Износостойкий чугун

Износостойкий чугун

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к черной металлургии , в частности к износостойким материалам , работающим в условиях кавитационно-эрозионного воздействия жидких сред с абразивом и больших динамических нагрузок , например, насадки буровых ги дромониторных долот. Цель изобретения - повышение кавитационно-эрозионной стойкости, ударно-усталостной прочности и сопротивления хрупкому разрушению чугуна в условиях воздействия жидких сред с абразивом и больших динамических нагрузок . Предложенный чугун содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден , ванадий, ниобий, кобальт, вольфрам, кальций и железо при следующем соотношение ингредиентов, мас.%: углерод 3,0- 4,0; кр,емний 1,0-2,0; марганец 1,0-1,5; хром 15-30; никель 2,0-3,0;) молибден 1,0-2,5; ванадий 1,0-1.5, ниобий 0,01-0,1; кальций 0,01-0,1; кобальт 1,0-1,5; вольфрам 0,1-0,3, железо - остальное. 2 табл. у Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 22 С 37/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4606613/02 (22) 17.11.88 (46) 30.11,91, Бюл, ¹ 44 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники и Всесоюзный научно-исследовательский институт твердых сплавов (72) А.Ю.Акимова, Ю.Н.Цветков, В.Н,Бращин, Т.Г,Агошашвили, В,П,Браженцев, Е,А,Герцбарг, А.П.Сецов, В.И.Вепринцев, С.Г.Хайлов, В.С.Горбачев, В.В,Паренчук и

И,Н.Буянавский (53) 669.13.018(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1076483, кл. С 22 С 37/10, 1984.

РЖ Металлургия ¹ 6, 1987, 4522П, заявка Японии 61-157655. (54) ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к черной металлургии, в частности к износостойким матеИзобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для изготовления машин и механизмов, работающих в условиях кавитационно-эрозионного воздействия жидких сред с абразивом и больших динамических нагрузок, например насадкл буровых долот.

Целью изобретения является повышение кавитационна-эразионной стойкости, ударна-усталостнай прочности и сопротивления хрупкому разрушению чугуна в условиях воздействия жидких сред с абразивом и больших динамических нагрузок.

В чугун, содержащий железо, углерод, кремний, марганец, хром, молибден, вана„„Я „„1б94б82 А1 риалам, работающим в услоьиях кавитационно-эрозионного воздействия жидких сред с абразивом и больших динамических нагрузок, например, насадки буровых гидромониторных долот, Цель изобретения повышение кавитационно-эрозионной стойкости, ударно-усталостной прочности и сопротивления хрупкому разрушению чугуна в условиях воздействия жидких сред с абразивом и больших динамических нагрузок, Предложенный чугун содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, ниобий, кобальт, вольфрам, кальций и железо при следующем соотношение ингредиентов, мас.7ь: углерод 3,04,0; кремний 1,0 — 2,0; марганец 1,0-1,5; хром

15 — 30; никель 2,0 — 3,0, молибден 1,0 — 2,5; ванадий 1,0-1,5, ниобий 0,01-0,1; кальций

0,01 — 0,1; кобальт 1,0 — 1,5; вольфрам 0,1 — 0,3, железо — остальное. 2 табл, дий, ниобий, кобальт, вольфрам и железо дополнительно введен кальций, при этом содержание ингредиентов должно быть в следующих соотношениях, мас. Д;

Углерод 3,0 — 4,0

Кремний 1,0 — 2,0

Марганец 1,0-1,5

Хром 15 — 30

Никель 2,0-3,0

Молибден 1,0 — 2,5

Ванадий 1,0-1,5

Ниобий 0.01 — 0,1

Кальций 0,01 — 0,1

Кобальт 1,0-1,5

Вольфрам 0,1 — 0,3

Железо Остальное

1694682

Такой состав чугуна позволяет снизить кавитацианную эрозию, насадок в процессе работы и повысить их сопротивляемость расколам.

Наличие кобальта и вольфрама в высо- 5 кохромистом чугуне, содержащем комплекс карбидообразующих элементов (молибден, ванадий, ниобий), существенно повышает его кавитационно-эрозионную стойкость, ударно-усталостную прочность и сопро- 10 тивление хрупкому разрушению за счет образования интерметаллидных фаз и частичного растворения их в твердом растворе.

Кобальт и вольфрам, введенные в укаэанных пределах, участвуют в образовании ин- 15 терметаллидных фаз типов (Fe, Со)7 (Ф/, Мо)в и (Fe, Ni, СО)2 (Мо, W), которые являются более дисперсными и более равномерно распределяются в твердом растворе. чем присутствующие в чугуне карбидные фазы 20 типов М7Сз, МгзС и MGC. Это приводит к перераспределению соотношения карбидных и интерметаллидных фаз в сторону увеличения количества интерметаллидов (приблизительно в соотношении 2;1) и 25 способствует значительному повышению кавитационно-эрозионной стойкости, ударно-усталостной прочности и сопротивлению хрупкого разрушения, Повышению кавитационно-эрозионной стойкости также спо- 30 собствует упрочнение твердого раствора за счет легирования его кобальтом и вольфрамом.

Пример, Выплавка чугуна производилась в высокочастотной установке ЛГПЗ-30 35 посредством расплавления шихтовых материалов. Расплав разливался в оболочковые формы. Изготовление насадок из чугуна для стендовых испытаний производилось методом литья по выплавляемым моделям. 40

Исследованию и испытаниям подвергались пять составов чугуна, которые приведены в табл.1. В этой же таблице приведен состав чугуна, принятого эа прототип, который был исследован в идентичных условиях. 45

Результаты исследования механических и эксплуатационных характеристик чугунов приведены в табл.2.

Испытания чугунов на кавитационноэрозионную стойкость производились на 50 образцах размером 12х20 мм на специализированном стенде ВНИИБТ при скорости истечения абразивной жидкости (7 л воды +

+ 140 г песка), равной 35 л/с.

Испытания состояли в прокачивании че- 55 рез насадки бурового раствора, содержащего абразивные включения. Испытания проводились в специальном приспособлении — насадкодержателе, имитирующем долото и присоединенном к напорной линии буровых насосов, Насадкодержатель на бурильных трубах опускался в скважину на глубину 20 м, что обеспечивало подпор около 0,25 МПа.

Применялась промывочная жидкость с удельным весом 1,12 — 1,16 г/см, вязкостью з

35 — 60 и с объемным содержанием кварцевого песка не менее 3 . В процессе испытаний расход выбирался таким образом, чтобы обеспечить перепад давлений на насадках в пределах 5 — 8 МПа, Через каждые 5 ч промывки испытуемые насадки извлекались и исследовались, При исследовании регистрировались вес с точностью до 0,01 г. — диаметр входного отверстия в 3-х сечениях с точностью 0,1 мм, — средний темп износа насадок, — характер наблюдаемого износа на внутренних и наружных поверхностях насадок, Контрольное время испытаний — 30 ч.

Результаты испытаний гидромониторных насадок из высокохромистых чугунов представлены в свободной табл.2.

Из данных табл, 2 следует, что технические преимущества заявленного чугуна по сравнению с прототипом заключаются в снижении величины кавитационной эрозии и повышении ударно-усталостной прочности. Износостойкость гидромониторных насадок из заявленного чугуна в условиях воздействия сред с абразивом и больших динамических нагрузок повышается более чем в 1,5 раза.

Повышение уровня свойств объясняется введением в состав чугуна кальция в количестве 0,01 — 0,1 и оптимальным сочетанием в высокохромистом чугуне карбидо и интерметаллидообразующих элементов: молибдена, ванадия, ниобия, вольфрама, кобальта, никеля, Введение этих элементов в указанных пределах приводит в присутствии кальция к перераспределению соотношения карбидных и интерметаллидных фаз в сторону увеличения количества интерметаллидов (приблизительно в соотношении

2:1), которые являются более дисперсными и более равномерно распределенными в твердом растворе, чем присутствующие . карбидные фазы типов МетСз, МегзС6 и

МебС. Это способствует значительному повышению кавитационно-эроэионной стойкости, ударно-усталостной прочности и сопротивлению хрупкого разрушения. Повышению кавитационно-эроэионной стойкости также способствует уп рочнение твердого раствора за счет частичного растворения в нем кобальта, вольфрама. молибдена.

1694682

Таблица 1

Хиничесний состав исследованнюс чугунов

Орелло еенный

1 2,5 г з,о з з,s

4,Î

5 4,5

6 (прототип) З>5

14 1, 5

15 2,0

22 25 зп з,п зг п,s

1 ° и

1,25

1,5

1,8

0 5, i,n

1,5 г,о

z,s

0, ПП8

0,01

0,05 п,1п

0,15

О, 75 11, 70 0,008

1,n . 1,0 п,п1

1>75 1,25 0,05

ZS 1,S П,1П

2,7 1,7 0,15

0,60 0,05

1,0 0>1

1,25 0,2

1,50 0 ° 3

1 >80 0,5

Остальное

То ве

> и

° !

1 ° 4 1>17 20 2 ° 1 1 15 1 2 005

° l

1>1 0,2 1,5 2,5

Таблица 2

Свойства исследованных чугунов

Составитель Н. Шепитько

Техред М.Моргентал Корректор В. Гирняк

Редактор Е. Зубиетова

Заказ 4132 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб.. 4/5

Производственно- издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, yn.Ãàlàðèíà, 101

Введение указанных легирующих элементов в количествах меньших нижнего предела приводит к снижению эрозионнокавитационной стойкости, а их увеличение выше заданного уровня — к снижению ударно-усталостной прочности.

Из данных табл.2 следует, что технические преимущества заявленного чугуна по сравнению с прототипом заключаются в снижении величины кавитационной эрозии и повышении ударно-усталостной прочности и предела прочности при сжатии. При этом стойкость гидромониторных насадок

Из заявленного чугуна повышается более, чем в 2 раза.

Формула изобретения

Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, ниобий, кобальт, вольфрам ижелезо, отл ича ющийся тем, что, с целью повышения кавитационно-эроэионной стойкости, ударно-усталостной прочности и сопротивления хрупкому разрушению в условиях воздействия жидких

5 сред с абразивом и больших динамических нагрузок, он дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас. :

Углерод

10 Кремний

Марганец

Хром

Никель

Молибден

15 Ванадий

Ниобий

Кальций

Вольфрам

Кобальт

20 Железо

3,0-4,0

1,0 — 2,0

1,0-1,5

15 — 30

2.0-3,0

1,0-2,5

1,0 — 1.5

0.01 — 0,1

0,01-0,1

0,1 — 0,3

1,0-1,5

Остальное