RU2445389C1

RU2445389C1 - Wear-resistant cast iron

Info

Publication number: RU2445389C1
Application number: RU2010151682/02A
Authority: RU
Inventors: Николай Сафонович Гущин (RU); Николай Сафонович Гущин; Ольга Петровна Бекишева (RU); Ольга Петровна Бекишева; Ольга Владимировна Гущина (RU); Ольга Владимировна Гущина; Елена Васильевна Гурьева (RU); Елена Васильевна Гурьева; Валерий Михайлович Находкин (RU); Валерий Михайлович Находкин; Александр Борисович Морозов (RU); Александр Борисович Морозов; Ольга Николаевна Гулак (RU); Ольга Николаевна Гулак; Николай Владимирович Чижов (RU); Николай Владимирович Чижов; Галина Петровна Петрова (RU); Галина Петровна Петрова
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-03-20

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: wear-resistant cast iron with spherical graphite contains the following, wt %: carbon 3.0-4.6; silicium 1.5-3.5; manganese 0.2-0.8; nickel 3.0-5.0; boron 0.06-0.40; vanadium 3.0-6.0; copper 0.2-0.8; aluminium 0.1-0.7; cerium 0.02-0.20; magnesium 0.02-0.08; chrome 4.0-6.0; calcium 0.06-0.80; sulphur 0.01-0.03; phosphorus 0.02-0.08; iron is the rest.

EFFECT: cast iron is highly wear-resistant in conditions of impact abrasive wear.

2 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к литейному производству, а именно к изысканию износостойкого чугуна с шаровидным графитом для производства деталей машин и оборудования, подвергающихся абразивному износу, например, футеровки смесителей и др.The invention relates to foundry, and in particular to the search for wear-resistant nodular cast iron for the production of machine parts and equipment subjected to abrasive wear, for example, lining of mixers, etc.

Известен износостойкий чугун с шаровидным графитом, содержащий, мас.%: углерод 3,8-4,5; кремний 2,5-4,5; ванадий 3,5-4,5; медь 0,1-1,5; никель 0,1-2,0; марганец до 0,8; сера до 0,1; фосфор до 0,15; хром до 0,1; магний до 0,05; РЗМ до 0,05; железо - остальное [1].Known wear-resistant cast iron with spherical graphite, containing, wt.%: Carbon 3,8-4,5; silicon 2.5-4.5; vanadium 3.5-4.5; copper 0.1-1.5; nickel 0.1-2.0; manganese up to 0.8; sulfur up to 0.1; phosphorus up to 0.15; chrome up to 0.1; magnesium up to 0.05; REM up to 0.05; iron - the rest [1].

Известен износостойкий чугун с шаровидным графитом, выбранный в качестве прототипа по содержанию входящих компонентов и имеющий следующий состав, мас.%: углерод 2,8-4,0; кремний 1,5-3,5; ванадий 3,0-8,0; медь 0,2-0,8; никель 3,0-5,0; марганец 0,2-1,0; магний 0,02-0,1; алюминий 0,1-0,4; церий 0,03-0,2; кальций 0,05-0,2; бор 0,2-0,4; железо - остальное [2].Known wear-resistant cast iron with spherical graphite, selected as a prototype for the content of incoming components and having the following composition, wt.%: Carbon 2,8-4,0; silicon 1.5-3.5; vanadium 3.0-8.0; copper 0.2-0.8; nickel 3.0-5.0; manganese 0.2-1.0; magnesium 0.02-0.1; aluminum 0.1-0.4; cerium 0.03-0.2; calcium 0.05-0.2; boron 0.2-0.4; iron - the rest [2].

Указанный износостойкий чугун с шаровидным графитом, литая металлическая основа которого содержит карбиды ванадия и мартенсит, обладает недостаточной абразивной стойкостью при изготовлении асфальта и бетона.The specified wear-resistant nodular cast iron, the cast metal base of which contains vanadium carbides and martensite, has insufficient abrasion resistance in the manufacture of asphalt and concrete.

Задачей предложенного изобретения является создание износостойкого чугуна с шаровидным графитом с более высокой твердостью в литом состоянии для работы в условиях абразивного изнашивания.The objective of the proposed invention is the creation of wear-resistant cast iron with spherical graphite with higher hardness in the cast state for working in conditions of abrasive wear.

Технический результат, достигаемый при реализации предложенного технического решения, состоит в повышении абразивной стойкости чугуна в литом состоянии за счет образования в его структуре твердых карбидов хрома, которые совместно с карбидами ванадия существенно повысят твердость сплава, предназначенного для изготовления износостойких отливок, например футеровок.The technical result achieved by the implementation of the proposed technical solution consists in increasing the abrasion resistance of cast iron due to the formation of solid chromium carbides in its structure, which together with vanadium carbides will significantly increase the hardness of the alloy intended for the manufacture of wear-resistant castings, such as linings.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в предложенном износостойком чугуне с шаровидным графитом, содержащем: углерод, кремний, марганец, никель, бор, ванадий, медь, алюминий, церий, магний, кальций, серу, фосфор, железо, дополнительно введен хром при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3,0-4,6; кремний 1,5-3,5; марганец 0,2-0,8; никель 3,0-5,0; бор 0,06-0,40; ванадий 3,0-6,0; медь 0,2-0,8; алюминий 0,1-0,7; церий 0,02-0,20; магний 0,02-0,08; хром 4,0-6,0; кальций 0,06-0,80; сера 0,01-0,03; фосфор 0,02-0,08; железо - остальное.The specified technical result is ensured by the fact that in the proposed wear-resistant cast iron with spherical graphite containing: carbon, silicon, manganese, nickel, boron, vanadium, copper, aluminum, cerium, magnesium, calcium, sulfur, phosphorus, iron, additional chromium is introduced in the following the ratio of components, wt.%: carbon 3.0-4.6; silicon 1.5-3.5; manganese 0.2-0.8; nickel 3.0-5.0; boron 0.06-0.40; vanadium 3.0-6.0; copper 0.2-0.8; aluminum 0.1-0.7; cerium 0.02-0.20; magnesium 0.02-0.08; chrome 4.0-6.0; calcium 0.06-0.80; sulfur 0.01-0.03; phosphorus 0.02-0.08; iron is the rest.

Введение в состав предложенного чугуна хрома способствует образованию твердых карбидов хрома типа Cr₇C₃, благодаря которым повышается стойкость чугуна в условиях абразивного изнашивания.The introduction of chromium into the composition of the proposed cast iron promotes the formation of solid chromium carbides of the Cr ₇ C _{3 type} , due to which the durability of cast iron increases under conditions of abrasive wear.

Добавка в состав предложенного чугуна хрома менее 4% способствует образованию карбидов хрома типа Cr₃C, твердость которых по сравнению с твердостью карбидов хрома типа Cr₇C₃ в 1,5 раза меньше. Увеличение содержания хрома свыше 6% способствует образованию повышенного количества карбидов хрома, в результате чего повышается твердость, но одновременно с этим снижаются прочностные характеристики чугуна.The addition of less than 4% chromium to the composition of the proposed cast iron promotes the formation of chromium carbides of the Cr ₃ C type, whose hardness is 1.5 times less than the hardness of chromium carbides of the Cr ₇ C ₃ type. An increase in chromium content of over 6% promotes the formation of an increased amount of chromium carbides, resulting in increased hardness, but at the same time, the strength characteristics of cast iron are reduced.

Уменьшение содержания ванадия в составе предложенного чугуна с 8 до 6% позволяет снизить количество карбидов ванадия, благодаря чему появляются условия выделения в металлической основе чугуна структурно-свободного углерода в виде графита пластинчатой формы, а ввод в расплав чугуна сфероидизирующих модификаторов в виде магния, церия и кальция способствует получать графит шаровидной формы, благодаря этому существенно повышаются прочностные характеристики чугуна.A decrease in the content of vanadium in the composition of the proposed cast iron from 8 to 6% makes it possible to reduce the amount of vanadium carbides, due to which there appear conditions for the release of structurally free carbon in the metallic base of cast iron in the form of plate graphite, and the introduction of spheroidizing modifiers in the form of magnesium, cerium and calcium helps to obtain spherical graphite, due to this, the strength characteristics of cast iron are significantly increased.

Наличие в металлической основе предложенного чугуна включений графита шаровидной формы в количестве менее 0,5% способствует образованию аустенитной структуры чугуна, которая по сравнению с мартенситной структурой менее износостойкая в условиях абразивного изнашивания. Увеличение количества включений графита шаровидной формы более 2,2% способствует образованию трооститной структуры чугуна, у которой износостойкость меньше, чем у аустенитной структуры.The presence in the metal base of the proposed cast iron of spherical graphite inclusions in an amount of less than 0.5% contributes to the formation of an austenitic structure of cast iron, which is less wear-resistant under abrasive conditions compared to the martensitic structure. An increase in the number of inclusions of spherical graphite of more than 2.2% contributes to the formation of a troostite structure of cast iron, in which the wear resistance is less than that of the austenitic structure.

Наличие в металлической основе предлагаемого чугуна связанного углерода в количестве менее 0,4% способствует образованию аустенитной структуры чугуна, которая по сравнению с мартенситной структурой менее износостойкая в условиях абразивного изнашивания. Увеличение концентрации связанного углерода более 3,7% способствует образованию большого количества включений твердых карбидов ванадия и хрома, что ведет к существенному снижению прочности и, соответственно, абразивной стойкости чугуна.The presence in the metal base of the proposed cast iron of bonded carbon in an amount of less than 0.4% promotes the formation of an austenitic structure of cast iron, which, compared with the martensitic structure, is less wear-resistant under conditions of abrasive wear. An increase in the concentration of bound carbon of more than 3.7% contributes to the formation of a large number of inclusions of solid carbides of vanadium and chromium, which leads to a significant decrease in strength and, accordingly, abrasion resistance of cast iron.

Плавку износостойкого чугуна предложенного состава проводят в индукционных или дуговых электропечах с использованием стандартных шихтовых материалов. Легирующие элементы - никель, медь, хром вводят в металлозавалку. После расплавления шихты и перегрева чугуна до 1480-1550°С на зеркало расплава вводят марганец, ванадий, бор и кремний. Затем присаживают алюминий и кальций (в виде 20%-ного силикокальция). Магний в составе сфероидизирующей присадки, а также церий в виде ферроцерия помещают на дно разливочного ковша перед выпуском жидкого металла из печи.Wear-resistant cast iron of the proposed composition is carried out in induction or electric arc furnaces using standard charge materials. Alloying elements - nickel, copper, chromium are introduced into the metal filling plant. After the charge is melted and the cast iron is overheated to 1480-1550 ° C, manganese, vanadium, boron, and silicon are introduced into the melt mirror. Then aluminum and calcium are added (in the form of 20% silicocalcium). Magnesium in the composition of the spheroidizing additive, as well as cerium in the form of ferrocerium, is placed on the bottom of the casting ladle before the liquid metal is discharged from the furnace.

В таблице 1 приведен химический состав известного и предложенного чугунов. В таблице 2 приведены количество включений графита и карбидов ванадия и хрома, значение твердости и износостойкости в условиях абразивного изнашивания.Table 1 shows the chemical composition of the known and proposed cast irons. Table 2 shows the number of inclusions of graphite and carbides of vanadium and chromium, the value of hardness and wear resistance in conditions of abrasive wear.

Техническим результатом, как видно из данных таблицы 2, являются более высокая твердость (64-71 HRC) и относительная износостойкость (2,58-4,0) предлагаемого чугуна в сравнении с прототипом в литом состоянии.The technical result, as can be seen from the data in table 2, are higher hardness (64-71 HRC) and relative wear resistance (2.58-4.0) of the proposed cast iron in comparison with the prototype in the cast state.

Твердость по Роквеллу определяли в соответствии с ГОСТ 9013-59.Rockwell hardness was determined in accordance with GOST 9013-59.

Испытания на абразивный износ осуществляли по методу Хрущева М.М. на абразивной шкурке марки 14А5НП603 ГОСТ 6456-82, предварительно зафиксированной на поверхности цилиндрического барабана, закрепленного в патроне токарного станка.Tests for abrasive wear were carried out according to the method of Khrushchev M.M. on abrasive skin of grade 14A5NP603 GOST 6456-82, previously fixed on the surface of a cylindrical drum, mounted in a chuck of a lathe.

Износостойкость в условиях абразивного изнашивания определяли по потере массы образцов (⌀3×15 мм).Wear resistance under abrasive conditions was determined by the weight loss of the samples (⌀3 × 15 mm).

Эталонный (Ст.20) и испытуемый образцы устанавливали в специальной державке таким образом, чтобы в процессе испытаний они контактировали каждый со свежей поверхностью абразивной шкурки. Номинальная нагрузка на испытуемые образцы при трении составляла 10 кг/см². Скорость трения образцов составляла 25 м/мин, а длина их пути по поверхности абразивной шкурки - 85 м.The reference (Art. 20) and the test specimen were installed in a special holder so that during the test they came into contact with a fresh surface of the abrasive skin. The nominal load on the test samples during friction was 10 kg / cm ² . The friction speed of the samples was 25 m / min, and their path length along the surface of the abrasive skin was 85 m.

Объемное количество карбидной фазы и включений графита в структуре чугуна подсчитывали планиметрическим методом в трех полях и методом случайных секущих при 500-кратном увеличении на микроскопе МИМ-8.The volumetric amount of the carbide phase and graphite inclusions in the cast iron structure was calculated by the planimetric method in three fields and by the random secant method at a 500-fold magnification using a MIM-8 microscope.

Применение предлагаемого износостойкого чугуна с шаровидным графитом для отливок смесителей, используемых для приготовления асфальта и бетона, позволяет существенно (на 30-40%) увеличить их срок эксплуатации.The use of the proposed wear-resistant nodular cast iron for casting mixers used for the preparation of asphalt and concrete, can significantly (30-40%) increase their service life.

Источники информацииInformation sources

1. А.с. СССР №322394, С22С 37/00, 1971.1. A.S. USSR No. 322394, C22C 37/00, 1971.

2. Патент RU №2401316 С1, С22С 37/04, 10.10.2010, Бюл. №28.2. Patent RU No. 2401316 C1, C22C 37/04, 10/10/2010, Bull. No. 28.

Claims

1. Wear-resistant nodular cast iron, containing carbon, silicon, manganese, nickel, boron, vanadium, copper, aluminum, cerium, magnesium, calcium, sulfur, phosphorus, iron, characterized in that it additionally contains chromium in the following ratio of components, wt.%:
carbon 3.0-4.6 silicon 1,5-3,5 manganese 0.2-0.8 nickel 3.0-5.0 boron 0.06-0.40 vanadium 3.0-6.0 copper 0.2-0.8 aluminum 0.1-0.7 cerium 0.02-0.20 magnesium 0.02-0.08 chromium 4.0-6.0 calcium 0.06-0.80 sulfur 0.01-0.03 phosphorus 0.02-0.08 iron rest

2. Wear-resistant cast iron according to claim 1, characterized in that it contains structurally free carbon in the form of inclusions of spheroidal graphite in an amount of 0.5-2.2% and bound carbon in an amount of 0.4-3.7%.