Чугун
Иллюстрации
Реферат
СОЮЗ СОЕЕТСНИХ РЛ
РЕСПУБЛИК ()9) ()1) ф(51> С 22 С 37/10
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ с ВСЕСОЮЗН. Гу.. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3594605/22-02 (22) 05.04.83 (46} 15,07.85. Бюл. У 26 (72) В.И.Лагута, И.Н.Мирошниченко, И.П.Жуков, М.В.Лопата, Г.И.Драшко, В.И.Рыженко и И.С.Татаринов (53) 669.15-196(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР.
В 428032, кл. С 22 С 37/00, 1976.
2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 3508398, кл. С 22 С 37/10, 1982. (54)(57) ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, алюминий, кальций, редкоземельные элементы и железо, отличающийся тем, что,- с целью повышения гидроабразивной стойкости в водных и агрессивных средах, он содержит ком. поненты в следующем соотношении, мас. :
Углерод 3,0-3,6
Кремний 1,8-2,5 .
Марганец 3-6
Медь 1,8-2,5
Алюминий 0,4-0,6
Кальций О, 01-0, 10
Редкоземельные эле.менты
Железо
1167229
2,5-4, 1
0,8-2,6
0,2-1,0
0,01-1,0
0,01-1,2
0,01-0,1
Изобретение относится к металлур. гии, в частности к разработке составов чугуна для отливок, работающих в условиях гидро- и корроэионно-абразивного износа. 5
Известен чугун $1 1, содержащий, мас.%:
Углерод 3-3,6
Кремний 2-2,5
Марганец 4-5, О
Медь 1,8-2,5
Алюминий 0,4-0,6
Железо Остальное
Однако указанный чугун имеет недостаточную гидроабразивную стой- !5 кость в водных и агрессивных средах.
Наиболее близким к предположенному по технической сущности и достигаемому результату является чугун L23, содержащий компоненты в следующем 20 соотношении, вес.%:
Углерод
Кремний
Марганец
Мель 25
Алюминий
Кальций
Редкоземельные металлы 0,01-0,1
Фосфор 0,2-1,0 30
Титан 0,03-0,2
Ванадий 0,1-0 5
Бор 0,01-0,09
Азот О, 06-0,18
Железо Остальное
Недостатками известного чугуна являются наличие в его составе дефицинтных материалов, таких как ванадий и титан, невозможность выплавки его в вагранке, когда кремний 40 находится на нижнем пределе, Известный чугун обладает также недостаточ— ной гидроабразивной стойкостью в водных и агрессивных средах, Цель изобретения — повьппение гид- 45 роабразивной. стойкости чугуна в водных и агрессивных средах.
Указанная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний ° марганец, медь, алюминий, 50 кальциР, редкоземельные элементы и железо, содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Углерод 3-3,6
Кремний 1,8-2,5 55
Марганец 3-6,0
Медь - 1,8-2,5.
Алюминий 0,4-0,6
0,01-0,1
Кальций
Редкоземельные металлы 0,03-0,20
Железо Остальное
Чугун предложенного состава обла дает следующими свойствами:
Предел прочности при изгибе, МПа 450-700
Твердость по Бринелю, НВ, МПа 2410-3630
Чугун предложенного состава отличается от базового объекта (прототипа) тем, что в его составе отсутствуют титан, ванадий, бор и азот и существенно изменены соотношения марганца и меди.
Такое изменение химического состава приводит к получению перлитомартенситной и перлитомартенситноаустенитной структур чугуна и повышение его гидроабразивной стойкости в водных и агрессивных средах.
Содержание марганца (3,0%) и меди (1,8%) установлено исходя из того, чтобы в структуре чугуна при кристаллизации отливок не было феррита и неустойчивых продуктов распада аустенита. При таком содержании марганца и меди в соотношении с другими элементами (углеродом, кремнием, алюминием, кальцием и
P3M) структура чугуна состоит из
40-50% перлита, 20-25% троостита, 5-15% мартенсита и 2-6% карбидов.
Верхние пределы по марганцу (6,0%) и меди (2,5%) установлены, исходя из условий получения чугуна с неустойчивой аустенитной структурой. При увеличении содержания марганца более 6% и меди более 2,5% в структуре чугуна увеличивается содержание аустенита и карбидов, что приводит к понижению .коррозионноабразивной стойкости чугуна.
Рентгеноструктурный анализ показал, что карбиды в предложенном чуrvve состоят в основном иэ карбидов железа и марганца. Такие карбиды являются некоррозионностойкими и поэтому в процессе коррозионно-абразивного износа растворяются быстрее основной матрицы, что ускоряет коррозионно-абразивный износ чугуна.
Нижние пределы содержания кальция (0,01%) и РЗМ (0,03%) обусловлены их модифицирующим действием на улучшение формы графита, упрочнение металлической основы чугуна, уменьз 1 Ъ шение отбела, что в конечном счете приводит к улучшению гидроабразивной стойкости в водных и агрессивных средах.
Повышение содержания кальция более О, 1Х является неэффективным, а увеличение содержания РЗМ более
0,20Х приводит к увеличению количества карбидов, повышению твердости и ухудшению механической обработки чугуна.
Пределы содержания алюминия в предлагаемом чугуне выбраны из технологических условий, обеспечивающих необходимую механическую обработку отливок за счет подавления в основном карбидообразования в чугуне.
В предлагаемом чугуне содержание таких примесей, как сера и фосфор, не должно превышать 0,1 и 0,4Х соответственно.
Плавку предлагаемого чугуна можно производить в вагранке, электродуговой и индукционной печах. При плавке используются шихтовые материалы, применяемые при производстве обычных серых чугунов (литейные и передельные чугуны, медь, алюминий, ферромарганец, лигатуры с Р3М, силикокальций).
При плавке чугуна в вагранке ферромарганец вводят в шихту вместе с другими материалами, а при плавке чугуна в электродуговой и индукционной печах рекомендуется вводить ферромарганец и медь после расплава металла за 15 мин до его выпуска.
Это позволяет уменьшить угар меди и марганца до 0-5Х. Алюминий и лигатуры с Р3М вводят в ковш перед выпуском металла.
67229 4
Заливку металла необходимо производить при 1380-1390 С. Перед заливкой с целью уменьшения неравномерного распределения меди в отливках металл необходимо тщательно перемешивать.
Для получения предложенного чугуна были изготовлены три смеси ингредиентов в пределах указанного
10 химического состава и две смеси с запредельными значениями химического состава чугуна. Химический состав выплавленных чугунов и результаты гидро- и коррозионно-абразивных испытаний представлены в таблице.
Испытания на гидроабразивную стойкость в водных н агрессивных средах осуществляли в установке типа Штауфера при линейной скорости движения образцов равной 5,5 м/с при соотношении кварцита и воды (а при коррозионно-абразивном износе— кварцита и 5Х-ного водного раствора Н SO ) равной 2:1.
Относительную износостойкость определяли как отношение потери веса образца прототипа к отношению . потери веса испытуемых образцов (предлагаемую чугун).
Результаты сравнительных испытаний показали, что по сравнению с базовым объектом (прототипом) предлагаемый чугун в 2, 1-2,5 раза превышает его по гидроабразивной и.в
35 1,25-1,б. раза по коррозионно-абразивной стойкости.
Экономический эффект достигается за счет увеличения срока службы деталей (шламовых и кислотных насо40 сов, трубопроводной арматуры) из чугу на предложенного состава.
1167229! ° о
I
Ю л О
Ю
I 1
1 Ю I I 1 л
) Е Ъ л
1 Ю
-) < Ъ л
I
1 л
Ю л
I
I
I В 0 Р
cd I
Ю л
Ю и
1 К вГ 1
1 Ю л
Ю О л \ л
Ю .Ю
00 л л
Ю Ю
Ю 0О Ю а л л л л ь сч ч а а л л
:Ч О а Ю л л сО иЪ Ю л л
00 л 1 сч . }
00 I. л 1
1 "Ъ . мЪ 0О Ю л л л ч C4 СЧ
00 л
e O СЧ .О л л л л с Ъ с Ъ С Ъ ) 1
I al
1 ) cd
v ! ж
)
В
1К v
)ЖД Ф
I I» О 0l
)м о м
I
1
1 Р
В й О й"! о й
1 I
I cd
1 О
I a0
I cd Х о о
I Ф Ж М
I Р Ж I
) Ю Ю
Е4 О С"Ъ а сч
° л л
v сч сч
1 ) I
1 I I л л л Ъ РЪ с Ъ л л
Ю Ю Ю
Ю Ю
Ю сч л л л
Ю Ю Ю
Ю
Ю Ю л л л
Ю Ю Ю
1
1 I I
I
1
I
1 1 1
I
1 1 1
1 л л
ГЪ сЪ л л
Ю Ю иЪ 1
) л
Ю Ъ 00 л л
О Ю
an 0О I л л а» N I
I о . е5
В;
):) Ж Ф
0a dI O
О Р I °
Д cd Ж