobalt-based superalloys.

В контексте настоящего изобретения термин нерастворимый означает для всех намерений и целей, что тугоплавкий материал не растворяется в основном металле при температурах литья, обычно в интервале 1200-1600°C для основных металлов из сплава на основе железа. Может иметься ограниченная растворимость. Однако тугоплавкие частицы существенно отличаются от основного металла тем, что имеется незначительное распределение элементов частиц тугоплавкого материала по основному металлу во время литья и в отвержденном продукте.In the context of the present invention, the term insoluble means for all intents and purposes that the refractory material does not dissolve in the base metal at casting temperatures, typically in the range of 1200-1600 ° C, for base metals of an iron-based alloy. Limited solubility may be present. However, refractory particles differ significantly from the base metal in that there is a slight distribution of the elements of the particles of the refractory material over the base metal during casting and in the cured product.

Краткое описание изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

В первом аспекте раскрыты варианты осуществления центробежно-литого композиционного металлического изделия, имеющего ось вращательной симметрии и массу по меньшей мере 5 кг, обычно по меньшей мере 10 кг и чаще по меньшей мере 20 кг и содержащего основной металл и нерастворимые твердые частицы тугоплавкого материала в неоднородном распределении по основному металлу, при этом частицы имеют плотность, которая находится в пределах 30%, обычно в пределах 20% от плотности основного металла при его температуре литья.In a first aspect, embodiments of a centrifugally cast composite metal article having a rotational symmetry axis and a mass of at least 5 kg, typically at least 10 kg and more often at least 20 kg and containing a base metal and insoluble solid particles of a refractory material in an inhomogeneous distribution over the base metal, wherein the particles have a density that is within 30%, usually within 20% of the density of the base metal at its casting temperature.

Композиционное металлическое изделие содержит две различные зоны в отвержденном материале, а именно зону нерастворимых твердых частиц тугоплавкого материала и область основного металла, которая почти не содержит тугоплавких частиц, при этом тугоплавкие частицы существенно отличаются от основного металла тем, что имеется незначительное распределение элементов частиц тугоплавкого материала по основному металлу при температуре литья и в отвержденном продукте.A composite metal product contains two different zones in the cured material, namely, the zone of insoluble solid particles of the refractory material and the region of the base metal, which contains almost no refractory particles, while the refractory particles differ significantly from the base metal in that there is a slight distribution of the elements of the particles of the refractory material on base metal at casting temperature and in the cured product.

Отличительной особенностью данного изобретения является то, что твердые частицы тугоплавкого материала нерастворимы в основном металле при температуре литья и после отверждения, и это отличает данное изобретение от предложений предшествующего уровня техники, таких как JPS632864, в котором в основной металл из сплава на основе железа добавляют ферросплавы (a) Fe-W, (b) Fe-Mo и (c) FeCr с образованием соответственно (a) карбида вольфрама, (b) карбида молибдена и (c) карбида хрома, которые растворимы до различных степеней в основном металле при обычных температурах литья. В результате, в этих системах объемный процент (%) твердых нерастворимых тугоплавких карбидов в микроструктуре является существенно сниженным, и растворенный вольфрам, и/или молибден, и/или хром могут отрицательно влиять на физические и химические свойства основного металла при комнатной температуре в неизвестной степени (например, снижение вязкости и другая реакция на термическую обработку).A distinctive feature of this invention is that solid particles of a refractory material are insoluble in the base metal at casting temperature and after curing, and this distinguishes this invention from prior art proposals such as JPS632864, in which ferroalloys are added to the base metal of an iron-based alloy. (a) Fe-W, (b) Fe-Mo, and (c) FeCr to form respectively (a) tungsten carbide, (b) molybdenum carbide, and (c) chromium carbide, which are soluble to various degrees in the base metal at a usual rate Aturi casting. As a result, in these systems, the volume percent (%) of solid insoluble refractory carbides in the microstructure is significantly reduced, and dissolved tungsten, and / or molybdenum, and / or chromium can adversely affect the physical and chemical properties of the base metal at room temperature to an unknown degree (for example, a decrease in viscosity and another reaction to heat treatment).

В некоторых вариантах осуществления тугоплавкие частицы могут иметь плотность, которая выше плотности основного металла, и в этом случае будет наблюдаться более высокая концентрация тугоплавких частиц в направлении к наружной поверхности центробежно-литого композиционного металлического изделия.In some embodiments, the implementation of the refractory particles may have a density that is higher than the density of the base metal, and in this case there will be a higher concentration of refractory particles towards the outer surface of the centrifugal cast composite metal product.

В некоторых вариантах осуществления тугоплавкие частицы могут иметь плотность ниже, чем плотность основного металла, и в этом случае будет наблюдаться более высокая концентрация тугоплавких частиц в направлении к внутренней поверхности изделия.In some embodiments, the implementation of the refractory particles may have a density lower than the density of the base metal, and in this case there will be a higher concentration of refractory particles towards the inner surface of the product.

В некоторых вариантах осуществления неоднородное распределение тугоплавких частиц может включать первую концентрацию тугоплавких частиц в наружном или внутреннем поверхностном слое изделия, которая является более высокой, чем вторая концентрация тугоплавких частиц в другом слое в изделии.In some embodiments, the non-uniform distribution of the refractory particles may include a first concentration of refractory particles in the outer or inner surface layer of the article, which is higher than the second concentration of refractory particles in another layer in the article.

В некоторых вариантах осуществления первая концентрация тугоплавких частиц в наружном поверхностном слое изделия может превышать по меньшей мере на 50 об.%, обычно по меньшей мере на 60 об.%, обычно по меньшей мере на 70 об.% и чаще на 50-120 об.% номинальный объемный процент тугоплавкого материала в изделии.In some embodiments, the first concentration of the refractory particles in the outer surface layer of the article may exceed at least 50 vol.%, Usually at least 60 vol.%, Usually at least 70 vol.% And more often 50-120 vol. .% nominal volume percent of refractory material in the product.

В некоторых вариантах осуществления первая концентрация тугоплавких частиц в наружном поверхностном слое изделия может составлять по меньшей мере 10%, обычно по меньшей мере 20%,In some embodiments, the first concentration of refractory particles in the outer surface layer of the article may be at least 10%, usually at least 20%,

- 1 033878 обычно менее чем 40% и чаще находится в диапазоне 10-40 об.% от общего объема наружного поверхностного слоя.- 1,033878 is usually less than 40% and more often in the range of 10-40 vol.% Of the total volume of the outer surface layer.

В некоторых вариантах осуществления вторая концентрация тугоплавких частиц в другом слое изделия может находиться в диапазоне 2-4,5 об.%, обычно 2-3,5 об.% от общего объема другого слоя.In some embodiments, the second concentration of refractory particles in another layer of the product may be in the range of 2-4.5 vol.%, Usually 2-3.5 vol.% Of the total volume of the other layer.

В некоторых вариантах осуществления наружный или внутренний поверхностный слой изделия может иметь толщину по меньшей мере 5%, обычно по меньшей мере 20%, чаще по меньшей мере 25% от радиальной толщины изделия в направлении от наружной или внутренней поверхности.In some embodiments, the outer or inner surface layer of the article may have a thickness of at least 5%, usually at least 20%, more often at least 25% of the radial thickness of the article in the direction from the outer or inner surface.

В некоторых вариантах осуществления наружный или внутренний поверхностный слой изделия может иметь толщину по меньшей мере 50%, обычно по меньшей мере 40%, чаще по меньшей мере 20% от радиальной толщины изделия в направлении от наружной или внутренней поверхности.In some embodiments, the outer or inner surface layer of the article may have a thickness of at least 50%, usually at least 40%, more often at least 20% of the radial thickness of the article in the direction from the outer or inner surface.

В некоторых вариантах осуществления наружный или внутренний поверхностный слой изделия может проходить по меньшей мере на 10 см, обычно по меньшей мере на 20 мм, обычно менее чем на 50 мм, обычно 1-50 мм и чаще 5-20 мм от наружной или внутренней поверхности.In some embodiments, the outer or inner surface layer of the article may extend at least 10 cm, usually at least 20 mm, usually less than 50 mm, usually 1-50 mm, and more often 5-20 mm from the outer or inner surface .

В некоторых вариантах осуществления первая концентрация тугоплавких частиц в наружном поверхностном слое изделия может составлять по меньшей мере 5 об.%, обычно по меньшей мере 10 об.%, обычно 5-90 об.% и чаще 10-40 об.% от общего объема частиц.In some embodiments, the first concentration of refractory particles in the outer surface layer of the article can be at least 5 vol.%, Usually at least 10 vol.%, Usually 5-90 vol.% And more often 10-40 vol.% Of the total particles.

В некоторых вариантах осуществления общая концентрация тугоплавких частиц в изделии может составлять по меньшей мере 5 об.%, обычно по меньшей мере 10 об.% и чаще находится в диапазоне 550 об.% от общего объема изделия.In some embodiments, the implementation of the total concentration of refractory particles in the product may be at least 5 vol.%, Usually at least 10 vol.% And more often in the range of 550 vol.% Of the total volume of the product.

В некоторых вариантах осуществления общая концентрация тугоплавких частиц в изделии может находиться в диапазоне 5-40 об.% от общего объема изделия.In some embodiments, the implementation of the total concentration of refractory particles in the product may be in the range of 5-40 vol.% Of the total volume of the product.

В некоторых вариантах осуществления общая концентрация тугоплавких частиц в изделии может находиться в диапазоне 5-20 об.% от общего объема изделия.In some embodiments, the implementation of the total concentration of refractory particles in the product may be in the range of 5-20 vol.% Of the total volume of the product.

В некоторых вариантах осуществления тугоплавкие частицы могут представлять собой карбиды, и/или бориды, и/или нитриды одного или более чем одного переходного металла, при этом частицы представляют собой химическую смесь (но не физическую смесь) карбидов, и/или боридов, и/или нитридов переходных металлов. Другими словами, в случае карбидов тугоплавкие частицы могут относиться к типу, описанному как (M1, M2)C или (M1, M2, M3)C, где M представляет собой переходный металл. Далее в настоящем документе в качестве примера описаны частицы типа (Nb,Ti,W)C.In some embodiments, the refractory particles may be carbides and / or borides and / or nitrides of one or more transition metals, the particles being a chemical mixture (but not a physical mixture) of carbides and / or borides, and / or nitrides of transition metals. In other words, in the case of carbides, the refractory particles can be of the type described as (M 1 , M 2 ) C or (M 1 , M 2 , M 3 ) C, where M is a transition metal. Hereinafter, particles of the type (Nb, Ti, W) C are described as an example.

Основной металл может представлять собой любой подходящий основной металл. Основной металл может представлять собой сплав на основе железа, такой как нержавеющая сталь или аустенитная марганцевая сталь или литейный чугун. Основной металл может представлять собой цветной металл, такой как титан или титановый сплав.The base metal may be any suitable base metal. The base metal may be an iron-based alloy, such as stainless steel or austenitic manganese steel or cast iron. The base metal may be a non-ferrous metal such as titanium or a titanium alloy.

В некоторых вариантах осуществления основной металл может представлять собой сплав, включающий любой из следующих сплавов:In some embodiments, the base metal may be an alloy comprising any of the following alloys:

(a) сталь Гадфильда для использования, например, в мантиях гирационных дробилок;(a) Hadfield steel for use, for example, in gowns of gyration crushers;

(b) нержавеющая сталь 420C для использования, например, во втулках вала в шламовых насосах и (c) высокохромистый белый чугун.(b) 420C stainless steel for use, for example, in shaft sleeves in slurry pumps; and (c) high chromium white cast iron.

Как используется в некоторых вариантах осуществления, сталь Гадфильда может содержатьAs used in some embodiments, the Hadfield steel may contain

1,0-1,4 мас.% C,1.0-1.4 wt.% C,

0,0-1,0 мас.% Si,0.0-1.0 wt.% Si,

10-15 мас.% Mn,10-15 wt.% Mn,

0,0-3,0 мас.% Mo,0.0-3.0 wt.% Mo,

0,0-5,0 мас.% Cr,0.0-5.0 wt.% Cr,

0,0-2,0 мас.% Ni, при этом остальные компоненты представляют собой Fe и случайные примеси.0.0-2.0 wt.% Ni, while the remaining components are Fe and random impurities.

Как используется в некоторых вариантах осуществления, нержавеющая сталь 420C может содержатьAs used in some embodiments, 420C stainless steel may comprise

0,3-0,5 мас.% C,0.3-0.5 wt.% C,

0,5-1,5 мас.% Si,0.5-1.5 wt.% Si,

0,5-3,0 мас.% Mn,0.5-3.0 wt.% Mn,

0,0-0,5 мас.% Mo,0.0-0.5 wt.% Mo,

10-14 мас.% Cr,10-14 wt.% Cr,

0,0-1,0 масс/% Ni, при этом остальные компоненты представляют собой Fe и случайные примеси.0.0-1.0 mass /% Ni, with the remaining components being Fe and random impurities.

Как используется в некоторых вариантах осуществления, высокохромистый белый чугун может содержатьAs used in some embodiments, high chromium white cast iron may contain

1,5-4,0 мас.% C;1.5-4.0 wt.% C;

0,0-1,5 мас.% Si,0.0-1.5 wt.% Si,

0,5-7,0 мас.% Mn,0.5-7.0 wt.% Mn,

0,0-1,0 мас.% Мо,0.0-1.0 wt.% Mo,

15-35 мас.% Cr,15-35 wt.% Cr,

- 2 033878- 2 033878

0,0-1,0 мас.% Ni, при этом остальные компоненты представляют собой Fe и случайные примеси.0.0-1.0 wt.% Ni, while the remaining components are Fe and random impurities.

Композиционное металлическое изделие может представлять собой любое изделие, которое адаптировано для центробежного литья и для которого требуется обладание высокой износостойкостью и высокой вязкостью. Примеры таких изделий включают мантию гирационной дробилки для первичного, вторичного или третичного дробления, втулку вала шламового насоса, валки для использования в дробилках (включая валки большого диаметра, которые имеют диаметр порядка 1 м и толщину радиальной стенки в диапазоне 300-400 мм) и другие элементы дробилок и насосов.A composite metal product may be any product that is adapted for centrifugal casting and which requires high wear resistance and high viscosity. Examples of such products include a gyration crusher mantle for primary, secondary or tertiary crushing, a slurry pump shaft sleeve, rolls for use in crushers (including large diameter rolls that have a diameter of about 1 m and a radial wall thickness in the range of 300-400 mm) and others elements of crushers and pumps.

Во втором аспекте раскрыты варианты осуществления, в которых композиционное металлическое изделие согласно первому аспекту может представлять собой мантию гирационной дробилки для первичного, вторичного или третичного дробления.In a second aspect, embodiments are disclosed in which the composite metal product according to the first aspect may be a mantle of a gyration crusher for primary, secondary or tertiary crushing.

В третьем аспекте раскрыты варианты осуществления, в которых композиционное металлическое изделие согласно первому аспекту может представлять собой втулку вала шламового насоса.In a third aspect, embodiments are disclosed in which the composite metal product according to the first aspect may be a shaft sleeve of a slurry pump.

В четвертом аспекте раскрыты варианты осуществления способа центробежного литья композиционного металлического изделия, имеющего ось вращательной симметрии и массу по меньшей мере 5 кг, обычно по меньшей мере 10 кг и чаще по меньшей мере 20 кг и содержащего основной металл и неоднородное распределение нерастворимых твердых тугоплавких частиц тугоплавкого материала, при этом способ включает:In a fourth aspect, embodiments of a centrifugal casting method of a composite metal product having an axis of rotational symmetry and a mass of at least 5 kg, typically at least 10 kg and more often at least 20 kg and containing a base metal and a non-uniform distribution of insoluble solid refractory particles of refractory are disclosed material, the method includes:

(a) формирование суспензии, содержащей твердые частицы тугоплавкого материала, диспергированные в жидком основном металле, при этом концентрация тугоплавких частиц составляют 5-50 об.%, обычно 5-40 об.% от общего объема суспензии, при этом тугоплавкие частицы нерастворимы при температуре литья и тугоплавкие частицы имеют плотность, которая находится в пределах 30%, обычно в пределах 20% от плотности основного металла при температуре литья; и (b) заливку суспензии в форму для композиционного металлического изделия, центробежное литье изделия в форме и получение неоднородного распределения нерастворимых твердых тугоплавких частиц по основному металлу.(a) the formation of a suspension containing solid particles of refractory material dispersed in a liquid base metal, while the concentration of refractory particles is 5-50 vol.%, usually 5-40 vol.% of the total volume of the suspension, while the refractory particles are insoluble at temperature castings and refractory particles have a density that is within 30%, usually within 20% of the density of the base metal at the casting temperature; and (b) pouring the suspension into a mold for a composite metal product, centrifugally casting the product into a mold, and obtaining an inhomogeneous distribution of insoluble solid refractory particles over the base metal.

В некоторых вариантах осуществления стадия (a) может включать формирование тугоплавких частиц in situ в расплавленном основном металле и диспергирование частиц в расплавленном основном металле.In some embodiments, step (a) may include forming in situ refractory particles in the molten base metal and dispersing the particles in the molten base metal.

В некоторых вариантах осуществления стадия (a) может включать добавление тугоплавких частиц в расплавленный основной металл.In some embodiments, step (a) may include adding refractory particles to the molten base metal.

В некоторых вариантах осуществления стадии (a) и (b) могут выполняться в инертной атмосфере, например в атмосфере инертного газа.In some embodiments, steps (a) and (b) may be performed in an inert atmosphere, for example in an inert gas atmosphere.

В некоторых вариантах осуществления стадия (b) может включать подготовку формы путем создания инертной атмосферы внутри формы.In some embodiments, step (b) may include preparing the mold by creating an inert atmosphere within the mold.

В некоторых вариантах осуществления стадия (b) может включать вращение формы вокруг оси после и/или во время заливки суспензии в форму для того, чтобы вызвать увеличение концентрации тугоплавких частиц на наружной поверхности или вблизи наружной поверхности, или на внутренней поверхности или вблизи внутренней поверхности композиционного металлического изделия, которая является более высокой, чем концентрация частиц где-либо в других местах в изделии.In some embodiments, step (b) may include rotating the mold around an axis after and / or while pouring the suspension into the mold in order to cause an increase in the concentration of refractory particles on the outer surface or near the outer surface, or on the inner surface or near the inner surface of the composite a metal product that is higher than the concentration of particles elsewhere in the product.

В некоторых вариантах осуществления стадия (b) может включать вращение формы при 10-120 единицах g-фактора, при этом g-фактор представляет собой центробежную силу, действующую на вращающееся тело, деленую на гравитационную силу.In some embodiments, step (b) may include rotating the mold at 10-120 g-factor units, wherein the g-factor is a centrifugal force acting on a rotating body divided by gravitational force.

В некоторых вариантах осуществления стадия (b) может включать вращение формы с окружной скоростью 2,5-25 м/с.In some embodiments, step (b) may include rotating the mold at a peripheral speed of 2.5-25 m / s.

В некоторых вариантах осуществления стадия (b) может включать вращение формы в течение времени, достаточного для получения неоднородного распределения твердых частиц по основному металлу.In some embodiments, step (b) may include rotating the mold for a time sufficient to obtain an inhomogeneous distribution of the solid particles over the base metal.

В некоторых вариантах осуществления стадия (b) может включать вращение формы до отверждения основного металла.In some embodiments, step (b) may include rotating the mold until the base metal has cured.

В некоторых вариантах осуществления стадия (b) может включать заливку суспензии в форму при температуре литья в интервале 1200-2000°C, обычно в интервале 1350-1650°C.In some embodiments, step (b) may include pouring the slurry into the mold at a casting temperature in the range of 1200-2000 ° C, typically in the range of 1350-1650 ° C.

В некоторых вариантах осуществления способ может включать выбор производственных параметров для формирования суспензии на стадии (а), которая обладает требуемой текучестью для обработки на стадии (b).In some embodiments, the method may include selecting production parameters to form a slurry in step (a) that has the desired flow for processing in step (b).

Производственные параметры могут включать один или несколько из размера частиц, реакционной способности, плотности и растворимости тугоплавких материалов, как описано в международной заявке на патент PCT/AU2011/000092 (WO2011/094800) на имя настоящего заявителя. Раскрытие этой международной заявки включено здесь путем перекрестной ссылки. Ниже рассматривается плотность и растворимость тугоплавкого материала.Production parameters may include one or more of particle size, reactivity, density and solubility of refractory materials, as described in international patent application PCT / AU2011 / 000092 (WO2011 / 094800) in the name of the present applicant. The disclosure of this international application is incorporated herein by cross-reference. The density and solubility of a refractory material are discussed below.

Параметром, подлежащим рассмотрению в ходе осуществления способа согласно настоящему изобретению, является плотность тугоплавкого материала частиц относительно плотности основного металла в жидком состоянии для контроля диспергирования тугоплавких частиц в горячем основном металле.The parameter to be considered during the implementation of the method according to the present invention is the density of the refractory particle material relative to the density of the base metal in the liquid state to control the dispersion of the refractory particles in the hot base metal.

- 3 033878- 3 033878

Номинальная плотность основного жидкого металла на основе железа при 1400°C составляет 6,9 г/см3. Когда тугоплавкие частицы в форме частиц карбида вольфрама (WC) с плотностью 15,7 г/см3 при 25°C добавляют в основной металл на основе железа для формирования суспензии, частицы WC будут оседать на дно суспензии. Когда тугоплавкие частицы в форме частиц карбида титана (TiC) с плотностью 4,8 г/см3 при 1400°C добавляют в такой же основной металл на основе железа, частицы TiC будут всплывать к поверхности суспензии. Тугоплавкие частицы в форме карбида ниобия (NbC), имеющие плотность 7,7 г/см3 при 1400°C, очень близки по плотности к основному жидкому металлу на основе железа, имеющему плотность 6,9 г/см3, и менее склонны к описанной выше сегрегации в основном жидком металле на основе железа, чем TiC или WC.The nominal density of the basic liquid metal based on iron at 1400 ° C is 6.9 g / cm 3 . When refractory particles in the form of particles of tungsten carbide (WC) with a density of 15.7 g / cm 3 at 25 ° C are added to the base metal based on iron to form a suspension, WC particles will settle to the bottom of the suspension. When refractory particles in the form of particles of titanium carbide (TiC) with a density of 4.8 g / cm 3 at 1400 ° C are added to the same base metal based on iron, TiC particles will float to the surface of the suspension. Refractory particles in the form of niobium carbide (NbC) having a density of 7.7 g / cm 3 at 1400 ° C are very close in density to the base iron-based liquid metal having a density of 6.9 g / cm 3 and are less prone to the segregation described above in the base liquid iron-based metal than TiC or WC.

TiC с плотностью 4,9 г/см3 при 25°C полностью растворим в NbC, который имеет плотность 7,8 г/см3 при 25°C. Таким образом, тугоплавкие частицы с плотностью в диапазоне 4,9-7,8 г/см3 при 25°C могут быть получены путем выбора частиц (Nb,Ti)C с требуемым содержанием ниобия и титана.TiC with a density of 4.9 g / cm 3 at 25 ° C is completely soluble in NbC, which has a density of 7.8 g / cm 3 at 25 ° C. Thus, refractory particles with a density in the range of 4.9-7.8 g / cm 3 at 25 ° C can be obtained by selecting (Nb, Ti) C particles with the desired content of niobium and titanium.

Карбид вольфрама (WC) с плотностью 15,7 г/см3 при 25°C в основном растворим в NbC, TiC и (Nb,Ti)C. Таким образом, тугоплавкие частицы с плотностью в диапазоне 4,8-15,7 г/см3 при 25°C могут быть получены путем отбора частиц (Nb,Ti,W)C с требуемым содержанием ниобия, титана и вольфрама.Tungsten carbide (WC) with a density of 15.7 g / cm 3 at 25 ° C is mainly soluble in NbC, TiC and (Nb, Ti) C. Thus, refractory particles with a density in the range of 4.8-15.7 g / cm 3 at 25 ° C can be obtained by sampling (Nb, Ti, W) C particles with the required content of niobium, titanium and tungsten.

Все тугоплавкие частицы, описанные формулой (Nb,Ti,W)C, нерастворимы в основных жидких металлах на основе железа при температурах литья в диапазоне 1200-1600°C.All refractory particles described by the formula (Nb, Ti, W) C are insoluble in basic iron-based liquid metals at casting temperatures in the range of 1200-1600 ° C.

Карбид ниобия и карбид титана имеют сходные кристаллические структуры и являются изоморфными.Niobium carbide and titanium carbide have similar crystalline structures and are isomorphic.

Из вышеизложенного следует, что выбор требуемого соотношения Nb:Ti в химическом соединении (Nb,Ti)C или требуемого соотношения Nb:Ti:W в химическом соединении (Nb,Ti,W)C может обеспечить получение тугоплавкого материала с требуемой плотностью в пределах 20% от плотности основного металла на основе железа.From the above it follows that the choice of the required ratio of Nb: Ti in the chemical compound (Nb, Ti) C or the required ratio of Nb: Ti: W in the chemical compound (Nb, Ti, W) C can provide a refractory material with the desired density within 20 % of the density of the base metal based on iron.

Добавление тугоплавких частиц, которые являются для всех намерений и целей нерастворимыми (то есть минимально растворимы в основном жидком металле), для получения центробежно-литой отливки композиционного металлического изделия в соответствии со способом согласно настоящему изобретению обеспечивает получение изделия, обладающего сходными с основным металлом физическими и химическими свойствами, со значительно улучшенной износостойкостью благодаря присутствию в микроструктуре основного металла контролируемой дисперсии с высоким объемным процентом частиц тугоплавкого материала.The addition of refractory particles, which are insoluble for all purposes and purposes (i.e., minimally soluble in the base liquid metal), to obtain a centrifugally cast casting of a composite metal product in accordance with the method of the present invention provides an article having physical and physical properties similar to that of the base metal chemical properties, with significantly improved wear resistance due to the presence in the microstructure of the base metal of a controlled dispersion with high volume percentage of refractory material particles.

Например, растворимость тугоплавкого материала в форме (Nb,Ti,W)C в жидких основных металлах в форме (a) жидкой стали Хадфильда, (b) жидкой нержавеющей стали 420С и (c) жидкого высокохромистого белого чугуна при повышенных температурах является ничтожно малой (<0,3 мас.%). Добавление (Nb,Ti,W)C с требуемыми плотностями в эти три основных металлических сплава с последующим центробежным литьем композиционного металлического изделия и стандартная процедура термической обработки каждого основного металла обеспечивает получение в изделии микроструктур, содержащих дисперсию первичных карбидов ниобия-титана-вольфрама в основных металлах, которые в основном не содержат ниобия, титана и вольфрама, то есть имеется незначительное распределение переходных металлов, содержащихся в частицах суспензии тугоплавкого материала, по жидкому основному металлу.For example, the solubility of a refractory material in the form of (Nb, Ti, W) C in liquid base metals in the form of (a) Hadfield liquid steel, (b) 420C liquid stainless steel, and (c) liquid high-chromium white cast iron at elevated temperatures is negligible ( <0.3 wt.%). Adding (Nb, Ti, W) C with the required densities to these three main metal alloys followed by centrifugal casting of the composite metal product and the standard heat treatment procedure for each base metal provides microstructures containing a dispersion of primary niobium-titanium-tungsten carbides in the base metals that mainly do not contain niobium, titanium and tungsten, that is, there is a small distribution of transition metals contained in particles of a suspension of refractory m Therians by molten parent metal.

Таким образом, частицы тугоплавкого материала незначительно влияют на физические свойства (например, температуру плавления) и химические свойства (например, реакцию на термическую обработку) основного металла.Thus, particles of a refractory material slightly affect the physical properties (e.g., melting point) and chemical properties (e.g., reaction to heat treatment) of the base metal.

В дополнение к вышеизложенному, в частности, заявитель обнаружил, что обеспечение композиционного металлического изделия микроструктурой, включающей диспергированные в матрице основного металла частицы карбида ниобия и/или частицы химической (но не физической) смеси двух или более чем двух из карбида ниобия, карбида титана и карбида вольфрама, значительно улучшает износостойкость твердого металлического материала без ухудшения благоприятного влияния других компонентов сплава на другие свойства композиционного металлического изделия.In addition to the foregoing, in particular, the applicant has found that providing a composite metal product with a microstructure comprising niobium carbide particles and / or particles of a chemical (but not physical) mixture of two or more than two of niobium carbide, titanium carbide dispersed in a base metal matrix tungsten carbide, significantly improves the wear resistance of solid metal material without compromising the beneficial effect of other alloy components on other properties of the composite metal product and I.

В дополнение и как описано выше, в частности, заявитель обнаружил, что возможно регулировать плотность частиц химической смеси двух или более чем двух из карбида ниобия, карбида титана и карбида вольфрама до достаточной степени относительно плотности основного металла, который образует матрицу композиционного металлического изделия. Эта возможность контроля плотности является важным открытием применительно к центробежно-литым отливкам из твердого металлического материала.In addition and as described above, in particular, the applicant has found that it is possible to control the particle density of a chemical mixture of two or more than two of niobium carbide, titanium carbide and tungsten carbide to a sufficient degree relative to the density of the base metal, which forms the matrix of the composite metal product. This ability to control density is an important discovery in relation to centrifugal castings made of solid metal material.

В частности, благодаря этому открытию возможно получение центробежно-литых отливок композиционного металлического изделия с контролируемым неоднородным распределением, то есть сегрегацией частиц в частях отливок. Это является важным для конечного применения отливок, когда желательно иметь концентрацию частиц с высокой износостойкостью вблизи поверхности отливки из твердого металлического материала.In particular, thanks to this discovery, it is possible to obtain centrifugally cast castings of a composite metal product with a controlled inhomogeneous distribution, i.e., segregation of particles in parts of the castings. This is important for the end use of castings, when it is desirable to have a concentration of particles with high wear resistance near the surface of the castings made of solid metal material.

Кроме того, заявитель обнаружил, что включение в формование отливок композиционного металлического изделия частиц карбида ниобия и/или частиц химической смеси двух или более чем двух из карбида ниобия, карбида титана и карбида вольфрама в диапазоне 5-50 об.%, обычно 5-40 об.%, чащеIn addition, the applicant has found that the inclusion in the molding of a composite metal product of particles of niobium carbide and / or particles of a chemical mixture of two or more than two of niobium carbide, titanium carbide and tungsten carbide in the range of 5-50 vol.%, Usually 5-40 vol.%, more often

- 4 033878- 4 033878

5-20 об.% от общего объема композиционного металлического изделия, диспергированных в основном металле, который образует матрицу композиционного металлического изделия, не оказывает значительного отрицательного влияния на коррозионную стойкость и вязкость материала на основе железа в основном металле. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает возможность достижения высокой износостойкости композиционного металлического изделия без утраты других желательных свойств материала.5-20 vol.% Of the total volume of the composite metal product dispersed in the base metal, which forms the matrix of the composite metal product, does not significantly affect the corrosion resistance and viscosity of the iron-based material in the base metal. Thus, the present invention provides the ability to achieve high wear resistance of a composite metal product without losing other desirable properties of the material.

Таким образом, в пятом аспекте обеспечен способ центробежного литья композиционного металлического изделия, имеющего ось вращательной симметрии и массу по меньшей мере 5 кг, и содержащего основной металл и неоднородное распределение нерастворимых твердых тугоплавких частиц тугоплавкого материала, при этом способ включает добавление (a) ниобия или (b) двух или более чем двух из ниобия, и титана, и вольфрама в расплав, содержащий основной металл в форме, которая обеспечивает получение твердых тугоплавких частиц карбида ниобия, нерастворимых при температуре литья, и/или твердых тугоплавких частиц химической смеси двух или более чем двух из карбида ниобия, и карбида титана, и карбида вольфрама, нерастворимых при температуре литья, при этом концентрация твердых тугоплавких частиц находится в диапазоне 5-50 об.%, обычно 5-40 об.%, чаще 5-20 об.% от общего объема изделия, центробежное литье изделия в форме и получение неоднородного распределения нерастворимых твердых частиц по основному металлу.Thus, in a fifth aspect, there is provided a method for centrifugally casting a composite metal product having an axis of rotational symmetry and a mass of at least 5 kg and containing a base metal and a non-uniform distribution of insoluble solid refractory particles of a refractory material, the method comprising adding (a) niobium or (b) two or more than two of niobium, and titanium, and tungsten in a melt containing a base metal in a form that provides solid refractory particles of niobium carbide are insoluble at a temperature of casting, and / or solid refractory particles of a chemical mixture of two or more than two of niobium carbide, and titanium carbide, and tungsten carbide, insoluble at casting temperature, while the concentration of solid refractory particles is in the range of 5-50 vol.%, usually 5-40 vol.%, more often 5-20 vol.% of the total volume of the product, centrifugal casting of the product in the form and obtaining a heterogeneous distribution of insoluble solid particles on the base metal.

Термины химическая смесь карбида ниобия и карбида титана и карбида ниобия/титана в настоящем документе понимаются как синонимы. Кроме того, термин химическая смесь в данном контексте означает, что карбиды ниобия и карбиды титана присутствуют в смеси не в виде частиц карбидов одного металла, а в виде частиц карбидов ниобия/титана, (Nb,Ti)C.The terms chemical mixture of niobium carbide and titanium carbide and niobium / titanium carbide are herein understood as synonyms. In addition, the term chemical mixture in this context means that niobium carbides and titanium carbides are present in the mixture not in the form of particles of carbides of one metal, but in the form of particles of niobium / titanium carbides, (Nb, Ti) C.

Термины химическая смесь карбида ниобия, и карбида титана, и карбида вольфрама и карбида ниобия/титана/вольфрама в настоящем документе понимаются как синонимы. Кроме того, термин химическая смесь в данном контексте означает, что карбиды ниобия, и карбиды титана, и карбиды вольфрама присутствуют в смеси не в виде частиц карбидов одного металла, а в виде частиц карбидов ниобия/титана/вольфрама (Nb,Ti,W)C.The terms chemical mixture of niobium carbide, and titanium carbide, and tungsten carbide and niobium / titanium / tungsten carbide are herein understood as synonyms. In addition, the term chemical mixture in this context means that niobium carbides, and titanium carbides, and tungsten carbides are present in the mixture not in the form of particles of carbides of one metal, but in the form of particles of niobium / titanium / tungsten carbides (Nb, Ti, W) C.

Карбид ниобия, и карбид титана, и карбид вольфрама, каждый, имеют твердость по Виккерсу около 25 ГПа, которая примерно на 10 ГПа выше твердости карбидов хрома (номинально 15 ГПа). Таким образом, композиционные металлические изделия, имеющие микроструктуру, содержащую 5-50 об.%, обычно 5-40 об.%, чаще 5-20 об.% карбида ниобия, и/или карбида ниобия/титана, и/или карбида ниобия/титана/вольфрама, обладают превосходной износостойкостью. Заявитель пришел к выводу, что карбиды ниобия, и карбиды титана, и карбиды вольфрама, и карбиды ниобия/титана, и карбиды ниобия/титана/вольфрама являются, по существу, химически инертными по отношению к другим компонентам композиционного металлического изделия, поэтому эти компоненты обеспечивают получение изделия со свойствами, из-за которых они были выбраны. Например, хром, добавленный в чугунный сплав, также образует карбиды хрома и обеспечивает коррозионную стойкость.Niobium carbide, and titanium carbide, and tungsten carbide each have a Vickers hardness of about 25 GPa, which is about 10 GPa higher than the hardness of chromium carbides (nominally 15 GPa). Thus, composite metal products having a microstructure containing 5-50 vol.%, Usually 5-40 vol.%, Usually 5-20 vol.% Niobium carbide and / or niobium / titanium carbide and / or niobium carbide / titanium / tungsten, have excellent wear resistance. The applicant has concluded that niobium carbides and titanium carbides and tungsten carbides and niobium / titanium carbides and niobium / titanium / tungsten carbides are substantially chemically inert with respect to other components of the composite metal article, therefore, these components provide receipt of the product with the properties due to which they were selected. For example, chromium added to a cast iron alloy also forms chromium carbides and provides corrosion resistance.

Ниобий и титан, и вольфрам могут быть добавлены в расплав основного металла для формирования суспензии в любой подходящей форме, учитывая требование к формированию нерастворимых твердых частиц карбидов ниобия и/или карбидов ниобия/титана и/или карбидов ниобия/титана/вольфрама в композиционном металлическом изделии.Niobium and titanium and tungsten can be added to the molten base metal to form a suspension in any suitable form, taking into account the requirement for the formation of insoluble solid particles of niobium carbides and / or niobium / titanium carbides and / or niobium / titanium / tungsten carbides in a composite metal product .

Например, способ может включать добавление ниобия в расплав в форме ферро-ниобия, например частиц ферро-ниобия. В этой ситуации ферро-ниобий растворяется в расплаве и образовавшийся свободный ниобий и углерод химически соединяются с образованием в расплаве нерастворимых твердых карбидов ниобия.For example, the method may include adding niobium to the melt in the form of ferro-niobium, for example, ferro-niobium particles. In this situation, ferro-niobium is dissolved in the melt and the resulting free niobium and carbon are chemically combined to form insoluble solid niobium carbides in the melt.

Способ может также включать добавление ниобия в расплав в виде элементарного ниобия.The method may also include adding niobium to the melt in the form of elemental niobium.

Способ может также включать добавление ниобия и титана в расплав в виде ферро-ниобия-титана.The method may also include adding niobium and titanium to the melt in the form of ferro-niobium-titanium.

Способ может также включать добавление ниобия, и титана, и вольфрама в расплав в виде феррониобия-титана-вольфрама.The method may also include adding niobium and titanium and tungsten to the melt in the form of ferroniobium-titanium-tungsten.

Способ может также включать добавление ниобия в расплав в форме частиц карбида ниобия.The method may also include adding niobium to the melt in the form of particles of niobium carbide.

Способ может также включать добавление ниобия и титана в расплав в форме нерастворимых твердых частиц карбидов ниобия/титана.The method may also include adding niobium and titanium to the melt in the form of insoluble solid particles of niobium / titanium carbides.

Способ может также включать добавление ниобия, и титана, и вольфрама в расплав в форме нерастворимых твердых частиц карбидов ниобия/титана/вольфрама.The method may also include adding niobium and titanium and tungsten to the melt in the form of insoluble solid particles of niobium / titanium / tungsten carbides.

В каждом из этих случаев отвержденный сплав металлов может быть образован из суспензии частиц карбида ниобия и/или карбидов ниобия/титана/вольфрама, суспендированных в расплаве. Если массовая доля этих карбидов в расплавленной суспензии является слишком высокой, свойства текучести суспензии могут быть значительно ухудшены, в результате чего могут быть получены некачественные отливки.In each of these cases, the cured metal alloy can be formed from a suspension of niobium carbide particles and / or niobium / titanium / tungsten carbides suspended in the melt. If the mass fraction of these carbides in the molten suspension is too high, the flow properties of the suspension can be significantly impaired, resulting in poor-quality castings.

Нерастворимые твердые частицы карбидов ниобия/титана могут представлять собой любую подходящую химическую смесь общей формулы (Nbx,Tiy)C.The insoluble solid particles of niobium / titanium carbides can be any suitable chemical mixture of the general formula (Nb x , Ti y ) C.

Нерастворимые твердые частицы карбидов ниобия/титана/вольфрама могут представлять собой любую подходящую химическую смесь общей формулы (Nbx,Tiy,Wz)C. Например, карбиды ниоThe insoluble solid particles of niobium / titanium / tungsten carbides can be any suitable chemical mixture of the general formula (Nb x , Ti y , W z ) C. For example, nio

- 5 033878 бия/титана/вольфрама могут представлять собой (Nb0.25,Tio.5o,W0.25)C.- 5,033,878 biya / titanium / tungsten may be (Nb 0 .25, Tio.5o, W 0 .25) C.

Ниобий, и/или титан, и/или вольфрам могут быть добавлены в расплав с получением нерастворимых твердых частиц карбида ниобия, и/или карбидов ниобия/титана, и/или карбидов ниобия/титана/вольфрама в количестве в диапазоне 12-33 мас.% карбидов ниобия, или карбидов ниобия/титана, или карбидов ниобия/титана/вольфрама от общей массы литого материала.Niobium and / or titanium and / or tungsten can be added to the melt to obtain insoluble solid particles of niobium carbide and / or niobium / titanium carbides and / or niobium / titanium / tungsten carbides in an amount in the range of 12-33 wt. % niobium carbides, or niobium / titanium carbides, or niobium / titanium / tungsten carbides, based on the total weight of the cast material.

Ниобий, и/или титан, и/или вольфрам могут быть добавлены в расплав с получением нерастворимых твердых частиц карбида ниобия, и/или карбидов ниобия/титана, и/или карбидов ниобия/титана/вольфрама в количестве в диапазоне 12-25 мас.% карбидов ниобия, или карбидов ниобия/титана, или карбидов ниобия/титана/вольфрама от общей массы литого материала.Niobium, and / or titanium, and / or tungsten can be added to the melt to obtain insoluble solid particles of niobium carbide and / or niobium / titanium carbides and / or niobium / titanium / tungsten carbides in an amount in the range of 12-25 wt. % niobium carbides, or niobium / titanium carbides, or niobium / titanium / tungsten carbides, based on the total weight of the cast material.

Количество частиц карбида ниобия, и/или карбидов ниобия/титана, и/или карбида ниобия/титана/вольфрама в микроструктуре отвержденного твердого металлического материала может зависеть от системы.The number of particles of niobium carbide and / or niobium / titanium carbides and / or niobium / titanium / tungsten carbide in the microstructure of the cured solid metal material may depend on the system.

Заявитель рассматривает, в частности, твердые композиционные металлические изделия, которые включают основные металлы в форме сплавов на основе железа, таких как сплавы на основе железа, описанные как высокохромистые белые чугуны, нержавеющие стали и аустенитные марганцевые стали (такие как стали Хадфильда). Для сплавов на основе железа количество нерастворимых твердых частиц тугоплавкого материала в форме карбида ниобия, и/или карбидов ниобия/титана, и/или карбидов ниобия/титана/вольфрама в конечном композиционном металлическом изделии может находиться в диапазоне 5-50 об.%, обычно 5-40 об.%, чаще 5-20 об.% от общего объема литого композиционного металлического изделия.The applicant considers, in particular, solid composite metal products, which include base metals in the form of iron-based alloys, such as iron-based alloys, described as high-chromium white cast irons, stainless steels and austenitic manganese steels (such as Hudfield steels). For iron-based alloys, the amount of insoluble solids of the refractory material in the form of niobium carbide and / or niobium / titanium carbides and / or niobium / titanium / tungsten carbides in the final composite metal product may be in the range of 5-50 vol.%, Usually 5-40 vol.%, More often 5-20 vol.% Of the total volume of the cast composite metal product.

Размер частиц карбида ниобия, и/или карбида ниобия/титана, и/или карбида ниобия/титана/вольфрама может находиться в диапазоне 1-150 мкм в диаметре.The particle size of niobium carbide and / or niobium / titanium carbide and / or niobium / titanium / tungsten carbide can be in the range of 1-150 μm in diameter.

Способ может включать перемешивание суспензии с инертным газом или магнитную индукцию или любые другие подходящие средства для диспергирования частиц карбида ниобия, и/или карбидов ниобия/титана, и/или карбидов ниобия/титана/вольфрама в суспензии.The method may include mixing the suspension with an inert gas or magnetic induction or any other suitable means for dispersing particles of niobium carbide and / or niobium / titanium carbides and / or niobium / titanium / tungsten carbides in suspension.

Способ может включать добавление частиц карбида ниобия и/или частиц карбидов ниобия/титана/вольфрама в расплав основных металлов из сплава на основе железа в инертных условиях, таких как аргоновая подушка, для снижения степени окисления карбида ниобия и/или карбида ниобия/титана/вольфрама при добавлении в расплав.The method may include adding particles of niobium carbide and / or particles of niobium / titanium / tungsten carbides to the molten base metals from an iron-based alloy under inert conditions, such as an argon pad, to reduce the oxidation state of niobium and / or niobium carbide / titanium / tungsten when added to the melt.

Способ может включать добавление частиц ферро-ниобия, и/или ферро-титана, и/или ферровольфрама, и/или ферро-ниобия-титана-вольфрама в расплав в инертных условиях, таких как аргоновая подушка, для снижения степени окисления ниобия, и/или титана, и/или вольфрама при добавлении в расплав.The method may include adding particles of ferro-niobium and / or ferro-titanium and / or ferro-tungsten and / or ferro-niobium-titanium-tungsten to the melt under inert conditions, such as an argon pad, to reduce the oxidation state of niobium, and / or titanium and / or tungsten when added to the melt.

В ситуации, когда в литом композиционном металлическом изделии требуется присутствие частиц карбидов ниобия/титана/вольфрама, способ может включать предварительное расплавление феррониобия, и ферро-титана, и ферро-вольфрама и/или ферро-ниобия-титана-вольфрама в инертных условиях и формирование жидкой фазы, представляющей собой гомогенную химическую смесь железа, ниобия, и титана, и вольфрама, и отверждение этой химической смеси. Затем химическая смесь может быть обработана надлежащим образом, например измельчением до частиц требуемого размера, и затем добавлена в расплав (содержащий углерод) в инертных условиях. Железо, ниобий, и титан, и вольфрам растворяются в расплаве и химически соединяются с углеродом с образованием карбидов ниобия/титана/вольфрама в расплаве.In a situation where the presence of niobium / titanium / tungsten carbide particles is required in the cast composite metal product, the method may include pre-melting ferroniobium and ferro-titanium and ferro-tungsten and / or ferro-niobium-titanium-tungsten under inert conditions and forming the liquid phase, which is a homogeneous chemical mixture of iron, niobium, and titanium, and tungsten, and the curing of this chemical mixture. Then the chemical mixture can be properly treated, for example, grinding to particles of the desired size, and then added to the melt (containing carbon) under inert conditions. Iron, niobium, and titanium, and tungsten dissolve in the melt and chemically combine with carbon to form niobium / titanium / tungsten carbides in the melt.

Другие аспекты, отличительные признаки и преимущества станут очевидными из следующего подробного описания в сочетании с сопровождающими чертежами, которые являются частью данного описания и иллюстрируют в качестве примера принципы раскрытого изобретения.Other aspects, features and advantages will become apparent from the following detailed description in combination with the accompanying drawings, which are part of this description and illustrate, by way of example, the principles of the disclosed invention.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Независимо от любых других форм, которые подпадают под объем способа и конечного композиционного металлического изделия, как изложено в разделе Краткое описание изобретения, конкретные варианты осуществления способа и конечного композиционного металлического изделия будут описаны в качестве примера и со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:Regardless of any other forms that fall within the scope of the method and the final composite metal product, as set forth in the Summary of the invention, specific embodiments of the method and the final composite metal product will be described by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which:

фиг. 1 представляет собой схему, которая иллюстрирует типичный способ центробежного литья;FIG. 1 is a diagram that illustrates a typical centrifugal casting method;

фиг. 2 представляет собой изображение SEM участка одного из образцов отлитого центробежным способом испытываемого цилиндра 37863 (основной металл А05+5 об.% частиц NbC), изготовленного в ходе экспериментальной работы, связанной с изобретением;FIG. 2 is an SEM image of a portion of one of the samples of a centrifugally cast test cylinder 37863 (base metal A05 + 5 vol.% NbC particles) made during the experimental work associated with the invention;

фиг. 3 представляет собой оптические изображения поперечных срезов образцов центробежнолитых испытываемых цилиндров 37628, 37629, 37630 и 37655 (основной металл А05+5 об.% частиц NbC), изготовленных в ходе экспериментальной работы, связанной с изобретением;FIG. 3 is an optical cross-sectional image of samples of centrifugally cast test cylinders 37628, 37629, 37630 and 37655 (base metal A05 + 5 vol.% NbC particles) made during the experimental work associated with the invention;

фиг. 4 представляет собой график зависимости твердости от расстояния от наружных поверхностей до внутренних поверхностей образцов, описанных в отношении фиг. 3;FIG. 4 is a graph of hardness versus distance from outer surfaces to inner surfaces of the samples described with respect to FIG. 3;

фиг. 5 представляет собой оптические изображения поперечных срезов образцов центробежнолитых испытываемых цилиндров 37631, 37632, 37633 и 37636 (основной металл А05+12 об.% частиц NbC), изготовленных в ходе экспериментальной работы, связанной с изобретением;FIG. 5 is an optical cross-sectional image of samples of centrifugally cast test cylinders 37631, 37632, 37633 and 37636 (base metal A05 + 12 vol.% NbC particles) made during the experimental work associated with the invention;

- 6 033878 фиг. 6 представляет собой график зависимости твердости от расстояния от наружных поверхностей до внутренних поверхностей образцов, описанных в отношении фиг. 5;- 6,033,878 of FIG. 6 is a graph of hardness versus distance from outer surfaces to inner surfaces of the samples described with respect to FIG. 5;

фиг. 7 представляет собой оптические изображения поперечных срезов образцов центробежнолитых испытываемых цилиндров 37634 и 37635 (основной металл А05+17 об.% частиц NbC), изготовленных в ходе экспериментальной работы, связанной с изобретением;FIG. 7 is an optical cross-sectional image of samples of centrifugally cast test cylinders 37634 and 37635 (base metal A05 + 17 vol.% NbC particles) made during the experimental work associated with the invention;

фиг. 8 представляет собой график зависимости твердости от расстояния от наружных поверхностей до внутренних поверхностей образцов, описанных в отношении фиг. 7;FIG. 8 is a graph of hardness versus distance from outer surfaces to inner surfaces of the samples described with respect to FIG. 7;

фиг. 9 представляет собой оптическое изображение поперечного среза образца центробежно-литого испытываемого цилиндра A352 (основной металл C21+10 об.% частиц NbC), изготовленного в ходе экспериментальной работы, связанной с изобретением;FIG. 9 is an optical cross-sectional view of a sample of a centrifugally cast test cylinder A352 (base metal C21 + 10 vol.% NbC particles) made during the experimental work associated with the invention;

фиг. 10 представляет собой оптическое изображение поперечного среза наружного слоя поперечного среза образца, показанного на фиг. 9 после травления образца;FIG. 10 is an optical image of a transverse section of the outer layer of the transverse section of the sample shown in FIG. 9 after sample etching;

фиг. 11 представляет собой оптическое изображение поперечного среза образца центробежнолитого испытываемого цилиндра A323 (основной металл A49+15 об.% частиц NbC);FIG. 11 is an optical cross-sectional image of a sample of a centrifugally cast test cylinder A323 (base metal A49 + 15 vol.% NbC particles);

фиг. 12 представляет собой график зависимости твердости от расстояния от наружных поверхностей до внутренних поверхностей участков образца, описанного в отношении фиг. 11;FIG. 12 is a graph of hardness versus distance from outer surfaces to inner surfaces of portions of the sample described with respect to FIG. eleven;

фиг. 13 представляет собой график зависимости толщины богатого частицами NbC наружного слоя от номинального об.% NbC в общем составе центробежно-литых цилиндров из основного металла A05+частиц NbC и фиг. 14 представляет собой график зависимости об.% NbC в богатом частицами NbC наружном слое от номинального об.% NbC в общем составе центробежно-литых цилиндров из основного металла A05+частиц NbC.FIG. 13 is a graph of the thickness of the NbC particle-rich outer layer versus the nominal vol% NbC in the total composition of centrifugally cast cylinders of base metal A05 + NbC particles and FIG. 14 is a graph of volume% NbC in a particle-rich NbC outer layer versus nominal volume% NbC in the total composition of centrifugally cast cylinders of base metal A05 + NbC particles.

Подробное описание конкретных вариантов осуществленияDetailed Description of Specific Embodiments

Фиг. 1 была получена из Интернета и иллюстрирует в виде схемы основные стадии литья центробежным способом.FIG. 1 was obtained from the Internet and illustrates in a diagrammatic form the main stages of centrifugal casting.

Эти стадии центробежного литья включают формирование расплава, заливку расплава в подходящую форму и вращение формы вокруг вертикальной оси (в случае расположения, показанного на чертеже) при требуемой скорости вращения для формирования литого изделия.These centrifugal casting steps include forming a melt, pouring the melt into a suitable mold, and rotating the mold around a vertical axis (in the case of the arrangement shown in the drawing) at the required rotation speed to form the molded product.

В альтернативных расположениях, таких как расположение, используемое для выполнения экспериментальной работы, описанной ниже, форма для литья расположена горизонтально и вращается вокруг горизонтальной оси.In alternative arrangements, such as the arrangement used to perform the experimental work described below, the casting mold is horizontal and rotates about a horizontal axis.

В контексте настоящего изобретения расплав, как правило, представляет собой суспензию твердых нерастворимых тугоплавких частиц в основном металле, и литое изделие представляет собой композиционное металлическое изделие, которое обычно варьирует по массе в диапазоне от 5 до 5000 кг, имеет матрицу из сплава на основе железа (основной металл) и содержит неоднородное распределение твердых нерастворимых тугоплавких частиц в указанной матрице, особенно в наружном поверхностном слое номинальной толщиной 1-20 мм, состоящем из твердых нерастворимых тугоплавких частиц, которые обеспечивают повышенную износостойкость в поверхностном слое.In the context of the present invention, the melt, as a rule, is a suspension of solid insoluble refractory particles in the base metal, and the cast product is a composite metal product, which usually varies in weight in the range from 5 to 5000 kg, has an iron-based alloy matrix ( base metal) and contains an inhomogeneous distribution of solid insoluble refractory particles in the specified matrix, especially in the outer surface layer with a nominal thickness of 1-20 mm, consisting of solid insoluble x refractory particles which provide increased wear resistance in the surface layer.

Фактические условия центробежного литья могут быть выбраны в любой конкретной ситуации исходя из требуемых характеристик конкретного подлежащего отливке изделия. В качестве примера условия литья включают скорость вращения формы, время вращения и условия охлаждения, а также условия, в которых проводится литье, например инертную атмосферу.Actual centrifugal casting conditions can be selected in any particular situation based on the required characteristics of the particular product to be cast. By way of example, casting conditions include mold rotation speed, rotation time and cooling conditions, as well as the conditions under which the casting is carried out, for example, an inert atmosphere.

Требования к свойствам тугоплавких частиц могут включать плотность больше или меньше, чем плотность основного металла на основе железа;Requirements for the properties of refractory particles may include a density greater or less than the density of the base metal based on iron;

твердость больше чем 15 ГПа;hardness greater than 15 GPa;

диаметр меньше чем 500 мкм, предпочтительно меньше чем 50 мкм;a diameter of less than 500 microns, preferably less than 50 microns;

10-80 об.% тугоплавких частиц присутствует в твердом поверхностном слое;10-80 vol.% Refractory particles are present in the solid surface layer;

5-50 об.%, обычно 5-40 об.%, чаще 5-40 об.% тугоплавких частиц присутствует в композиционном металлическом изделии.5-50 vol.%, Usually 5-40 vol.%, More often 5-40 vol.% Of refractory particles is present in the composite metal product.

Композиционные металлические изделия, полученные с помощью процесса центробежного литья согласно изобретению, включают только в качестве примера следующие изделия.Composite metal products obtained using the centrifugal casting process according to the invention include, by way of example only, the following products.

1. Втулки вала шламовых насосов:1. Slurry pump shaft bushings:

цилиндры из нержавеющей стали;stainless steel cylinders;

размер: диаметр в диапазоне 25-400 мм, толщина стенки 10-50 мм и длина 2000 мм;size: diameter in the range of 25-400 mm, wall thickness of 10-50 mm and a length of 2000 mm;

наружный поверхностный слой толщиной 1-10 мм, содержащий высокую концентрацию твердых нерастворимых тугоплавких частиц.the outer surface layer is 1-10 mm thick, containing a high concentration of solid insoluble refractory particles.

Предшествующий уровень техники включает наплавку твердого сплава на поверхность цилиндра из нержавеющей стали с получением поверхностного слоя карбида вольфрама толщиной приблизительно 1 мм. Затем для получения гладкой поверхности требуется шлифовка/механическая обработка наплавленных слоев.BACKGROUND OF THE INVENTION The prior art includes hardfacing of a stainless steel cylinder to a surface layer of tungsten carbide of a thickness of about 1 mm Then, to obtain a smooth surface, grinding / machining of the deposited layers is required.

Центробежно-литая втулка вала шламового насоса в соответствии с изобретением позволяет изготовить цилиндр длиной примерно 2000 мм с требуемым гладким твердым поверхностным слоем за однуThe centrifugally cast sleeve of the slurry pump shaft in accordance with the invention makes it possible to produce a cylinder with a length of about 2000 mm with the required smooth hard surface layer in one

- 7 033878 операцию литья. Кроме того, длинный цилиндр может быть разделен на секции для получения нескольких втулок вала длиной от 60 до 300 мм.- 7 033878 casting operation. In addition, the long cylinder can be divided into sections to produce several shaft sleeves with a length of 60 to 300 mm.

2. Наружная поверхность мантий гирационных дробилок.2. The outer surface of the mantles of gyration crushers.

Стандартным составом мантий гирационных дробилок является аустенитная марганцевая сталь (сталь Хадфильда). Начальная твердость стали Хадфилда составляет примерно 200 единиц по Бринеллю (НВ), и твердость поверхностного слоя стальной конструкции повышается примерно до 550 НВ при эксплуатации, при этом внутренняя область сохраняет более низкую твердость и крайне высокую вязкость. Предел текучести для стали Хадфильда с твердостью 200 НВ составляет около 1/3 прочности на разрыв. Сильная пластическая деформация может возникать при эксплуатации до повышения твердости конструкции до 550 НВ. В результате мантии дробилок быстро изнашиваются и подвергаются чрезмерной пластической деформации на начальных стадиях эксплуатации. Все предыдущие попытки улучшить начальную твердость и предел текучести стали Хадфильда неизменно приводили к неожиданной потере вязкости и высокому риску быстрого растрескивания при эксплуатации.The standard composition of the mantles of gyration crushers is austenitic manganese steel (Hadfield steel). The initial hardness of the Hudfield steel is approximately 200 Brinell (HB) units, and the hardness of the surface layer of the steel structure rises to approximately 550 HB during operation, while the inner region retains lower hardness and extremely high toughness. The yield strength for Hadfield steel with a hardness of 200 HB is about 1/3 of the tensile strength. Strong plastic deformation can occur during operation to increase the hardness of the structure to 550 HB. As a result, crusher mantles quickly wear out and undergo excessive plastic deformation in the initial stages of operation. All previous attempts to improve the initial hardness and yield strength of Hadfield steel invariably led to an unexpected loss of viscosity and a high risk of rapid cracking during operation.

Центробежное литье мантии дробилки из стали Хадфильда в соответствии с настоящим изобретением и формирование наружного поверхностного слоя из нерастворимых твердых тугоплавких карбидов во время литья с сохранением исходного состава стали Хадфильда в теле отливки обеспечивает более износостойкий материал с минимальной потерей вязкости.Centrifugal casting of the mantle of the Hadfield steel crusher in accordance with the present invention and the formation of the outer surface layer of insoluble solid refractory carbides during casting while maintaining the original composition of the Hadfield steel in the casting body provides a more wear-resistant material with minimal loss of viscosity.

3. Белые чугуны.3. White cast irons.

Центробежное литье высокохромистых белых чугунов с тугоплавкими частицами обеспечивает получение композиционных металлических изделий, имеющих поверхностные слои, содержащие высокую концентрацию тугоплавких частиц для улучшенной износостойкости.Centrifugal casting of high-chromium white cast irons with refractory particles provides composite metal products having surface layers containing a high concentration of refractory particles for improved wear resistance.

4. Монтировки, наконечники молотков, землеройное оборудование.4. Mountings, tips of hammers, earthmoving equipment.

Центробежное литье монтировок, наконечников молотков, землеройного оборудования из высокохромистых белых чугунов с тугоплавкими частицами обеспечивает получение поверхностного слоя, содержащего высокую концентрацию тугоплавких частиц для улучшенной износостойкости.Centrifugal casting of mountings, hammer tips, and earthmoving equipment from high-chromium white cast irons with refractory particles provides a surface layer containing a high concentration of refractory particles for improved wear resistance.

Экспериментальная работа.Experimental work.

Для проверки соответствия изобретения заявитель провел интенсивную экспериментальную работу, направленную на частицы конкретного тугоплавкого материала, а именно частицы NbC в различных основных металлах на основе железа.To verify the conformity of the invention, the applicant conducted intensive experimental work aimed at particles of a specific refractory material, namely, NbC particles in various base metals based on iron.

В частности, в экспериментальной работе были исследованы эффекты об.% частиц NbC и толщины стенки и центробежных сил на зоны, богатые NbC, в центробежно-литых изделиях.In particular, in the experimental work, the effects of vol% of NbC particles and wall thickness and centrifugal forces on NbC rich zones in centrifugally cast products were investigated.

В экспериментальной работе четырнадцать цилиндров центробежно отливали в горизонтально расположенном устройстве для центробежного литья.In the experimental work, fourteen cylinders were centrifugally cast in a horizontally centrifugal casting device.

Четырнадцать цилиндрических втулок вала с различными концентрациями частиц NbC и основным металлом из сплава на основе железа, как указано ниже, центробежно отливали и механически обрабатывали, а затем испытывали.Fourteen cylindrical shaft sleeves with different concentrations of NbC particles and a base metal of an iron-based alloy, as described below, were centrifugally cast and machined, and then tested.

Четыре цилиндра A301 (основной металл A05+5 об.% частиц от общего объема);Four cylinders A301 (base metal A05 + 5 vol.% Particles of the total volume);

четыре цилиндра A303 (основной металл А05+12 об.% частиц от общего объема); четыре цилиндра A304 (основной металл A05+17 об.% частиц от общего объема); один цилиндр A352 (основной металл C21+10 об.% частиц от общего объема); один цилиндр A323 (основной металл A49+15 об.% частиц от общего объема);four cylinders A303 (base metal A05 + 12 vol.% particles of the total volume); four cylinders A304 (base metal A05 + 17 vol.% particles of the total volume); one cylinder A352 (base metal C21 + 10 vol.% particles of the total volume); one cylinder A323 (base metal A49 + 15 vol.% particles of the total volume);

A05 представляет собой эвтектический литейный чугун с высоким содержанием Cr, C21 представляет собой нержавеющую сталь 420C и A49 представляет собой доэвтектический литейный чугун с высоким содержанием Cr. Номинальные составы сплавов A05, C21 и A49 на основе черных металлов представлены ниже с количествами каждого элемента в мас.%.A05 is high Cr eutectic cast iron, C21 is 420C stainless steel, and A49 is high Cr pre-eutectic cast iron. The nominal compositions of ferrous metal alloys A05, C21 and A49 are presented below with the amounts of each element in wt.%.

Сплав Alloy Сг SG Мп Mp С FROM Ni Ni Si Si Fe Fe А05 A05 27 27 2,0 2.0 3,0 3.0 0,5 0.5 баланс balance С21 C21 14 14 2,0 2.0 0,5 0.5 1,0 1,0 1,0 1,0 баланс balance А49 A49 28 28 1,5 1,5 1,5 1,5 2,0 2.0 1,5 1,5 баланс balance

1. Результаты и обсуждение.1. Results and discussion.

Двенадцать цилиндров на основе стали A05 с различными номинальными химическими составами центробежно отливали при различных скоростях вращения (об/мин).Twelve cylinders based on A05 steel with different nominal chemical compositions were centrifugally cast at various rotational speeds (rpm).

1.1. Центробежное литье четырех цилиндров A301 (основной металл A05+5 об.% частиц NbC).1.1. Centrifugal casting of four cylinders A301 (base metal A05 + 5 vol.% NbC particles).

Четыре цилиндра, содержащие 5 об.% частиц NbC в основном металле А05 из эвтектического литейного чугуна с высоким содержанием Cr центробежно отливали при различных скоростях вращения или центробежных силах. Температура литья находилась в интервале 1400-1500°C. Различие в плотности между частицами NbC и основным металлом при температуре литья составило примерно 12%. Размеры цилиндра и условия литья представлены в табл. 1.Four cylinders containing 5 vol.% NbC particles in A05 base metal from high Cr eutectic cast iron were centrifugally cast at various rotational speeds or centrifugal forces. The casting temperature was in the range of 1400-1500 ° C. The difference in density between the NbC particles and the base metal at casting temperature was approximately 12%. The cylinder dimensions and casting conditions are presented in table. 1.

- 8 033878- 8 033878

Таблица 1Table 1

Размеры и условия литья цилиндров, содержащих 5 об.% частиц NbCSizes and casting conditions for cylinders containing 5 vol.% NbC particles

Номер цилиндра room cylinder ID (мм) (внутренний диаметр) ID (mm) (inner diameter) OD (мм) (наружный диаметр) OD (mm) (outer diameter) Длина (мм) Length (mm) Об/мин Rpm 37628 37628 91 91 130 130 400 400 924 924 37629 37629 90,5 90.5 130 130 400 400 1100 1100 37630 37630 91 91 130 130 400 400 1285 1285 37655 37655 82,3 82.3 130 130 400 400 924 924

Каждый цилиндр длиной 400 мм разрезали на три кольца длиной примерно 280, 20 и 100 мм. Кольца толщиной 20 мм использовали для контроля и металлургического анализа.Each 400 mm long cylinder was cut into three rings of approximately 280, 20 and 100 mm long. Rings with a thickness of 20 mm were used for control and metallurgical analysis.

1.1.1. Металлургическое исследование.1.1.1. Metallurgical research.

Образцы готовили из каждого кольца толщиной 20 мм путем разрезания по толщине в двух местах, на расстоянии примерно на 15 мм друг от друга, формируя поперечные срезы колец. Каждый разрез выполняли перпендикулярно к наружной и внутренней окружности кольца. Таким образом, ширина образца уменьшалась от наружной поверхности к внутренней поверхности. Образцы закрепляли, шлифовали и полировали, следуя стандартным металлографическим процедурам, и затем травили хлорным железом (Acidified Ferric Chloride, AFC) для металлографического исследования. Микроструктуры образцов исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа. Также использовали оптический стереомикроскоп для макроскопического исследования образцов.Samples were prepared from each ring 20 mm thick by cutting in thickness in two places, at a distance of about 15 mm from each other, forming cross sections of the rings. Each incision was perpendicular to the outer and inner circumference of the ring. Thus, the width of the sample decreased from the outer surface to the inner surface. Samples were fixed, ground and polished following standard metallographic procedures and then etched with Acidified Ferric Chloride (AFC) for metallographic examination. The microstructures of the samples were examined using a scanning electron microscope. An optical stereo microscope was also used for macroscopic examination of samples.

Анализ образцов, полученных из цилиндров, показал, что микроструктура отливок в каждом случае содержала основной металл A05 из эвтектического белого чугуна с высоким содержанием Cr и неоднородное распределение твердых частиц NbC по основному металлу. Фиг. 2 представляет собой изображение SEM участка одного из образцов. На фиг. 2 показано неоднородное распределение частиц NbC в основном металле. На чертеже показано, что NbC были необнаруживаемыми в основном металле. В частности, было обнаружено, что частицы NbC нерастворимы в основном металле при температуре литья и в отлитых цилиндрах.An analysis of the samples obtained from the cylinders showed that the microstructure of the castings in each case contained the A05 base metal of eutectic white cast iron with a high Cr content and the inhomogeneous distribution of NbC solid particles over the base metal. FIG. 2 is an SEM image of a portion of one of the samples. In FIG. Figure 2 shows the inhomogeneous distribution of NbC particles in the base metal. The drawing shows that NbC were undetectable in the base metal. In particular, it was found that NbC particles are insoluble in the base metal at casting temperature and in cast cylinders.

На фиг. 3 представлены оптические изображения поперечных срезов образцов, полученных из цилиндров 37628, 37629, 37630 и 37655.In FIG. Figure 3 shows optical images of transverse sections of samples obtained from cylinders 37628, 37629, 37630 and 37655.

На фиг. 3a показано, что образец, полученный из цилиндра 37628, имеет богатый частицами NbC наружный слой толщиной примерно 2 мм. С внутренней стороны наружного слоя имеется три слоя, пронумерованные на чертеже цифрами 2-4. Между слоями имеются границы. Каждый слой имеет толщину около 3-5 мм. Слои 2-4 образуют внутреннюю область, имеющую более низкую концентрацию частиц NbC по сравнению с наружным слоем.In FIG. 3a shows that the sample obtained from cylinder 37628 has an NbC particle-rich outer layer about 2 mm thick. On the inner side of the outer layer there are three layers, numbered in the drawing by the numbers 2-4. There are borders between the layers. Each layer has a thickness of about 3-5 mm. Layers 2-4 form an inner region having a lower concentration of NbC particles compared to the outer layer.

На фиг. 3b показано, что образец, полученный из цилиндра 37629, имеет сходную слоистую (то есть полосчатую) структуру, но с большим количеством слоев, чем показано на фиг. 3a. Наружный слой с высокой концентрацией частиц NbC (обозначен на чертеже цифрой 1) имеет толщину около 2 мм, при этом частицы NbC равномерно распределены по образцу. Наружный слой 1 и наиболее внутренний слой (указанный на чертеже цифрой 6) наиболее сильно различаются, и слои между ними (то есть слои 2-5 на чертеже) являются очень схожими друг с другом по внешнему виду, но, тем не менее, представляют собой разные слои, разделенные границами. Было обнаружено, что микроструктуры слоев 1 и 6 сильно отличаются друг от друга, а также от микроструктур слоев 2-5. Было обнаружено, что микроструктуры слоев 2-5 являются очень схожими друг с другом. Каждый слой 1-6 имеет толщину 3-4 мм.In FIG. 3b shows that the sample obtained from cylinder 37629 has a similar layered (i.e., banded) structure, but with more layers than shown in FIG. 3a. The outer layer with a high concentration of NbC particles (indicated by the number 1 in the drawing) has a thickness of about 2 mm, while the NbC particles are evenly distributed over the sample. The outer layer 1 and the innermost layer (indicated by the number 6 in the drawing) are most different, and the layers between them (that is, layers 2-5 in the drawing) are very similar in appearance, but, nevertheless, are different layers separated by borders. It was found that the microstructures of layers 1 and 6 are very different from each other, as well as from the microstructures of layers 2-5. It was found that the microstructures of layers 2-5 are very similar to each other. Each layer 1-6 has a thickness of 3-4 mm.

Цилиндр 37630 был отлит при самой высокой скорости вращения. На фиг. 3c показано, что образец имеет три слоя. По сравнению с образцами других трех цилиндров, эта отливка имеет самую низкую концентрацию частиц NbC во внутренних слоях. Высокая скорость вращения направляет больше частиц NbC к наружному слою, что приводит к получению самого толстого слоя с высокой концентрацией частиц NbC из всех отливок.The cylinder 37630 was cast at the highest rotational speed. In FIG. 3c shows that the sample has three layers. Compared to the samples of the other three cylinders, this casting has the lowest concentration of NbC particles in the inner layers. A high rotation speed directs more NbC particles to the outer layer, resulting in the thickest layer with a high concentration of NbC particles from all castings.

Цилиндр 37655 был отлит при такой же скорости вращения, как цилиндр 37628, но с толщиной стенки, которая была на 5 мм больше. На фиг. 3d показано, что толщина богатого частицами NbC слоя в образце, полученном из цилиндра 37655, составила около 3,5 мм, больше чем толщина в образце, полученном из цилиндра 37628. Это свидетельствует о том, что даже при одинаковых скоростях вращения более толстая стенка приводит к образованию зоны с большей толщиной, богатой частицами NbC.Cylinder 37655 was cast at the same rotational speed as cylinder 37628, but with a wall thickness that was 5 mm larger. In FIG. 3d shows that the thickness of the NbC-rich layer in the sample obtained from cylinder 37655 was about 3.5 mm greater than the thickness in the sample obtained from cylinder 37628. This indicates that even at the same rotation speeds a thicker wall to the formation of a zone with a larger thickness rich in NbC particles.

Объемные фракции частиц NbC (a) богатого частицами NbC наружного слоя и (b) внутреннего слоя с низкой концентрацией частиц NbC рассчитывали из изображений SEM различных областей слоев при 100* увеличении. Значения, показанные в табл. 2, представляют собой средние значения множества измерений.Volume fractions of NbC particles of (a) an NbC-rich outer layer and (b) an inner layer with a low concentration of NbC particles were calculated from SEM images of different regions of the layers at 100 * magnification. The values shown in the table. 2 are average values of a plurality of measurements.

- 9 033878- 9 033878

Таблица 2 Частицы NbC в наружных и внутренних слояхTable 2 NbC particles in the outer and inner layers

ID ID NbC-богатый слой Nbc-rich layer Внутренний слой, об.% NbC The inner layer, vol.% NbC Толщина, мм Thickness mm об% NbC % NbC 37628 37628 2 2 12,9 12.9 2,0 2.0 37629 37629 2 2 13,6 13.6 2,6 2.6 37630 37630 3-5 3-5 14,2 14.2 2,4 2,4 37655 37655 3,5 3,5 13,5 13.5 3,4 3.4

Из табл. 2 видно, что скорость вращения во время литья влияет на богатый частицами NbC наружный слой литых цилиндров. Образец из цилиндра 37630, который был отлит при самой высокой скорости, имел самую большую толщину слоя и самую высокую объемную фракцию частиц NbC. Образец из цилиндра 37629, который был отлит со второй самой высокой скоростью, был близок по объемной фракции NbC, но толщина слоя составляла почти половину толщины слоя в образце 37630. Сравнение образцов из цилиндров 37628 и 37655 показало, что даже при одинаковой скорости вращения, если толщина стенки отливки больше (то есть больше материала), то богатый частицами NbC наружный слой и его объемная фракция частиц NbC также являются больше.From the table. 2 that the rotation speed during casting affects the NbC particle-rich outer layer of the cast cylinders. The sample from cylinder 37630, which was cast at the highest speed, had the largest layer thickness and the highest volume fraction of NbC particles. The sample from cylinder 37629, which was cast at the second highest speed, was close in volume fraction of NbC, but the layer thickness was almost half the thickness of the layer in sample 37630. Comparison of samples from cylinders 37628 and 37655 showed that even at the same rotation speed, if the casting wall thickness is larger (i.e., more material), the NbC particle-rich outer layer and its volume fraction of NbC particles are also larger.

Кроме того, все четыре отливки имели схожие уровни частиц NbC, присутствующих во внутренних слоях, не содержащих концентрированные частицы NbC, совместно описанные как внутренняя область для каждого образца. Большинство из частиц NbC, наблюдаемых во внутренних областях, имели типичную морфологию Китайский почерк. Также наблюдалось небольшое количество сферических и дендритных частиц NbC.In addition, all four castings had similar levels of NbC particles present in the inner layers not containing concentrated NbC particles, collectively described as the inner region for each sample. Most of the NbC particles observed in the inner regions had typical Chinese handwriting morphology. A small amount of spherical and dendritic NbC particles was also observed.

1.1.2. Измерения твердости и содержания ферритов.1.1.2. Hardness and ferrite measurements.

Измерения твердости по Виккерсу по сечению цилиндрического образца (Vickers hardness traverse tests) с нагрузкой 10 кг проводили на полированных поверхностях каждого образца. Измерения начинали на наружном диаметре (OD) каждого образца и затем проходили по толщине образца с интервалом 1 мм до завершения на внутреннем диаметре (ID) образца.Vickers hardness measurements over the cross section of a cylindrical sample (Vickers hardness traverse tests) with a load of 10 kg were carried out on the polished surfaces of each sample. Measurements were started on the outer diameter (OD) of each sample and then passed through the thickness of the sample at 1 mm intervals until completion on the inner diameter (ID) of the sample.

В табл. 3 показаны данные по средней твердости и содержанию ферритов для каждой из двух областей. Профили твердости по сечению цилиндрического образца показаны на фиг. 4.In the table. 3 shows data on average hardness and ferrite content for each of the two regions. The hardness profiles along the cross section of the cylindrical sample are shown in FIG. 4.

Таблица 3Table 3

Измерения твердости и содержания ферритовHardness and Ferrite Measurements

Образец Sample Область Region HV10 Hv10 Содержание ферритов (% магнитных) Ferrite content (% magnetic) 37628 37628 Наружная Outdoor 640 640 13,4 13,4 Внутренняя Internal 536 536 9,4 9,4 37629 37629 Наружная Outdoor 676 676 16,2 16,2 Внутренняя Internal 557 557 10,4 10,4

37630 37630 Наружная Outdoor 660 660 12,6 12.6 Внутренняя Internal 551 551 8,9 8.9 37655 37655 Наружная Outdoor 608 608 14,2 14.2 Внутренняя Internal 531 531 9,7 9.7

Из табл. 3 и фиг. 4 видно, что богатый частицами NbC наружный слой каждого из образцов был значительно более твердым, чем внутренняя область образца, и что самые высокие значения твердости наблюдались, как правило, на наружной поверхности каждого образца и равномерно уменьшались до расстояния примерно 8 мм от наружной поверхности, после чего оставались в целом постоянными на протяжении остальной части образца. Кроме того, результаты измерения содержания ферритов для четырех отливок показали общую тенденцию, состоящую в том, что богатый частицами NbC наружный слой имеет более высокое содержание ферритов, чем слои, формирующие внутренние области. Различия в содержании ферритов были минимальными, от 13 до 16% в богатых частицами NbC наружных слоях, и от 9 до 10% во внутренних областях.From the table. 3 and FIG. Figure 4 shows that the outer layer of NbC particles of each of the samples was much harder than the inner region of the sample, and that the highest hardness values were observed, as a rule, on the outer surface of each sample and uniformly decreased to a distance of about 8 mm from the outer surface, after which they remained generally constant throughout the rest of the sample. In addition, the results of measuring the ferrite content for the four castings showed a general tendency that the NbC particle-rich outer layer has a higher ferrite content than the layers forming the inner regions. Differences in the ferrite content were minimal, from 13 to 16% in the outer layers rich in NbC particles, and from 9 to 10% in the inner regions.

1.1.3. Краткие выводы.1.1.3. Brief conclusions.

Все четыре центробежно-литые отливки A301 (основной металл A05+5 об.% частиц NbC) показали сегрегацию NbC, в результате которой наружные слои каждого образца имели высокие концентрации частиц NbC.All four centrifugal castings A301 (base metal A05 + 5 vol.% NbC particles) showed NbC segregation, as a result of which the outer layers of each sample had high concentrations of NbC particles.

Все четыре отливки продемонстрировали наличие слоев, расположенных ниже богатого частицамиAll four castings showed the presence of layers below particle-rich

- 10 033878- 10 033878

NbC наружного слоя, которые незначительно отличались друг от друга. Каждая отливка имела разное количество слоев.NbC outer layer, which were slightly different from each other. Each casting had a different number of layers.

Толщина и твердость богатых частицами NbC слоев и объемные фракции частиц NbC в наружных слоях центробежно-литых цилиндров зависели от различных параметров литья, включая скорость вращения в процессе литья и толщину стенки.The thickness and hardness of the NbC particle-rich layers and the volume fractions of the NbC particles in the outer layers of the centrifugally cast cylinders depended on various casting parameters, including the rotation speed during casting and wall thickness.

Образцы для цилиндров 37628 и 37655 были отлиты при одинаковых скоростях вращения, но различной массе материала, в результате чего были получены различные размеры. Образец 37655 имел немного более толстый богатый частицами NbC наружный слой и также содержал большее количество различных полосчатых слоев по толщине образцов.Samples for cylinders 37628 and 37655 were cast at the same rotational speeds, but different masses of material, resulting in different sizes. Sample 37655 had a slightly thicker NbC particle-rich outer layer and also contained a larger number of different banded layers across the thickness of the samples.

Образец для цилиндра 37629 был сходным с образцом для цилиндра 37628 несмотря на то, что был отлит при более высокой скорости вращения. Более высокая скорость вращения не повлияла на толщину богатого частицами NbC наружного слоя, но незначительно повлияла на объемную фракцию частиц NbC в наружном слое.The specimen for cylinder 37629 was similar to the specimen for cylinder 37628 despite being cast at a higher rotational speed. A higher rotation speed did not affect the thickness of the NbC particles-rich outer layer, but slightly affected the volume fraction of NbC particles in the outer layer.

Образец для цилиндра 37630 был отлит при наиболее высокой скорости вращения, и это напрямую отразилось на некоторых свойствах. Образец имел самый толстый богатый частицами NbC наружный слой и самую высокую объемную фракцию частиц NbC в наружном слое. Таким образом, твердость наружного слоя была самой высокой для этой группы цилиндров.The sample for cylinder 37630 was cast at the highest rotational speed, and this directly affected some properties. The sample had the thickest NbC particle-rich outer layer and the highest volume fraction of NbC particles in the outer layer. Thus, the hardness of the outer layer was the highest for this group of cylinders.

Результаты измерения содержания ферритов для четырех отливок показали общую тенденцию, состоящую в том, что богатый частицами NbC наружный слой имел более высокое содержание ферритов, чем слои, формирующие внутренние области. Различия в содержании ферритов были минимальными, с содержанием от 13 до 16% в богатых частицами NbC наружных слоях и от 9 до 10% во внутренних областях.The results of measuring the ferrite content for four castings showed a general tendency that the outer layer rich in NbC particles had a higher ferrite content than the layers forming the inner regions. Differences in the ferrite content were minimal, with a content of 13 to 16% in the outer layers rich in NbC particles and from 9 to 10% in the inner regions.

1.2. Центробежное литье четырех цилиндров A303 (основной металл A05+12 об.% частиц NbC).1.2. Centrifugal casting of four cylinders A303 (base metal A05 + 12 vol.% NbC particles).

Четыре цилиндра отливали в таких же условиях, как четыре цилиндра, описанные выше в разделе 1.1, с использованием такого же основного металла (A05), но с более высокой общей объемной фракцией частиц NbC, составляющей 12%. Размеры цилиндров и скорости вращения показаны в табл. 4.Four cylinders were cast under the same conditions as the four cylinders described in section 1.1 above using the same base metal (A05), but with a higher total volume fraction of NbC particles of 12%. The dimensions of the cylinders and rotational speeds are shown in table. 4.

Таблица 4Table 4

Номера и размеры цилиндров, содержащих 12 об.% NbCNumbers and sizes of cylinders containing 12 vol.% NbC

Номер цилиндра room cylinder ID (мм) (внутренний диаметр) ID (mm) (inner diameter) OD (мм) (наружный диаметр) OD (mm) (outer diameter) Длина(мм) Length (mm) Об/мин Rpm 37631 37631 89 89 130 130 400 400 922 922 37632 37632 95 95 130 130 400 400 1104 1104 37633 37633 90 90 130 130 400 400 1280 1280 37863 37863 81 81 130 130 400 400 925 925

Каждый цилиндр длиной 400 мм разрезали на три кольца длиной примерно 280, 20 и 100 мм. Кольца толщиной 20 мм использовали для контроля и металлургического анализа. Образцы готовили и испытывали с использованием такой же методики, как описано выше в разделе 1.1.Each 400 mm long cylinder was cut into three rings of approximately 280, 20 and 100 mm long. Rings with a thickness of 20 mm were used for control and metallurgical analysis. Samples were prepared and tested using the same procedure as described above in section 1.1.

На фиг. 5 представлены оптические изображения образцов из цилиндров 37631, 37632, 37633 и 37636.In FIG. 5 shows optical images of samples from cylinders 37631, 37632, 37633 and 37636.

Из фиг. 5 видно, что, как в случае цилиндров с более низкой объемной фракцией частиц NbC, описанных выше в разделе 1.1, частицы NbC имели неоднородное распределение в основном металле по толщине отливок, при этом наружные слои образцов имели более высокие концентрации частиц NbC.From FIG. Figure 5 shows that, as in the case of cylinders with a lower volume fraction of NbC particles described above in Section 1.1, NbC particles had an inhomogeneous distribution in the base metal over the thickness of the castings, while the outer layers of the samples had higher concentrations of NbC particles.

Аналогичным образом, как в случае цилиндров с более низкой объемной фракцией частиц NbC, описанных выше в разделе 1.1, анализ SEM показал, что NbC были необнаруживаемыми в основном металле. В частности, было обнаружено, что частицы NbC нерастворимы в основном металле при температуре литья и в отлитых цилиндрах.Similarly, as in the case of cylinders with a lower volume fraction of NbC particles described above in section 1.1, SEM analysis showed that NbC were undetectable in the base metal. In particular, it was found that NbC particles are insoluble in the base metal at casting temperature and in cast cylinders.

Объемные фракции частиц NbC в наружных слоях, богатых частицами NbC, и толщину наружных слоев рассчитывали с помощью анализа изображений SEM различных участков слоев при 100* увеличении. Значения, показанные в табл. 5, представляют собой средние значения множества экспериментов.The volume fractions of NbC particles in the outer layers rich in NbC particles and the thickness of the outer layers were calculated by analyzing SEM images of different sections of the layers at 100 * magnification. The values shown in the table. 5 are averages of a variety of experiments.

Таблица 5Table 5

Толщина наружного слоя и средний об.% частиц NbCThe thickness of the outer layer and the average vol.% Particles of NbC

Образец Sample OD (мм) (наружный диаметр) OD (mm) (outer diameter) ID (мм) (внутренний диаметр) ID (mm) (inner diameter) Толщина NbC-слоя (мм) Thickness Nbc layer (mm) Объемная фракция NbC-слоя (%) Volume fraction NbC layer (%) Об/мин Rpm 37631 37631 130 130 89 89 6 6 25,098 25,098 922 922 37632 37632 130 130 95 95 7 7 26,027 26,027 1104 1104 37633 37633 130 130 90 90 мин. 5, макс. 7 min 5, Max. 7 28,989 28,989 1280 1280 37863 37863 130 130 81 81 5 5 28,45 28.45 925 925

- 11 033878- 11 033878

Измерение твердости по Виккерсу по сечению цилиндрического образца (Vickers hardness traverse tests) с нагрузкой 10 кг проводили на полированных поверхностях каждого образца. Измерения начинали на наружном диаметре (OD) каждого образца и затем проходили по толщине образца с интервалом 1 мм до завершения на внутреннем диаметре (ID) образца.Vickers hardness was measured over a cross section of a cylindrical sample (Vickers hardness traverse tests) with a load of 10 kg on polished surfaces of each sample. Measurements were started on the outer diameter (OD) of each sample and then passed through the thickness of the sample at 1 mm intervals until completion on the inner diameter (ID) of the sample.

В табл. 6 показаны данные по средней твердости и содержанию ферритов для каждой из двух областей. Профили твердости по сечению цилиндрического образца показаны на фиг. 6.In the table. 6 shows data on average hardness and ferrite content for each of the two regions. The hardness profiles along the cross section of the cylindrical sample are shown in FIG. 6.

Таблица 6Table 6

Измерения твердости и содержания ферритовHardness and Ferrite Measurements

Образец Sample Область Region HV10 Hv10 Содержание ферритов(% магнитных) Ferrite content (% magnetic) 37631 37631 Наружная Outdoor 671 671 12,8 12.8 Внутренняя Internal 515 515 10,4 10,4 37632 37632 Наружная Outdoor 772 772 И,5 And 5 Внутренняя Internal 584 584 9,8 9.8 37633 37633 Наружная Outdoor 821 821 14,6 14.6 Внутренняя Internal 587 587 10,4 10,4 37863 37863 Наружная Outdoor 771 771 15,2 15,2 Внутренняя Internal 593 593 И,5 And 5

Из табл. 5 и 6 и фиг. 5 и 6 видно, что были получены одинаковые базовые результаты с более высоким объемным процентным содержанием для цилиндров A303, как для цилиндров A301, описанных выше в разделе 1.1.From the table. 5 and 6 and FIG. Figures 5 and 6 show that the same basic results were obtained with a higher volume percentage for cylinders A303, as for cylinders A301, described above in section 1.1.

1.3. Центробежное литье четырех цилиндров A304 (основной металл A05+17 об.% частиц NbC).1.3. Centrifugal casting of four cylinders A304 (base metal A05 + 17 vol.% NbC particles).

Четыре цилиндра A304 центробежно отливали с использованием таких же условий, как для цилиндров A301 и A303, описанных выше в разделах соответственно 1.1 и 1.2, с использованием такого же основного металла A05, но с более высокой объемной фракции частиц NbC. Образцы готовили и испытывали, как описано выше в разделах 1.1 и 1.2. Исследовали только три цилиндра (цилиндр 37634, отлитый при 920 об/мин, цилиндр 37635, отлитый при 1100 об/мин, и цилиндр 37636, отлитый при 1280 об/мин).Four cylinders A304 were centrifugally cast using the same conditions as for cylinders A301 and A303 described above in sections 1.1 and 1.2, respectively, using the same base metal A05, but with a higher volume fraction of NbC particles. Samples were prepared and tested as described above in sections 1.1 and 1.2. Only three cylinders were examined (cylinder 37634 cast at 920 rpm, cylinder 37635 cast at 1100 rpm, and cylinder 37636 cast at 1280 rpm).

На фиг. 7 представлены оптические изображения поперечных срезов образцов из цилиндров 37634 и 37635.In FIG. 7 shows optical images of transverse sections of samples from cylinders 37634 and 37635.

Из фиг. 7 видно, что, как в случае с цилиндрами с более низкой объемной фракцией частиц NbC, описанными выше в разделах 1.1 и 1.2, частицы NbC имели неоднородное распределение в основном металле по толщине отливок, при этом наружные слои образцов имели более высокие концентрации частиц NbC. Поперечные срезы показывают богатый частицами NbC наружный слой (или область) и внутреннюю область с более низкой концентрацией частиц NbC (которая может включать множество слоев, разделенных границами).From FIG. Figure 7 shows that, as in the case of cylinders with a lower volume fraction of NbC particles described in Sections 1.1 and 1.2 above, NbC particles had an inhomogeneous distribution in the base metal over the thickness of the castings, while the outer layers of the samples had higher concentrations of NbC particles. Cross sections show an NbC particle-rich outer layer (or region) and an inner region with a lower concentration of NbC particles (which may include multiple layers separated by boundaries).

Кроме того, как в случае цилиндров с более низкой объемной фракцией частиц NbC, описанных выше в разделах 1.1 и 1.2, анализ SEM установил, что NbC были необнаруживаемыми в основном металле. В частности, было обнаружено, что частицы NbC нерастворимы в основном металле при температуре литья и в отлитых цилиндрах.Furthermore, as in the case of cylinders with a lower volume fraction of NbC particles described above in sections 1.1 and 1.2, SEM analysis found that NbC were undetectable in the base metal. In particular, it was found that NbC particles are insoluble in the base metal at casting temperature and in cast cylinders.

Проведенное испытание показало, что толщина богатых частицами NbC наружных слоев в образцах для цилиндров 37634, 37635 и 37636 составила 12, 13 и 15 мм соответственно.The test showed that the thickness of the NbC-rich outer layers in the samples for cylinders 37634, 37635 and 37636 was 12, 13 and 15 mm, respectively.

Объемные концентрации частиц NbC в наружных слоях этих образцов составили 28% для цилиндра 37634, 25% для цилиндра 37635 и 29% для цилиндра 37636.The volume concentrations of NbC particles in the outer layers of these samples were 28% for cylinder 37634, 25% for cylinder 37635, and 29% for cylinder 37636.

В табл. 7 показана средняя твердость и содержание ферритов для каждой из внутренних и наружных областей образцов из цилиндров 37634 и 37635. Профили твердости по сечению цилиндрического образца показаны на фиг. 8.In the table. 7 shows the average hardness and ferrite content for each of the inner and outer regions of the samples from cylinders 37634 and 37635. The hardness profiles along the cross section of the cylindrical sample are shown in FIG. 8.

Таблица 7Table 7

Данные по твердости и содержанию ферритовHardness and Ferrite Data

Образец Sample Область Region HV10 Hv10 Содержание ферритов(% магнитных) Ferrite content (% magnetic) 37634 37634 Наружный Outer 664 664 12,7 12.7 Внутренний Interior 546 546 10,9 10.9 37635 37635 Наружный Outer 661 661 И,7 And 7 Внутренний Interior 513 513 Ю,1 Yu, 1

Из табл. 7 и фиг. 7 и 8 видно, что такие же базовые результаты были получены с более высоким объемным процентным содержанием для цилиндров A304, как для цилиндров A301 и A303, описанных выше в разделах 1.1 и 1.2.From the table. 7 and FIG. Figures 7 and 8 show that the same basic results were obtained with a higher volume percentage for cylinders A304, as for cylinders A301 and A303, described above in sections 1.1 and 1.2.

1.4. Центробежное литье цилиндра A352 (основной металл C21+10 об.% частиц NbC)/1.4. Centrifugal casting of cylinder A352 (base metal C21 + 10 vol.% NbC particles) /

- 12 033878- 12 033878

Один цилиндр A352 центробежно отливали из основного металла C21 с 10 об.% частиц NbC. Образцы готовили и испытывали, как описано выше.One A352 cylinder was centrifugally cast from a C21 base metal with 10 vol.% NbC particles. Samples were prepared and tested as described above.

На фиг. 9 представлено оптическое изображение поперечного среза образца цилиндра A352.In FIG. 9 is an optical cross-sectional image of a sample of the cylinder A352.

Из фиг. 9 видно, что, как в случае с другими испытываемыми цилиндрами, описанными выше, частицы NbC имеют неоднородное распределение по толщине отливки, при этом наружный слой образца имеет более высокую концентрацию частиц NbC.From FIG. Figure 9 shows that, as with the other test cylinders described above, NbC particles have a non-uniform distribution over the thickness of the casting, with the outer layer of the sample having a higher concentration of NbC particles.

Кроме того, как в случае с другими испытываемыми цилиндрами, описанными выше, анализ SEM установил, что NbC были необнаруживаемыми в основном металле. В частности, было обнаружено, что частицы NbC нерастворимы в основном металле при температуре литья и в отлитых цилиндрах.In addition, as with the other test cylinders described above, SEM analysis found that NbC were undetectable in the base metal. In particular, it was found that NbC particles are insoluble in the base metal at casting temperature and in cast cylinders.

Как показано на фиг. 9, богатый NbC слой представляет собой слой толщиной 20 мм, составляющий 50% от общей радиальной толщины образца. Было обнаружено, что образец содержал около 25 об.% частиц NbC.As shown in FIG. 9, the NbC-rich layer is a layer 20 mm thick, representing 50% of the total radial thickness of the sample. It was found that the sample contained about 25 vol.% NbC particles.

После травления было идентифицировано три подслоя наружного слоя толщиной 20 мм, богатого частицами NbC, которые показаны на фиг. 10. На фиг. 10 показано, что присутствует направленное отверждение по подслоям во время центробежного литья. Было обнаружено, что столбчатая структура значительно способствует износостойкости отливки.After etching, three sublayers of an outer layer 20 mm thick rich in NbC particles were identified, which are shown in FIG. 10. In FIG. 10 shows that directional curing is present over the sublayers during centrifugal casting. It was found that the columnar structure significantly contributes to the wear resistance of the casting.

1.5. Центробежное литье цилиндра A323 (основной металл A49+15 об.% частиц NbC).1.5. Centrifugal casting of a cylinder A323 (base metal A49 + 15 vol.% NbC particles).

Один цилиндр A323 центробежно отливали из основного металла A49 и 15 об.% частиц NbC. Образцы готовили и испытывали, как описано выше.One A323 cylinder was centrifugally cast from A49 base metal and 15 vol.% NbC particles. Samples were prepared and tested as described above.

1.5.1. Металлургическое исследование.1.5.1. Metallurgical research.

На фиг. 11 представлено оптическое изображение поперечного среза образца цилиндра A323. Из фиг. 11 видно, что, как в случае с другими испытываемыми цилиндрами, описанными выше, частицы NbC имеют неоднородное распределение по толщине отливки, при этом наружный слой образца имеет более высокую концентрацию частиц NbC.In FIG. 11 is an optical cross-sectional view of a sample of cylinder A323. From FIG. Figure 11 shows that, as with the other test cylinders described above, NbC particles have a non-uniform distribution over the thickness of the casting, with the outer layer of the sample having a higher concentration of NbC particles.

Кроме того, как в случае с другими испытываемыми цилиндрами, описанными выше, анализ SEM установил, что NbC были необнаруживаемыми в основном металле. В частности, было обнаружено, что частицы NbC нерастворимы в основном металле при температуре литья и в отлитых цилиндрах.In addition, as with the other test cylinders described above, SEM analysis found that NbC were undetectable in the base metal. In particular, it was found that NbC particles are insoluble in the base metal at casting temperature and in cast cylinders.

Как видно из фиг. 11, богатый частицами NbC наружный слой представляет собой очень отчетливую полосу вдоль всего наружного края круга. Это наблюдается как на макроскопическом, так и на микроскопическом уровне.As can be seen from FIG. 11, the NbC particle-rich outer layer is a very distinct band along the entire outer edge of the circle. This is observed both at the macroscopic and at the microscopic level.

Было обнаружено, что глубина богатого частицами NbC наружного слоя является постоянной вдоль окружности и составляет около 7-8 мм, то есть примерно 25-30% от радиальной толщины образца. Также было обнаружено, что объемная фракция NbC в этом наружном слое является постоянной в исследованных участках и составляет около 28-31 об.% от общего объема наружного слоя.It was found that the depth of the outer layer rich in NbC particles is constant along the circumference and is about 7-8 mm, that is, about 25-30% of the radial thickness of the sample. It was also found that the volume fraction of NbC in this outer layer is constant in the studied areas and amounts to about 28-31 vol.% Of the total volume of the outer layer.

Помимо концентраций NbC было обнаружено, что микроструктуры наружного и внутреннего слоев имеют другие значительные различия. Частицы NbC в богатом частицами NbC наружном слое были в основном круглыми без каких-либо острых краев, тогда как во внутренних слоях указанные частицы имели разнообразные формы, от круглых до остроконечных дендритных форм. Структуру матрицы богатого частицами NbC наружного слоя и других слоев можно отличить, в первую очередь, по присутствию/отсутствию структуры частиц NbC типа Китайский почерк в аустенитных дендритах матрицы. Этот тип структуры NbC был обнаружен глубоко во внутренних слоях, но практически отсутствовал в богатом частицами NbC наружном слое. Это привело к различию в тепловых свойствах богатого частицами NbC наружного слоя и внутренних слоев.In addition to NbC concentrations, it was found that the microstructures of the outer and inner layers have other significant differences. NbC particles in the NbC particle-rich outer layer were mostly round without any sharp edges, while in the inner layers these particles had various shapes, from round to pointed dendritic shapes. The matrix structure of the outer layer rich in NbC particles and other layers can be distinguished, first of all, by the presence / absence of the structure of NbC particles of the Chinese style type in the austenitic dendrites of the matrix. This type of NbC structure was found deep in the inner layers, but was practically absent in the outer layer rich in NbC particles. This led to a difference in the thermal properties of the NbC-rich outer layer and inner layers.

Уникальная микроструктура была обнаружена на границе богатого частицами NbC наружного слоя и внутренних слоев. Микроструктура характеризовалась частицами NbC, которые преимущественно были крестообразными (дендритными). Некоторые частицы в этой области имели форму, которая являлась смесью круглой и дендритной.A unique microstructure was found at the interface between the NbC-rich outer layer and inner layers. The microstructure was characterized by NbC particles, which were mainly cruciform (dendritic). Some particles in this area had a shape that was a mixture of round and dendritic.

1.5.2. Твердость и содержание ферритов.1.5.2. Hardness and ferrite content.

Измерение твердости по Виккерсу по сечению цилиндрического образца с нагрузкой 10 кг проводили на полированных поверхностях двух образцов. Измерения начинали на самых наружных краях образцов и затем проходили по толщине отливок с интервалами 1 мм до завершения на самых внутренних краях. В табл. 8 показаны данные по средней твердости и содержанию ферритов для богатого частицами NbC наружного слоя и внутренних слоев каждого образца. Богатый частицами NbC наружный слой каждого образца описан в таблице как наружная область, и внутренние слои каждого образца описаны в таблице как внутренняя область. Профили твердости по сечению цилиндрического образца показаны на фиг. 12.Vickers hardness was measured over a cross section of a cylindrical sample with a load of 10 kg on the polished surfaces of two samples. Measurements were started at the outermost edges of the samples and then passed through the thickness of the castings at 1 mm intervals until completion at the innermost edges. In the table. Figure 8 shows the average hardness and ferrite content for the NbC particle-rich outer layer and inner layers of each sample. The NbC particle-rich outer layer of each sample is described in the table as the outer region, and the inner layers of each sample are described in the table as the inner region. The hardness profiles along the cross section of the cylindrical sample are shown in FIG. 12.

- 13 033878- 13 033878

Таблица 8 Данные измерений твердости и содержания ферритовTable 8 Measurement data of hardness and ferrite content

Образец Sample Область Region HV10 Hv10 Содержание Content ферритов(% магнитных) ferrites (% magnetic) 4719СС-А 4719SS-A Наружный Outer 455 455 22,9 22.9 Внутренний Interior 357 357 21,2 21,2 4719СС-В 4719SS-B Наружный Outer 526 526 19,1 19.1 Внутренний Interior 355 355 17,6 17.6

Как и следовало ожидать, более высокая концентрация частиц NbC привела к более высокой твердости богатого частицами NbC наружного слоя (наружная область) по сравнению с внутренней областью этого же самого образца. Результаты измерений твердости коррелировали с результатами измерений объемной фракции, то есть образец 4719CC-B с более высокой объемной фракцией NbC показал более высокую твердость, чем образец 419CC-A. Существенного различия в содержании ферритов между двумя областями каждого образца не наблюдалось.As expected, a higher concentration of NbC particles resulted in a higher hardness of the NbC-rich outer layer (outer region) compared to the inner region of the same sample. The hardness measurements correlated with the volume fraction measurements, that is, sample 4719CC-B with a higher volume fraction of NbC showed a higher hardness than sample 419CC-A. A significant difference in the ferrite content between the two regions of each sample was not observed.

При обращении на фиг. 12 можно видеть, что испытания на твердость по сечению цилиндрического образца показали, что для обоих образцов твердость была наиболее высокой на самом наружном крае образцов (то есть первых точках испытания для обоих испытаний) и твердость на границе двух областей составила около 425 единиц по Виккерсу. Внутренняя (совокупная) область сохраняла постоянную твердость почти по всей толщине.When referring to FIG. 12 it can be seen that hardness tests over the cross section of a cylindrical sample showed that for both samples the hardness was highest at the outermost edge of the samples (i.e. the first test points for both tests) and the hardness at the boundary of the two regions was about 425 Vickers units. The inner (aggregate) region maintained a constant hardness over almost the entire thickness.

2. Заключения.2. Conclusions.

2.4. Функционально-градиентные материалы.2.4. Functional gradient materials.

В испытании, кратко описанном выше, основные металлы (A05, A49 и C21) с целым рядом объемных процентов частиц NbC центробежно отливали и исследовали. Результаты обобщены и представлены в табл. 9.In the test briefly described above, base metals (A05, A49, and C21) with a variety of volume percent NbC particles were centrifugally cast and examined. The results are summarized and presented in table. 9.

Таблица 9Table 9

Сводная таблица центробежно-литых сплавов семейства A300Summary table of centrifugal cast alloys of the A300 family

No. Код The code FMMCC FMMCC Об/мин Rpm G-сила (G) G-force (G) Слой, богатый NbC NbC rich layer Осн.мет., описание Main met., Description NbC (об.%) Nbc (about.%) Толщина (мм) Thickness (mm) NbC (об.%) Nbc (about.%) 1 1 А323 A323 А49 A49 15 fifteen 920 920 50 fifty 7-8 7-8 28-33 28-33 2 2 А301 A301 А05 A05 5 5 924 924 52 52 2 2 13 thirteen 1100 1100 74 74 2 2 14 14 1285 1285 102 102 3-5 3-5 14 14

924 52 3,5 13,5924 52 3.5 13.5

924 924 52 52 3,5 3,5 13,5 13.5 3 3 АЗ 03 AZ 03 А05 A05 12 12 922 922 52 52 6 6 25 25 1104 1104 75 75 7 7 26 26 1280 1280 101 101 5-7 5-7 29 29th 925 925 53 53 5 5 28 28 4 4 АЗ 04 AZ 04 А05 A05 17 17 920 920 52 52 12 12 28 28 1100 1100 74 74 13 thirteen 25 25 1280 1280 101 101 15 fifteen 29 29th 5 5 АЗ 52 AZ 52 С21 C21 10 10 925 925 67 67 15-17 15-17 24 24

Объемная фракция тугоплавких частиц с богатых частицами NbC в наружных слоях отливок составляла до 31% в объеме наружного слоя. Кроме того, высокие скорости вращения повышали об.% NbC, но эффекты были, как правило, незначительными. Во внутренней области каждой отливки объемный процент частиц NbC изменялся в диапазоне 2-6%.The volume fraction of refractory particles with rich NbC particles in the outer layers of the castings amounted to 31% in the volume of the outer layer. In addition, high rotation speeds increased vol.% NbC, but the effects were usually negligible. In the inner region of each casting, the volume percentage of NbC particles varied in the range of 2-6%.

Взаимосвязь между толщиной богатого частицами NbC наружного слоя и общим объемным процентом (об.%) NbC в композиционных составах изделий и взаимосвязь между об.% NbC в богатом частицами NbC наружном слое и общим об.% NbC в композиционных составах изделий анализировали, и результаты представлены на фиг. 13 и 14 соответственно.The relationship between the thickness of the NbC particle-rich outer layer and the total volume percent (vol.%) NbC in the product compositions and the relationship between the vol.% NbC in the particle-rich NbC outer layer and the total vol.% NbC in the product compositions were analyzed and the results are presented in FIG. 13 and 14, respectively.

Как видно на чертежах:As can be seen in the drawings:

(a) было обнаружено, что толщина богатого NbC наружного слоя каждого центробежно-литого цилиндра напрямую зависит от номинального совокупного содержания NbC в композиционном составе изделия (см. фиг. 13); и (b) было обнаружено, что конечное содержание NbC в богатом частицами NbC наружном слое каждого центробежно-литого цилиндра зависит от номинального совокупного содержания NbC в компози(a) it was found that the thickness of the NbC-rich outer layer of each centrifugal cast cylinder directly depends on the nominal total NbC content in the composition of the product (see Fig. 13); and (b) it was found that the final NbC content in the particle-rich NbC outer layer of each centrifugally cast cylinder depends on the nominal total NbC content in the composition

- 14 033878 ционном составе изделия, при этом содержание NbC имеет тенденцию к выравниванию при максимальном содержании около 28-30% в наружном слое для конкретного основного металла A05 и является на 50-120 об.% выше, чем номинальный объемный процент тугоплавкого материала во всем изделии по диапазону номинального об.% NbC, охваченного фиг. 14.- 14 033878 composition of the product, while the NbC content tends to equalize with a maximum content of about 28-30% in the outer layer for a specific base metal A05 and is 50-120 vol.% Higher than the nominal volume percent of refractory material throughout the product over the range of nominal vol.% NbC covered by FIG. 14.

Также было обнаружено, что толщина и концентрация частиц NbC в богатом частицами NbC наружном слое в каждом из центробежно-литых цилиндров зависит от g-фактора отливки в диапазоне 50102.It was also found that the thickness and concentration of NbC particles in the NbC particle-rich outer layer in each of the centrifugally cast cylinders depends on the casting g-factor in the range 50102.

В вышеизложенном описании предпочтительных вариантов осуществления изобретения для ясности использовались специфические термины. Однако не следует считать изобретение ограничивающимся конкретными выбранными терминами, и следует понимать, что каждый конкретный термин распространяется на все технические эквиваленты, которые работают аналогичным образом, способствуя достижению аналогичной технической цели. Такие термины, как передний и задний, внутренний и наружный, выше, ниже, верхний и нижний и подобные употребляются для удобства обеспечения мест, на которые делаются ссылки, и не должны считаться ограничивающими терминами.In the foregoing description of preferred embodiments of the invention, specific terms have been used for clarity. However, the invention should not be considered limited to the particular terms chosen, and it should be understood that each specific term applies to all technical equivalents that work in a similar way, contributing to the achievement of a similar technical goal. Terms such as front and rear, inner and outer, higher, lower, upper and lower and the like are used to conveniently provide references to points and should not be construed as limiting terms.

Ссылка в этом описании на любую публикацию известного технического решения (или извлеченную из нее информацию) или на любую известную тему не представляет собой или не должна восприниматься как подтверждение или допущение или любая форма предположения того, что публикация известного технического решения (или извлеченная из нее информация) или известная тема образует часть общих обычных знаний в интересующей области техники, к которой относится это описание.The reference in this description to any publication of a known technical solution (or information extracted from it) or to any known topic does not constitute or should not be construed as confirmation or assumption or any form of assumption that the publication of a known technical solution (or information extracted from it) ) or a known topic forms part of general common knowledge in the field of technology of interest to which this description relates.

В этом описании слово содержащий следует понимать в его открытом смысле, то есть в смысле включающий, и никоим образом не ограничивая его закрытым смыслом, который выражается словосочетанием состоящий только из. Когда используются слова содержат, содержал и содержит, им должно придаваться соответствующее значение.In this description, the word containing should be understood in its open sense, that is, in the sense of including, and in no way limiting it to a closed meaning, which is expressed by a phrase consisting only of. When used words contain, contain and contain, they should be given the appropriate meaning.

Кроме того, хотя выше описаны только некоторые варианты осуществления изобретения(й), следует понимать, что различные изменения, модификации, добавления и/или замены могут быть сделаны без отступления от объема и сущности раскрытых вариантов осуществления, при этом варианты осуществления являются иллюстративными и не ограничивающими.In addition, although only certain embodiments of the invention (s) are described above, it should be understood that various changes, modifications, additions and / or substitutions can be made without departing from the scope and nature of the disclosed embodiments, while the embodiments are illustrative and not restrictive.

Более того, хотя данное изобретение(я) было описано на основании того, что в настоящее время считается наиболее практичными и предпочтительными вариантами осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления, но, напротив, призвано охватывать различные модификации и эквивалентные варианты осуществления, отвечающие сущности и объем изобретения(й). Также, различные варианты осуществления, описанные выше, могут быть воплощены в сочетании с другими вариантами осуществления, например аспекты, описанные в одном варианте осуществления, могут быть комбинированы с аспектами, описанными в другом варианте осуществления для реализации дополнительных вариантов осуществления. Кроме того, каждый независимый признак или компонент любого заданного сборочного узла может составлять дополнительный вариант осуществления.Moreover, although this invention (s) has been described on the basis of what is currently considered the most practical and preferred embodiments, it should be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent embodiments corresponding to the essence and scope of the invention (s). Also, various embodiments described above may be embodied in combination with other embodiments, for example, aspects described in one embodiment, may be combined with aspects described in another embodiment to implement further embodiments. In addition, each independent feature or component of any given assembly may constitute an additional embodiment.

В качестве примера, хотя варианты осуществления изобретения, описанные выше, включают различные типы стали (такие как нержавеющая сталь или аустенитная марганцевая сталь) в качестве основного металла, изобретение не ограничивается этим типом основного металла и распространяется на любой подходящий основной металл. В качестве примера основной металл может содержать любой один или несколько элементов переходных металлов Ti, Cr, Zr, Hf, V, Nb и Ta.By way of example, although the embodiments described above include various types of steel (such as stainless steel or austenitic manganese steel) as a base metal, the invention is not limited to this type of base metal and extends to any suitable base metal. As an example, the base metal may contain any one or more of the elements of the transition metals Ti, Cr, Zr, Hf, V, Nb and Ta.

В качестве дополнительного примера, хотя описанные выше варианты осуществления изобретения направлены на использование NbC в качестве нерастворимых твердых частиц тугоплавкого материала, изобретение распространяется также на другие тугоплавкие материалы.As an additional example, although the above-described embodiments of the invention are directed to the use of NbC as insoluble solid particles of a refractory material, the invention also extends to other refractory materials.

В качестве дополнительного примера, несмотря на то, что описанные выше варианты осуществления изобретения направлены на частицы NbC с более высокой плотностью по сравнению с плотностью основного металла, при этом более высокие концентрации тугоплавких частиц наблюдаются в направлении наружных поверхностей композиционных металлических изделий, изобретение также распространяется на варианты осуществления, в которых тугоплавкие частицы имеют более низкую плотность по сравнению с плотностью основного металла, при этом более высокие концентрации тугоплавких частиц наблюдаются в направлении внутренних поверхностей композиционного металлического изделия.As an additional example, although the embodiments described above are directed to NbC particles with a higher density than the density of the base metal, while higher concentrations of refractory particles are observed in the direction of the outer surfaces of the composite metal products, the invention also extends to embodiments in which the refractory particles have a lower density than the density of the base metal, with higher con entratsii refractory particles are observed in the direction of the internal surfaces of a composite metal product.

В качестве дополнительного примера, хотя экспериментальная работа, описанная выше, была проведена на центробежно-литых цилиндрах, можно без труда понять, что изобретение не ограничивается этой конкретной формой отливки и распространяется на любую форму изделия, которое может быть отлито центробежным способом.As an additional example, although the experimental work described above was carried out on centrifugally cast cylinders, it can be readily understood that the invention is not limited to this particular form of casting and extends to any form of product that can be centrifugally cast.

Claims (14)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Центробежно-литое композиционное металлическое изделие, имеющее ось вращения, аксиально вытянутую наружную поверхность и массу по меньшей мере 5 кг, содержащее матрицу из сплава на основе железа и 5-50 об.% нерастворимых твердых частиц тугоплавкого материала, распределенных в 1. A centrifugal cast composite metal product having an axis of rotation, an axially elongated outer surface and a mass of at least 5 kg, containing an iron-based alloy matrix and 5-50 vol.% Insoluble solid particles of refractory material distributed in - 15 033878 сплаве на основе железа, при этом частицы тугоплавкого материала представляют собой карбиды, и/или бориды, и/или нитриды одного или более чем одного переходного металла и частицы представляют собой химическую смесь, но не физическую смесь, карбидов, и/или боридов, и/или нитридов переходных металлов, при этом частицы тугоплавкого материала имеют плотность, которая находится в пределах 20% от плотности сплава на основе железа при его температуре литья, частицы тугоплавкого материала формируют радиальные слои изделия и включены в наружный поверхностный слой изделия, который составляет менее чем 50% от радиальной толщины изделия в направлении от наружной поверхности изделия, и образуется неоднородное распределение тугоплавких частиц в радиальной толщине изделия, где неоднородное распределение тугоплавких частиц включает первую концентрацию частиц в изделии в одном слое изделия, которая является более высокой, чем вторая концентрация частиц в другом слое в изделии.- 15 033878 an iron-based alloy, wherein the particles of the refractory material are carbides and / or borides and / or nitrides of one or more transition metals and the particles are a chemical mixture, but not a physical mixture, of carbides, and / or borides and / or nitrides of transition metals, while the particles of the refractory material have a density that is within 20% of the density of the iron-based alloy at its casting temperature, the particles of the refractory material form the radial layers of the product and are included externally the surface layer of the product, which is less than 50% of the radial thickness of the product in the direction from the outer surface of the product, and an inhomogeneous distribution of refractory particles is formed in the radial thickness of the product, where the inhomogeneous distribution of refractory particles includes the first concentration of particles in the product in one layer of the product, which is higher than the second concentration of particles in another layer in the product. 2. Композиционное металлическое изделие по п.1, отличающееся тем, что первая концентрация тугоплавких частиц содержится в наружном поверхностном слое изделия и находится в диапазоне 10-40 об.% от общего объема наружного поверхностного слоя.2. The composite metal product according to claim 1, characterized in that the first concentration of refractory particles is contained in the outer surface layer of the product and is in the range of 10-40 vol.% Of the total volume of the outer surface layer. 3. Композиционное металлическое изделие по п.1 или 2, отличающееся тем, что вторая концентрация тугоплавких частиц в другом слое изделия находится в диапазоне 2-4,5 об.% от общего объема другого слоя.3. The composite metal product according to claim 1 or 2, characterized in that the second concentration of refractory particles in another layer of the product is in the range of 2-4.5 vol.% Of the total volume of the other layer. 4. Композиционное металлическое изделие по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что первая концентрация тугоплавких частиц на 50-120 об.% выше, чем номинальный объемный процент тугоплавкого материала в изделии.4. Composite metal product according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the first concentration of refractory particles is 50-120 vol.% Higher than the nominal volume percent of the refractory material in the product. 5. Композиционное металлическое изделие по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что наружный поверхностный слой изделия проходит на 1-50 мм от наружной поверхности изделия.5. Composite metal product according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the outer surface layer of the product extends 1-50 mm from the outer surface of the product. 6. Композиционное металлическое изделие по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что сплав на основе железа представляет собой сталь Хадфильда для использования, например, в мантиях гирационных дробилок, где сталь Хадфильда содержит 1,0-1,4 мас.% C, 0,0-1,0 мас.% Si, 10-15 мас.% Mn, 0,0-3,0 мас.% Mo, 0,0-5,0 мас.% Cr, 0,0-2,0 мас.% Ni, при этом остальные компоненты представляют собой Fe и случайные примеси.6. Composite metal product according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the iron-based alloy is Hadfield steel for use, for example, in gowns of gyration crushers, where Hadfield steel contains 1.0-1.4 wt.% C, 0 , 0-1.0 wt.% Si, 10-15 wt.% Mn, 0.0-3.0 wt.% Mo, 0.0-5.0 wt.% Cr, 0.0-2.0 wt.% Ni, while the remaining components are Fe and random impurities. 7. Композиционное металлическое изделие по любому из пп.1-5, где сплав на основе железа представляет собой нержавеющую сталь 420С для использования, например, во втулках вала в шламовых насосах, где нержавеющая сталь 420С содержит 0,3-0,5 мас.% С, 0,5-1,5 мас.% Si, 0,5-3,0 мас.% Mn, 0,0-0,5 мас.% Мо, 10-14 мас.% Cr, 0,0-1,0 мас.% Ni, при этом остальные компоненты представляют собой Fe и случайные примеси.7. The composite metal product according to any one of claims 1 to 5, wherein the iron-based alloy is 420C stainless steel for use, for example, in shaft sleeves in slurry pumps, where 420C stainless steel contains 0.3-0.5 wt. % C, 0.5-1.5 wt.% Si, 0.5-3.0 wt.% Mn, 0.0-0.5 wt.% Mo, 10-14 wt.% Cr, 0.0 -1.0 wt.% Ni, while the remaining components are Fe and random impurities. 8. Композиционное металлическое изделие по любому из пп.1-5, где сплав на основе железа представляет собой высокохромистый белый чугун, содержащий 1,5-4,0 мас.% C, 0,0-1,5 мас.% Si, 0,5-7,0 мас.% Mn, 0,0-1,0 мас.% Мо, 15-35 мас.% Cr, 0,0-1,0 мас.% Ni, при этом остальные компоненты представляют собой Fe и случайные примеси.8. The composite metal product according to any one of claims 1 to 5, where the iron-based alloy is a high-chromium white cast iron containing 1.5-4.0 wt.% C, 0.0-1.5 wt.% Si, 0.5-7.0 wt.% Mn, 0.0-1.0 wt.% Mo, 15-35 wt.% Cr, 0.0-1.0 wt.% Ni, with the remaining components being Fe and random impurities. 9. Композиционное металлическое изделие по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что имеет массу по меньшей мере 20 кг.9. Composite metal product according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that it has a mass of at least 20 kg 10. Способ центробежного литья композиционного металлического изделия, имеющего ось вращения, аксиально проходящую наружную поверхность и массу по меньшей мере 5 кг, содержащего матрицу из сплава на основе железа и неоднородную дисперсию нерастворимых твердых тугоплавких частиц тугоплавкого материала, как определено в любом из пп.1-9, при этом способ включает (a) формирование суспензии, содержащей твердые тугоплавкие частицы, диспергированные в жидком сплаве на основе железа, при этом тугоплавкие частицы представляют собой карбиды, и/или бориды, и/или нитриды одного или более чем одного переходного металла и частицы представляют собой химическую смесь, но не физическую смесь, карбидов, и/или боридов, и/или нитридов переходных металлов, концентрация тугоплавких частиц составляет 5-50 об.% от общего объема суспензии, тугоплавкие частицы нерастворимы при температуре литья и имеют плотность, которая находится в пределах 20% от плотности основного металла при температуре литья; и (b) заливку суспензии в форму для изделия и центробежное литье изделия с массой по меньшей мере 5 кг в форме путем вращения формы вокруг оси после и/или во время заливки суспензии в форму, чтобы вызвать формирование тугоплавкими частицами радиальных слоев изделия в радиальной толщине изделия, где наружный поверхностный слой составляет менее чем 50% от радиальной толщины изделия в направлении от наружной поверхности изделия, с концентрацией нерастворимых тугоплавких частиц в одном слое более высокой, чем концентрация частиц в другом слое в изделии, и получение неоднородного распределения нерастворимых твердых частиц по сплаву на основе железа в изделии.10. The method of centrifugal casting of a composite metal product having an axis of rotation axially extending through the outer surface and a mass of at least 5 kg, comprising an iron-based alloy matrix and a non-uniform dispersion of insoluble solid refractory particles of refractory material, as defined in any one of claims 1 -9, the method includes (a) forming a suspension containing solid refractory particles dispersed in an iron-based liquid alloy, the refractory particles being carbides, and / or b the horides and / or nitrides of one or more than one transition metal and particles are a chemical mixture, but not a physical mixture of carbides and / or borides and / or nitrides of transition metals, the concentration of refractory particles is 5-50 vol.% from the total volume of the suspension, refractory particles are insoluble at the casting temperature and have a density that is within 20% of the density of the base metal at the casting temperature; and (b) pouring the suspension into the product mold and centrifugally casting the product with a mass of at least 5 kg in the mold by rotating the mold around the axis after and / or while pouring the suspension into the mold to cause the radial layers of the product to form refractory particles in radial thickness products where the outer surface layer is less than 50% of the radial thickness of the product in the direction from the outer surface of the product, with a concentration of insoluble refractory particles in one layer higher than the concentration of particles in the other layer in product, and obtaining a heterogeneous distribution of insoluble solid particles over the iron-based alloy in the product. 11. Способ центробежного литья композиционного металлического изделия по п.10, отличающийся тем, что стадии (a) и (b) проводят в инертной атмосфере.11. The method of centrifugal casting of a composite metal product according to claim 10, characterized in that stages (a) and (b) are carried out in an inert atmosphere. 12. Способ центробежного литья композиционного металлического изделия по п.10 или 11, отличающийся тем, что стадия (b) включает вращение формы при 10-120 единицах g-фактора.12. The method of centrifugal casting of a composite metal product according to claim 10 or 11, characterized in that stage (b) comprises rotating the mold at 10-120 g-factor units. 13. Способ центробежного литья композиционного металлического изделия по любому из пп.10-12, включающий формирование суспензии посредством добавления (а) ниобия или (b) двух или более чем 13. The method of centrifugal casting of a composite metal product according to any one of claims 10-12, comprising forming a suspension by adding (a) niobium or (b) two or more - 16 033878 двух из ниобия, и титана, и вольфрама в форме твердых тугоплавких частиц карбида ниобия, которые нерастворимы при температуре литья, и/или твердых тугоплавких частиц химической смеси двух или более чем двух из карбида ниобия, и карбида титана, и карбида вольфрама, которые нерастворимы при температуре литья, в расплав, содержащий сплав на основе железа.- 16 033878 two of niobium, and titanium, and tungsten in the form of solid refractory particles of niobium, which are insoluble at casting temperature, and / or solid refractory particles of a chemical mixture of two or more than two of niobium, and titanium carbide, and tungsten carbide which are insoluble at casting temperature, into a melt containing an iron-based alloy. 14. Способ центробежного литья композиционного металлического изделия по любому из пп.10-13, где масса продукта составляет по меньшей мере 20 кг.14. The method of centrifugal casting of a composite metal product according to any one of paragraphs.10-13, where the mass of the product is at least 20 kg
EA201691326A 2013-12-30 2014-12-30 Composite metal product EA033878B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2013905093A AU2013905093A0 (en) 2013-12-30 Composite Metal Product
PCT/AU2014/001176 WO2015100472A1 (en) 2013-12-30 2014-12-30 Composite metal product

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201691326A1 EA201691326A1 (en) 2016-11-30
EA033878B1 true EA033878B1 (en) 2019-12-04

Family

ID=53492843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201691326A EA033878B1 (en) 2013-12-30 2014-12-30 Composite metal product

Country Status (12)

Country Link
US (1) US20170022588A1 (en)
EP (1) EP3089839B1 (en)
CN (1) CN105899311B (en)
AU (1) AU2014374832B2 (en)
BR (1) BR112016015487B1 (en)
CA (1) CA2934084C (en)
CL (1) CL2016001685A1 (en)
EA (1) EA033878B1 (en)
PE (1) PE20160906A1 (en)
PL (1) PL3089839T3 (en)
WO (1) WO2015100472A1 (en)
ZA (1) ZA201603623B (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MY190226A (en) * 2014-07-24 2022-04-06 Oerlikon Metco Us Inc Hardfacing alloys resistant to hot tearing and cracking
JP6999081B2 (en) 2015-09-04 2022-01-18 エリコン メテコ(ユーエス)インコーポレイテッド Non-chromium and low chrome wear resistant alloys
CN105154782A (en) * 2015-09-18 2015-12-16 博源恒盛(内蒙古)新材料科技有限公司 High-performance heat-resistant and wear-resistant alloy
BR112019002148B1 (en) * 2016-08-04 2022-06-14 Weir Minerals Australia Ltd METAL MATRIX COMPOSITE CAST AND METHOD FOR FORMING A METAL MATRIX COMPOSITE MATERIAL CAST
WO2018237080A1 (en) 2017-06-21 2018-12-27 Abbott Molecular Inc. Methods of automatized sample loading and processing and devices and systems related thereto
US11414734B2 (en) 2018-09-25 2022-08-16 Garrett Transportation I Inc Austenitic stainless steel alloys and turbocharger kinematic components formed from stainless steel alloys
CA3117043A1 (en) 2018-10-26 2020-04-30 Oerlikon Metco (Us) Inc. Corrosion and wear resistant nickel based alloys
MX2021013172A (en) * 2019-04-30 2021-12-10 Innerco Sp Z O O Composite material based on alloys, manufactured in situ, reinforced with tungsten carbide and methods of its production.
US11655527B2 (en) 2020-07-01 2023-05-23 Garrett Transportation I Inc. Austenitic stainless steel alloys and turbocharger kinematic components formed from stainless steel alloys
CN115612911B (en) * 2022-12-19 2023-03-14 潍坊昌成耐磨材料有限公司 Preparation method of wear-resistant metal framework ceramic

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5025849A (en) * 1989-11-15 1991-06-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Centrifugal casting of composites
US6805757B1 (en) * 1999-04-22 2004-10-19 Eisenwerk Sulzau-Werfen R. & E. Weinberger Ag Casting material for indefinite rollers with sleeve part and method for producing the same
AU2013203102A1 (en) * 2010-02-05 2013-05-02 Weir Minerals Australia Ltd Hard metal materials

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6036857B2 (en) 1981-07-01 1985-08-22 株式会社クボタ Cylindrical, cylindrical wear-resistant castings and their manufacturing method
JPS58116970A (en) 1981-12-30 1983-07-12 Kubota Ltd Vertical centrifugal casting method for abrasion resistant casting
GB9404786D0 (en) 1994-03-11 1994-04-27 Davy Roll Company The Limited Rolling mill rolls
US8371362B2 (en) * 2007-09-10 2013-02-12 Weir Minerals Australia, Ltd. Method and apparatus for the production of a casting
PE20110649A1 (en) * 2008-08-11 2011-09-17 Weir Minerals Australia Ltd METHOD OF MANUFACTURING A COATING COMPONENT FOR A GRINDING MILL
US8141615B1 (en) 2009-08-21 2012-03-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Aluminum engine cylinder liner and method
US20130039800A1 (en) * 2010-02-05 2013-02-14 Weir Minerals Australia Ltd Hard metal materials
CN103418768A (en) * 2013-08-30 2013-12-04 西南大学 Method for centrifugally casting particle-reinforced brake disc

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5025849A (en) * 1989-11-15 1991-06-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Centrifugal casting of composites
US6805757B1 (en) * 1999-04-22 2004-10-19 Eisenwerk Sulzau-Werfen R. & E. Weinberger Ag Casting material for indefinite rollers with sleeve part and method for producing the same
AU2013203102A1 (en) * 2010-02-05 2013-05-02 Weir Minerals Australia Ltd Hard metal materials

Also Published As

Publication number Publication date
EA201691326A1 (en) 2016-11-30
EP3089839A4 (en) 2017-01-04
PL3089839T3 (en) 2021-03-08
AU2014374832B2 (en) 2018-07-26
CA2934084C (en) 2021-03-30
EP3089839A1 (en) 2016-11-09
EP3089839B1 (en) 2020-11-18
CL2016001685A1 (en) 2016-12-23
ZA201603623B (en) 2022-04-28
CA2934084A1 (en) 2015-07-09
BR112016015487B1 (en) 2021-05-18
PE20160906A1 (en) 2016-09-08
BR112016015487A2 (en) 2017-08-08
US20170022588A1 (en) 2017-01-26
AU2014374832A1 (en) 2016-06-16
CN105899311B (en) 2020-07-14
WO2015100472A1 (en) 2015-07-09
CN105899311A (en) 2016-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA033878B1 (en) Composite metal product
AU698777B2 (en) Microstructurally refined multiphase castings
KR101587215B1 (en) Hot-rolling composite roll produced by cetrifugal casting
JP4648094B2 (en) High Cr cast iron with excellent fatigue crack resistance and method for producing the same
WO2015175959A1 (en) Hypereutectic white iron alloys comprising chromium and nitrogen and articles made therefrom
CA2850453C (en) Roll surface layer material for hot rolling with excellent fatigue resistance produced by centrifugal casting, and composite roll for hot rolling produced through centrifugal casting
JP5794396B2 (en) Induction hardening steel with excellent fatigue properties
KR20180045067A (en) Hard metal materials
WO2010123552A2 (en) Nickel based alloy useful for valve seat inserts
Tęcza et al. Effect of heat treatment on change microstructure of cast high-manganese hadfield steel with elevated chromium content
Tęcza et al. Microstructure of cast high-manganese steel containing titanium
Huang et al. Microstructure, mechanical properties and corrosion behavior of NbC modified AISI 440C stainless steel by vacuum sintering and heat treatments
Kiran et al. Mechanical properties of as-cast ZA-27/Gr/SiCp hybrid composite for the application of journal bearing
Tęcza et al. Changes in impact strength and abrasive wear resistance of cast high manganese steel due to the formation of primary titanium carbides
Nagaral et al. Development and mechanical-wear characterization of Al2024-nano B 4C composites for aerospace applications
El-Fawkhry et al. Eliminating heat treatment of Hadfield steel in stress abrasion wear applications
KR20170045226A (en) Outer layer material for composite rolls for rolling, and composite roll for rolling
JP6606977B2 (en) Method for producing composite roll for hot rolling
Kawalec et al. Abrasive wear resistance of cast iron with precipitates of spheroidal VC carbides
JP6518314B2 (en) Composite roll for rolling
JP2005256088A (en) Spheroidal graphite cast-iron member
RU2230817C1 (en) Cast iron
Garbacz-Klempka et al. Microstructure of Cast High-Manganese Steel Containing Titanium
Vander Voort et al. Microstructure and Characterization of High-Alloy Cast Irons
Mrvar et al. New Concepts and Characterization of Gradient Castings Composed by low Alloyed White Cast Iron and Spheroidal Graphite Cast Iron

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KG TJ TM