RU2605048C1 - Cast iron for making core of double-layer rolls - Google Patents
Cast iron for making core of double-layer rolls Download PDFInfo
- Publication number
- RU2605048C1 RU2605048C1 RU2015124291/02A RU2015124291A RU2605048C1 RU 2605048 C1 RU2605048 C1 RU 2605048C1 RU 2015124291/02 A RU2015124291/02 A RU 2015124291/02A RU 2015124291 A RU2015124291 A RU 2015124291A RU 2605048 C1 RU2605048 C1 RU 2605048C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cast iron
- core
- nickel
- copper
- carbon
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C37/00—Cast-iron alloys
Abstract
Description
Изобретение относится к отрасли металлургии и может быть использовано для изготовления сердцевины двухслойных валков, которые характеризуются повышенными механическими характеристиками (твердость, прочность при изгибе).The invention relates to the metallurgy industry and can be used for the manufacture of the core of two-layer rolls, which are characterized by increased mechanical characteristics (hardness, bending strength).
Наиболее близким по технической сути к техническому решению - заявке, есть чугун для изготовления сердцевины двухслойных валков, которая подвергается значительным изгибающим нагрузкам и силам трения, и содержит углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, никель и железо при следующем соотношении компонентов, мас.% [1]:Closest to the technical essence of the technical solution - the application, there is cast iron for the manufacture of the core of two-layer rolls, which is subjected to significant bending loads and friction forces, and contains carbon, silicon, manganese, phosphorus, sulfur, chromium, nickel and iron in the following ratio of components, wt.% [1]:
Недостатком известного чугуна является то, что в его структуре образуются цементит рядом с недостаточно дисперсным графитом и большой частью феррита в металлической основе, что обусловлено значительным содержанием углерода, кремния и хрома в его составе. Вследствие этого сердцевина валков характеризуются недостаточным уровнем прочности, в связи с чем срок службы формующего инструмента сокращается.A disadvantage of the known cast iron is that cementite is formed in its structure next to insufficiently dispersed graphite and a large part of ferrite in a metal base, which is due to the significant content of carbon, silicon and chromium in its composition. As a result, the core of the rolls is characterized by an insufficient level of strength, and therefore the service life of the forming tool is reduced.
Задача изобретения - создание чугуна для изготовления сердцевины двухслойных валков путем дополнительного его легирования медью и подбором оптимального соотношения химических компонентов материала, который обеспечивает одновременное повышение твердости и прочности формующего инструмента.The objective of the invention is the creation of cast iron for the manufacture of the core of two-layer rolls by additional alloying it with copper and selecting the optimal ratio of chemical components of the material, which provides a simultaneous increase in hardness and strength of the forming tool.
Поставленная задача решается таким образом, что чугун, который содержит углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, никель и железо, в соответствии с полезной моделью, дополнительно легирован медью при следующем соотношении компонентов, мас.%:The problem is solved in such a way that cast iron, which contains carbon, silicon, manganese, phosphorus, sulfur, chromium, nickel and iron, in accordance with the utility model, is additionally alloyed with copper in the following ratio of components, wt.%:
При этом углеродный эквивалент находится в пределах 3,7-3,8, что определяет соотношение структурных составляющих, а следовательно, и уровень твердости и прочности чугуна. Кроме того, соотношение меди к никелю, которое регулирует количественное соотношение феррита и перлита в металлической матрице, составляет 0,2-0,4.In this case, the carbon equivalent is in the range of 3.7-3.8, which determines the ratio of structural components, and therefore the level of hardness and strength of cast iron. In addition, the ratio of copper to nickel, which regulates the quantitative ratio of ferrite and perlite in the metal matrix, is 0.2-0.4.
Известно, что углеродный эквивалент сплава в зависимости от содержания основных и легирующих компонентов определяется следующей зависимостью:It is known that the carbon equivalent of an alloy, depending on the content of the main and alloying components, is determined by the following dependence:
Секв=С+0,3·Si+0,33·Р+0,4·S-0,03·МnC eq = C + 0.3 · Si + 0.33 · P + 0.4 · S-0.03 · Mn
где С, Si, Р, S, Мn - содержание в сплаве соответственно углерода, кремния, фосфора, серы, марганца, %.where C, Si, P, S, Mn is the content in the alloy, respectively, of carbon, silicon, phosphorus, sulfur, manganese,%.
Оптимальный углеродный эквивалент сплава, который определяется экспериментальным путем, составляет 3,7-3,8. Установлено, что при его значениях, меньших чем нижний предел, при кристаллизации образуется структура, которая характеризуется достаточно высоким уровнем прочности, но минимальным среди анализируемых образцов уровнем твердости (см. табл. 1, 2). При эквиваленте более 3,8 снижается уровень прочности при изгибе.The optimal carbon equivalent of the alloy, which is determined experimentally, is 3.7-3.8. It was found that at its values less than the lower limit, a structure forms during crystallization, which is characterized by a rather high level of strength, but the minimum hardness level among the analyzed samples (see Tables 1, 2). With an equivalent of more than 3.8, the level of bending strength decreases.
Важным для получения сплава с необходимым уровнем механических свойств является количественное соотношение в металлической матрице феррита и перлита, которое определяется соотношением содержания меди к никелю. При этом соотношение содержания таких компонентов в пределе 0,2-0,4 является оптимальным для получения тонко- и среднепластинчатого перлита в металлической матрице, что обеспечивает достаточные показатели механических свойств. Нахождение соотношения массовой доли меди к никелю за пределами 0,2-0,4 приводит к снижению прочности при изгибе.Important for obtaining an alloy with the required level of mechanical properties is the quantitative ratio in the metal matrix of ferrite and perlite, which is determined by the ratio of copper to nickel. Moreover, the ratio of the content of such components in the range of 0.2-0.4 is optimal for obtaining thin and medium plate perlite in a metal matrix, which provides sufficient indicators of mechanical properties. Finding the ratio of the mass fraction of copper to nickel beyond 0.2-0.4 leads to a decrease in bending strength.
Содержание в сплаве углерода в количестве 3,0-3,3% является оптимальным. Содержание углерода менее 3,0% приводит к значительному снижению уровня твердости, что делает невозможным получение необходимого уровня стойкости к трению. Увеличение содержания углерода более 3,3% в материале шеек валков в связи с низкой скоростью охлаждения затвердевающего металла приводит к снижению прочности, а следовательно, стойкости к изгибающим нагрузкам (см. табл. 1, 2).The content in the carbon alloy in an amount of 3.0-3.3% is optimal. A carbon content of less than 3.0% leads to a significant decrease in hardness, which makes it impossible to obtain the necessary level of resistance to abrasion. An increase in the carbon content of more than 3.3% in the material of the necks of the rolls due to the low cooling rate of the hardened metal leads to a decrease in strength and, therefore, resistance to bending loads (see tab. 1, 2).
Содержание кремния в пределах 1,3-1,8% определяется требованиями к механическим свойствам шеек валков. Их уровень уменьшается, если концентрация такого компонента менее 1,3% (вследствие образования грубой структуры) или более чем 1,8% (вследствие формирования в металлической основе избыточной доли феррита).The silicon content in the range of 1.3-1.8% is determined by the requirements for the mechanical properties of the necks of the rolls. Their level decreases if the concentration of such a component is less than 1.3% (due to the formation of a coarse structure) or more than 1.8% (due to the formation of an excess fraction of ferrite in the metal base).
Легирование марганцем в указанных пределах (0,3-0,6) позволяет регулировать структуру металлической матрицы путем изменения степени дисперсности ее составляющих. При более низкой концентрации влияние марганца на структуру матрицы проявляется незначительно, а при более высокой в структуре шеек валков увеличивается количество цементита, которое ведет к снижению прочности.Doping with manganese in the specified range (0.3-0.6) allows you to adjust the structure of the metal matrix by changing the degree of dispersion of its components. At a lower concentration, the effect of manganese on the structure of the matrix is insignificant, and at a higher structure in the neck of the rolls, the amount of cementite increases, which leads to a decrease in strength.
В качестве примесей сплав может содержать фосфор и серу при концентрации не более 0,12% и 0,05 соответственно.As impurities, the alloy may contain phosphorus and sulfur at a concentration of not more than 0.12% and 0.05, respectively.
Содержание хрома в предложенном чугуне составляет 0,1-0,2%, которое лимитируется требованиями к материалу сердцевины валков по стойкости к нагружениям трения и изгибу.The chromium content in the proposed cast iron is 0.1-0.2%, which is limited by the requirements for the material of the roll core in terms of resistance to friction and bending stresses.
Содержание никеля, который характеризуется неограниченной растворимостью в чугуне, составляет 0,5-1,0%, который увеличивает плотность сплава, уменьшает его склонность к образованию пористости и укрепляет металлическую основу материала. Все это способствует повышению уровня твердости. При содержании никеля менее 0,3% изменяется только степень дисперсности составляющих металлической матрицы, что не оказывает значительного влияния на уровень механических характеристик. Увеличение содержания никеля более 1,0% в условиях малой скорости охлаждения металла сердцевины способствует значительному увеличению доли феррита в его структуре, а следовательно, повышению неравномерности уровня свойств валка и снижению его работоспособности.The nickel content, which is characterized by unlimited solubility in cast iron, is 0.5-1.0%, which increases the density of the alloy, reduces its tendency to form porosity and strengthens the metal base of the material. All this helps to increase the level of hardness. When the nickel content is less than 0.3%, only the degree of dispersion of the components of the metal matrix changes, which does not significantly affect the level of mechanical characteristics. An increase in the nickel content of more than 1.0% under conditions of a low cooling rate of the core metal contributes to a significant increase in the proportion of ferrite in its structure, and consequently, an increase in the unevenness of the level of the properties of the roll and a decrease in its performance.
Легирование чугуна медью, которое состоит в частичном замещении более дорого никеля, улучшает обрабатываемость чугуна и уменьшает стоимость материала при сохранении его стойкости к трению. В связи с этим дополнительное введение меди должно быть сбалансированным с содержанием никеля в сплаве.Doping of cast iron with copper, which consists in the partial replacement of more expensive nickel, improves the machinability of cast iron and reduces the cost of the material while maintaining its resistance to abrasion. In this regard, the additional introduction of copper should be balanced with the nickel content in the alloy.
Оптимальным для увеличения уровня свойств валковой сердцевины содержанием меди в сплаве является 0,1-0,4. Содержание меди менее 0,1% не препятствует избыточной ферритизации структуры, а следовательно, не обеспечивает однородности его структуры. Содержание меди в материале сердцевины более 0,4% неэффективно вследствие ограниченной ее растворимости в твердом чугуне.The optimum content of copper in the alloy to increase the level of properties of the roll core is 0.1-0.4. A copper content of less than 0.1% does not prevent excessive ferritization of the structure, and therefore does not ensure uniformity of its structure. The copper content in the core material of more than 0.4% is inefficient due to its limited solubility in cast iron.
Заявляемую композицию получают путем плавления сплава в лабораторной индукционной печи ИЧТ-0.02. В качестве шихты используют передельный чугун (M1), стальной лом, чистый никель, медь и ферросплавы: кремния FeSi (75%); марганца FeMn (45%); хрома FeCr (72%). Температура плавления достигает 1500°С. После расплавления и перегрева металла в печи, его заливают при температуре 1320-1330°С в сухие песчано-глинистые формы. Размеры анализируемых отливок следующие: диаметр - 0,03 м; длина - 0,35 м.The inventive composition is obtained by melting the alloy in a laboratory induction furnace IChT-0.02. As the charge is used pig iron (M1), steel scrap, pure nickel, copper and ferroalloys: silicon FeSi (75%); Manganese FeMn (45%); chromium FeCr (72%). The melting point reaches 1500 ° C. After melting and overheating of the metal in the furnace, it is poured at a temperature of 1320-1330 ° C into dry sand-clay forms. The dimensions of the analyzed castings are as follows: diameter - 0.03 m; length - 0.35 m.
Для исследования свойств чугуна, который предлагается для изготовления сердцевины двухслойных валков, по такой технологии были изготовлены две отливки из сплавов с граничными и оптимальными соотношениями химических компонентов и две заготовки с содержанием элементов, выходящих за пределы заявляемой композиции. Для сравнительного анализа был отлито изделие из чугуна с известным соотношением компонентов (см. табл. 1). Механические свойства определяли в соответствии с известными методиками (см. табл. 2).To study the properties of cast iron, which is proposed for the manufacture of the core of two-layer rolls, two castings of alloys with boundary and optimal ratios of chemical components and two billets containing elements outside the claimed composition were made using this technology. For comparative analysis, a cast iron product with a known ratio of components was cast (see table. 1). The mechanical properties were determined in accordance with known methods (see table. 2).
Из табл. 1, 2 следует, что отливки, изготовленные из сплавов в соответствии с заявляемой композицией, имеют максимальные среди анализируемых заготовок значения механических характеристик: твердости - 222-223 НВ, прочности при изгибе - σвиг=601,2-609,8 МПа. Образцы из сплавом с содержаниями компонентов, выходящими за пределы заявляемой композиции, характеризуются неравномерным уровнем свойств: твердости - 201-210 НВ, прочности при изгибе - σвиг=553,8-568 МПа. Заготовка, изготовленная из чугуна с известным соотношением компонентов, имеет в сравнении с предлагаемым сплавом более высокий уровень твердости (232 НВ) и значительно ниже прочность при изгибе - σвиг=380 МПа.From the table. 1, 2 it follows that castings made of alloys in accordance with the claimed composition have the highest mechanical characteristics among the billets analyzed: hardness - 222-223 HB, bending strength - σ vig = 601.2-609.8 MPa. Samples of alloy with component contents beyond the scope of the claimed composition are characterized by an uneven level of properties: hardness - 201-210 HB, bending strength - σ whig = 553.8-568 MPa. A billet made of cast iron with a known ratio of components has a higher level of hardness (232 HB) in comparison with the proposed alloy and a significantly lower bending strength - σ wig = 380 MPa.
В соответствии с результатами экспериментальных исследований чугун, предлагаемый для изготовления сердцевины двухслойных валков, имеет преимущества. Уровень твердости равномерный и достаточный для сердцевины валков. Уровень прочности при изгибе увеличился на 59% по сравнению с известным сплавом.In accordance with the results of experimental studies, cast iron, proposed for the manufacture of the core of two-layer rolls, has advantages. The hardness level is uniform and sufficient for the core of the rolls. The level of bending strength increased by 59% compared with the known alloy.
Таким образом, изобретение, которое заявляется, по совокупности признаков, изложенных в формуле, позволит получить чугун для изготовления сердцевины двухслойных валков с высоким и стабильным уровнем свойств: твердости и одновременно прочности. Использование усовершенствованного валкового сплава позволит значительно повысить надежность и срок эксплуатации формующего инструмента.Thus, the invention, which is claimed, by the combination of features set forth in the formula, will allow to obtain cast iron for the manufacture of the core of two-layer rolls with a high and stable level of properties: hardness and strength at the same time. The use of an improved roll alloy will significantly increase the reliability and life of the forming tool.
Источник информацииThe source of information
1. Проспект фирмы «Нейшнл Роль». США: 1989 г. - 24 с.1. Prospectus of the company "National Role". USA: 1989 - 24 p.
Claims (2)
причем углеродный эквивалент составляет 3,7-3,8.1. Cast iron for the manufacture of the core of two-layer forming rolls containing carbon, silicon, manganese, phosphorus, sulfur, chromium, nickel and iron, characterized in that it additionally contains copper in the following ratio of components, wt. %:
moreover, the carbon equivalent is 3.7-3.8.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015124291/02A RU2605048C1 (en) | 2015-06-22 | 2015-06-22 | Cast iron for making core of double-layer rolls |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015124291/02A RU2605048C1 (en) | 2015-06-22 | 2015-06-22 | Cast iron for making core of double-layer rolls |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2605048C1 true RU2605048C1 (en) | 2016-12-20 |
Family
ID=58697293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015124291/02A RU2605048C1 (en) | 2015-06-22 | 2015-06-22 | Cast iron for making core of double-layer rolls |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2605048C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60106946A (en) * | 1983-11-15 | 1985-06-12 | Hitachi Metals Ltd | Spheroidal graphite cast iron and its production |
| JPS62170417A (en) * | 1986-01-23 | 1987-07-27 | Toyota Motor Corp | Production of high-strength high-toughness graphite cast iron |
| CN102337450A (en) * | 2010-07-21 | 2012-02-01 | 周传禄 | GST high strength toughness seawater corrosion resistant iron casting and its production method |
| CN103060670A (en) * | 2013-01-22 | 2013-04-24 | 江苏爱吉斯海珠机械有限公司 | High-strength wear-resistant cylinder sleeve |
-
2015
- 2015-06-22 RU RU2015124291/02A patent/RU2605048C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60106946A (en) * | 1983-11-15 | 1985-06-12 | Hitachi Metals Ltd | Spheroidal graphite cast iron and its production |
| JPS62170417A (en) * | 1986-01-23 | 1987-07-27 | Toyota Motor Corp | Production of high-strength high-toughness graphite cast iron |
| CN102337450A (en) * | 2010-07-21 | 2012-02-01 | 周传禄 | GST high strength toughness seawater corrosion resistant iron casting and its production method |
| CN103060670A (en) * | 2013-01-22 | 2013-04-24 | 江苏爱吉斯海珠机械有限公司 | High-strength wear-resistant cylinder sleeve |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103589944B (en) | A kind of graphitic cast iron and production method thereof | |
| KR20130093673A (en) | Grey iron alloy and brake disc containing grey iron alloy | |
| JP2005525468A (en) | Gray cast iron alloy and internal combustion engine casting parts | |
| Abbasi et al. | Effect of phosphorus as an alloying element on microstructure and mechanical properties of pearlitic gray cast iron | |
| US20150376747A1 (en) | Cast iron and brake component | |
| JP2016079498A (en) | Gray cast iron for cylinder liner and method for manufacturing cylinder liner using the same | |
| CN108588544A (en) | A kind of high-performance gray cast iron with comprehensive high-heat performance and mechanical property | |
| CN108315633A (en) | A kind of high conductive high strength gray cast iron and preparation method thereof | |
| KR20150021754A (en) | Grey cast iron having excellent durability | |
| CN101914704B (en) | Cr-containing creep-resisting extruded zinc alloy and preparation method thereof | |
| CN105349879A (en) | Engine cylinder | |
| RU2605048C1 (en) | Cast iron for making core of double-layer rolls | |
| JP5282547B2 (en) | High-strength, thick-walled spheroidal graphite cast iron with excellent wear resistance | |
| RU2699343C1 (en) | Iron | |
| RU2555737C1 (en) | Cast alloy based on aluminium to produce by impregnation of composite materials with carbon-graphite framework | |
| CN114000042A (en) | Nodular cast iron axle housing and preparation method thereof | |
| Glavas et al. | Effects of antimony and wall thickness on graphite morphology in ductile iron castings | |
| JP6147584B2 (en) | Cylinder liner | |
| WO2016017293A1 (en) | Cast iron and brake part | |
| EP2796582B1 (en) | Method for manufacturing high strength flake graphite cast iron, flake graphite cast iron manufactured by the method, and engine body comprising the cast iron for internal combustion engine | |
| Vadiraj et al. | Mechanical and wear behaviour of alloyed hypereutectic grey cast iron | |
| CN108950371A (en) | High-performance nodular cast iron and its production method | |
| CN115584430B (en) | High-pearlite-content gray cast iron with thick and large section and preparation method thereof | |
| JP2019173146A (en) | Spherical graphite cast iron excellent in toughness | |
| CN112210709B (en) | Light-weight product nodular cast iron and preparation method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170623 |