[go: up one dir, main page]

RU2395366C1 - Procedure for production of casts out of alloyed iron - Google Patents

Procedure for production of casts out of alloyed iron Download PDF

Info

Publication number
RU2395366C1
RU2395366C1 RU2009122009/02A RU2009122009A RU2395366C1 RU 2395366 C1 RU2395366 C1 RU 2395366C1 RU 2009122009/02 A RU2009122009/02 A RU 2009122009/02A RU 2009122009 A RU2009122009 A RU 2009122009A RU 2395366 C1 RU2395366 C1 RU 2395366C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cast iron
iron
temperature
melt
casting
Prior art date
Application number
RU2009122009/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Сафонович Гущин (RU)
Николай Сафонович Гущин
Николай Никитьевич Александров (RU)
Николай Никитьевич Александров
Фейзулла Алибалаевич Нуралиев (RU)
Фейзулла Алибалаевич Нуралиев
Марина Федоровна Дрожжина (RU)
Марина Федоровна Дрожжина
Асиф Ашур оглы Тахиров (RU)
Асиф Ашур оглы Тахиров
Ирина Рудольфовна Морозова (RU)
Ирина Рудольфовна Морозова
Татьяна Павловна Чижова (RU)
Татьяна Павловна Чижова
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Объединение "Центральный Научно-Исследовательский Институт Технологии Машиностроения"
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
Application filed by Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Объединение "Центральный Научно-Исследовательский Институт Технологии Машиностроения" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Объединение "Центральный Научно-Исследовательский Институт Технологии Машиностроения"
Priority to RU2009122009/02A priority Critical patent/RU2395366C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2395366C1 publication Critical patent/RU2395366C1/en

Links

Landscapes

  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy. ^ SUBSTANCE: invention can be implemented for production of high-wear parts, particularly milling elements out of alloyed iron with ball-like graphite. Iron is melt in an electric furnace out of iron-carbon charge at simultaneous alloying and graphitising with modified ferrosilicon and at temperature of melt in furnace 1440-1460C. When melt at 1440-1420C temperature is tapped into a ladle, it is modified with spheroidising modifiers on base of magnesium and cerium. There is produced iron of the following chemical composition, wt %: carbon 2.2-4.0; silicon 0.5-3.5; manganese 0.2-3.0; chromium 3.0-10.0; nickel 2.0-5.5; boron 0.2-0.4; vanadium 0.2-1.0; copper 0.2.-0.8; aluminium 0.1-0.4; cerium 0.03-0.2, magnesium 0.02-0.1; calcium 0.05-0.2; iron - the rest. Moulds are filled at temperature 1310-1360C, and shake-out is performed at temperature 750-550C. Casts are cooled to ambient temperature in air. ^ EFFECT: production of milling elements with high values of hardness (HRC61), wear resistance, and impact resistance in cast condition. ^ 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу получения отливок из легированного чугуна с шаровидным графитом, которые могут использоваться в качестве быстроизнашивающихся деталей, например мелющих элементов рудо- и углеразмольных мельниц.The invention relates to metallurgy, in particular to a method for producing nodular cast iron castings with spherical graphite, which can be used as wearing parts, for example, grinding elements of ore and coal mills.

Известен способ получения деталей из белого легированного чугуна [1, 2], включающий выплавку чугуна, его легирование до нужного химсостава и слива в ковш нагретого в печи до 1520°С расплава, получение отливки заливкой чугуна заданного состава в форму, очистку, обрубку и термическую обработку, осуществленную в виде высокотемпературной нормализации с нагревом до температуры 860-880°С и выдержкой при ней 2 часа и последующего низкотемпературного отпуска с нагревом до температуры 200-250°С, выдержкой при ней 2-3 часа и охлаждением на воздухе, при этом получают чугун следующего состава, мас.%: углерод 2,8-3,5; кремний 0,2-2,0; марганец 0,05-0,5; хром 2,5-4,5; никель 3,5-5,0; молибден 0,2-0,7; сера 0,05-0,25; фосфор 0,5-1,5; железо - остальное.There is a method of producing parts from white alloy cast iron [1, 2], including smelting cast iron, alloying it to the desired chemical composition and pouring the melt heated in the furnace to 1520 ° C into a mold, casting casting cast iron of a given composition into a mold, cleaning, trimming and thermal processing carried out in the form of high-temperature normalization with heating to a temperature of 860-880 ° C and holding it for 2 hours and subsequent low-temperature tempering with heating to a temperature of 200-250 ° C, holding it for 2-3 hours and cooling in air, while by cast iron of the following composition is radiated, wt.%: carbon 2.8-3.5; silicon 0.2-2.0; manganese 0.05-0.5; chrome 2.5-4.5; nickel 3.5-5.0; molybdenum 0.2-0.7; sulfur 0.05-0.25; phosphorus 0.5-1.5; iron is the rest.

Указанные детали могут быть использованы в качестве мелющих элементов в рудо- и углеразмольных мельницах. Недостатком способа является невысокая ударно-абразивная износостойкость мелющих элементов, что снижает их эксплуатационную стойкость при использовании в рудо- и углеразмольных мельницах.These parts can be used as grinding elements in ore and coal grinding mills. The disadvantage of this method is the low impact-abrasive wear resistance of grinding elements, which reduces their operational stability when used in ore and coal grinding mills.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения мелющих элементов [2, 3, 4], заключающийся в выплавке сплава, имеющего химический состав эвтектического чугуна, получении отливки из белого легированного чугуна, имеющего аустенитно-карбидную металлическую основу в литом состоянии, нагревании ее в нагревательной печи до температуры 800-820°С, выдержке при ней 7-9 часов и охлаждении на воздухе. При этом образуются мелющие элементы из белого легированного чугуна, имеющего мартенитно-карбидную металлическую основу и остаточный аустенит. Карбидная фаза состоит из твердых эвтектических карбидов цементитного типа (Fе, Сr)3С и тригонального типа (Сr, Fe)7C3, что придает необходимую твердость мелющим элементам, при следующем соотношении в чугуне компонентов, мас.%: углерод 3,0-3,7; кремний 0,5-3,0; марганец 0,2-1,5; хром 4,0-15,0; никель 4,0-8,0; фосфор до 0,4; сера до 0,15; железо - остальное.The closest in technical essence and the achieved effect is a method for producing grinding elements [2, 3, 4], which consists in smelting an alloy having the chemical composition of eutectic cast iron, obtaining castings from white alloyed cast iron having an austenitic-carbide metal base in a cast state, heating it in a heating furnace to a temperature of 800-820 ° C, holding it for 7-9 hours and cooling in air. In this case, grinding elements are formed from white alloyed cast iron having a martenitic-carbide metal base and residual austenite. The carbide phase consists of solid eutectic carbides of cementite type (Fe, Cr) 3 C and trigonal type (Cr, Fe) 7 C 3 , which gives the necessary hardness to the grinding elements, with the following ratio in components cast iron, wt.%: Carbon 3.0 -3.7; silicon 0.5-3.0; manganese 0.2-1.5; chrome 4.0-15.0; nickel 4.0-8.0; phosphorus up to 0.4; sulfur up to 0.15; iron is the rest.

Нагрев чугуна до температуры 1550°С способствует растворению в нем центров графитизации, вследствие чего охлаждение чугуна происходит в соответствии с диаграммой для метастабильного состояния, благодаря чему его металлическая основа не содержит структурно-свободный углерод в виде графита и она получается белой.Heating cast iron to a temperature of 1550 ° C helps to dissolve graphitization centers in it, as a result of which the cast iron is cooled in accordance with the diagram for a metastable state, due to which its metal base does not contain structurally free carbon in the form of graphite and it turns white.

Выбивку отливок мелющих элементов из форм осуществляют при достижении температуры их тела ниже 110°С, так как их металлическая основа в литом состоянии состоит из аустенита, который имеет низкую теплопроводность, из-за чего при выбивке отливок с температурой выше 110°С приводит к образованию на их теле трещин.Knocking out of castings of grinding elements from the molds is carried out when their body temperature is below 110 ° C, since their metal base in the cast state consists of austenite, which has low thermal conductivity, which leads to the formation of castings with a temperature above 110 ° C on their body cracks.

В процессе изотермической выдержки в течение 7-9 часов отливок мелющих элементов из белого легированного чугуна в нагревательной печи при температуре 800-820°С в их металлической основе выделяются мелкодисперсные вторичные карбиды, благодаря которым аустенит обедняется углеродом и хромом, в результате происходит повышение температуры начала мартенситного превращения, что, в конечном итоге, приводит при охлаждении отливок мелющих элементов к трансформации аустенита в мартенсит.During isothermal exposure for 7-9 hours of casting of grinding elements from white alloyed iron in a heating furnace at a temperature of 800-820 ° C, finely dispersed secondary carbides are released in their metal base, due to which austenite is depleted in carbon and chromium, resulting in an increase in the onset temperature martensitic transformation, which ultimately leads to the transformation of austenite to martensite upon cooling of castings of grinding elements.

Недостатками данного способа являются: длительная продолжительность подготовки жидкого чугуна к заливке литейной формы и охлаждения отливки в ней; применение высокотемпературной термообработки, что увеличивает стоимость литья; низкие технологические свойства чугуна, в частности низкая жидкотекучесть, высокая склонность к усадке и образованию трещин при литье и термической обработке.The disadvantages of this method are: the long duration of the preparation of molten iron for casting a mold and cooling the casting in it; the use of high-temperature heat treatment, which increases the cost of casting; low technological properties of cast iron, in particular low fluidity, high tendency to shrink and cracking during casting and heat treatment.

Задачей изобретения является получение экономичным способом отливок мелющих элементов из частично графитизированного легированного чугуна с твердостью, обеспечивающей высокую их износостойкость при эксплуатации.The objective of the invention is to obtain an economical way of casting grinding elements from partially graphitized alloyed cast iron with a hardness that ensures their high wear resistance during operation.

Для решения указанной задачи выплавляют чугун в электропечи из железоуглеродистой шихты с одновременным легированием его на заданный состав, графитизирующее модифицирование осуществляют ферросилицием, который вводили на зеркало расплава в печи при температуре 1440-1460°С, сфероидизирующее модифицирование осуществляют магнийсодержащей модифицирующей смесью и цериевой присадкой непосредственно в ковше при сливе в него расплава с температурой 1440-1420°С, заливку форм жидким чугуном заданного состава осуществляют при температуре 1310-1360°С, выбивку отливок мелющих элементов из форм осуществляют при достижении температуры их тела 750-550°С, охлаждение отливок до температуры окружающей среды осуществляют на воздухе, при следующем соотношении в чугуне компонентов, мас.%: углерод 2,2-4,0; кремний 0,5-3,5; марганец 0,2-3,0; хром 3,0-10,0; никель 2,0-5,5; бор 0,2-0,4; ванадий 0,2-1,0; медь 0,2-0,8; алюминий 0,1-0,4; церий 0,03-0,2; магний 0,02-0,1; кальций 0,05-0,2; железо - остальное.To solve this problem, cast iron is melted in an electric furnace from an iron-carbon charge with alloying it for a given composition, graphitizing modification is carried out by ferrosilicon, which was introduced onto the melt mirror in a furnace at a temperature of 1440-1460 ° С, spheroidizing modification is carried out by a magnesium-containing modifying mixture and cerium additive directly into ladle when pouring melt into it with a temperature of 1440-1420 ° C, pouring molds with cast iron of a given composition is carried out at a temperature of 1310-1360 ° C, you the castings of the grinding elements from the molds are beaten when their body temperature reaches 750-550 ° C, the castings are cooled to ambient temperature in air, with the following ratio in components made of cast iron, wt.%: carbon 2.2-4.0; silicon 0.5-3.5; manganese 0.2-3.0; chrome 3.0-10.0; nickel 2.0-5.5; boron 0.2-0.4; vanadium 0.2-1.0; copper 0.2-0.8; aluminum 0.1-0.4; cerium 0.03-0.2; magnesium 0.02-0.1; calcium 0.05-0.2; iron is the rest.

В результате получают мелющие элементы из частично графитизированного легированного чугуна, литая микроструктура которого состоит из остаточного аустенита, графита шаровидной формы и эвтектических карбидов тригонального типа (Cr, Fe)7C3, равномерно распределенных в образовавшейся при этом мартенситной металлической основе, легированной хромом, марганцем, никелем, бором, ванадием, медью. Такая микроструктура чугуна обеспечивает одновременно его высокую твердость, износостойкость, прочность и вязкость, в результате чего полученные из него мелющие элементы обладают высокой эксплуатационной стойкостью.As a result, grinding elements from partially graphitized alloyed cast iron are obtained, the cast microstructure of which consists of residual austenite, spherical graphite and eutectic carbides of the trigonal type (Cr, Fe) 7 C 3 uniformly distributed in the resulting martensitic metal base alloyed with chromium and manganese , nickel, boron, vanadium, copper. Such a microstructure of cast iron provides at the same time its high hardness, wear resistance, strength and toughness, as a result of which the grinding elements obtained from it have high operational stability.

Нагрев чугуна до температуры 1450°С способствует сохранению в нем центров графитизации. Графитизирующее модифицирование ферросилицием обеспечивает создание дополнительных центров графитизации, которые способствуют охлаждению чугуна в соответствии с диаграммой для стабильного состояния, благодаря чему часть структурно-свободного углерода до 2% выделяется в его металлической основе в виде пластинчатого графита, что способствует обеднению аустенита углеродом, в результате происходит повышение температуры начала мартенситного превращения, что в конечном итоге приводит при охлаждении чугуна к трансформации аустенита в мартенсит. За счет выделения определенного количества структурно-свободного углерода понижается концентрация связанного углерода, благодаря этому величина соотношения концентраций хрома и связанного углерода ([Сr]/[Ссв]) находится в пределах 3,0-10,0, что является необходимым условием для формирования в металлической основе чугуна только карбидов тригонального типа (Cr, Fe)7С3, которые в сравнении с карбидами цементитного типа (Fe, Cr)3 в меньшей степени ухудшают технологические свойства легированного чугуна и в то же время их микротвердость больше микротвердости последних в 1,5 раза. Включения карбидов цементитного типа (Fe, Cr)3C, как и включения пластинчатого графита в сером чугуне, являются концентратами напряжений, которые повышают склонность отливок из легированного чугуна к образованию трещин из-за высокого уровня остаточных напряжений.Heating cast iron to a temperature of 1450 ° C contributes to the preservation of graphitization centers in it. The graphitizing modification by ferrosilicon provides the creation of additional graphitization centers that contribute to the cooling of cast iron in accordance with the diagram for a stable state, due to which a part of structurally free carbon up to 2% is released in its metal base in the form of plate graphite, which contributes to the depletion of austenite by carbon, as a result an increase in the temperature of the onset of martensitic transformation, which ultimately leads to the transformation of austenite in m upon cooling of cast iron artensitis. By allocating a certain amount of the structurally-free carbon concentration decreases of fixed carbon, due to this value of the ratio of concentrations of chromium and fixed carbon ([Cr] / [C St]) is in the range 3,0-10,0, which is a prerequisite for the formation of in the metallic base of cast iron, only trigonal type carbides (Cr, Fe) 7 C 3 , which, in comparison with cementite type carbides (Fe, Cr) 3, to a lesser extent degrade the technological properties of alloyed cast iron and, at the same time, their microhardness is greater than micro the hardness of the latter is 1.5 times. Cementite carbide inclusions (Fe, Cr) 3 C, as well as plate graphite inclusions in gray cast iron, are stress concentrates that increase the tendency of alloyed castings to crack due to the high level of residual stresses.

Сфероидизирующее модифицирование чугуна модификаторами на основе магния и церия способствуют образованию включений графита правильной шаровидной формы по ГОСТ 3443-87 благодаря чему повышается его прочность и вязкость. Барботация расплава, которая происходит в процессе сфероидизирующего модифицирования жидкого чугуна в ковше, способствует выравниванию содержания химических элементов по всему его объему, что способствует снижению процессов ликвации легирующих элементов при охлаждении чугуна. Сам процесс происходит по эндотермической реакции, то есть с поглощением внутреннего тепла расплава. В результате чего температура жидкого чугуна в ковше в процессе сфероидизирующего модифицирования понижается на 40-60°С, что способствует снижению времени выдержки расплава в ковше перед заливкой форм.Spheroidizing modification of cast iron with modifiers based on magnesium and cerium contribute to the formation of graphite inclusions of regular spherical shape according to GOST 3443-87, thereby increasing its strength and viscosity. The melt sparging, which occurs during the spheroidizing modification of liquid cast iron in the ladle, helps to level the content of chemical elements throughout its volume, which helps to reduce the segregation of alloying elements during cooling of cast iron. The process itself occurs by an endothermic reaction, that is, with absorption of the internal heat of the melt. As a result, the temperature of molten iron in the ladle during spheroidizing modification decreases by 40-60 ° C, which helps to reduce the exposure time of the melt in the ladle before pouring the molds.

Выбивка отливок мелющих элементов из форм при достижении температуры их тела 750-300°С способствует образованию мартенситной металлической основы с небольшим количеством остаточного аустенита.Knocking out the castings of grinding elements from the molds when their body temperature reaches 750-300 ° C promotes the formation of a martensitic metal base with a small amount of residual austenite.

Металлическая основа мелющих элементов, состоящая из мартенсита, остаточного аустенита и включений карбидов тригонального типа (Cr, Fe)7C3 и графита шаровидной формы, имеет в литом состоянии высокую твердость и соответственно износостойкость. Поэтому необходимость проведения высокотемпературной термообработки отпадает.The metal base of the grinding elements, consisting of martensite, residual austenite and inclusions of trigonal carbides (Cr, Fe) 7 C 3 and spherical graphite, has a high hardness in the molten state and, accordingly, wear resistance. Therefore, the need for high-temperature heat treatment disappears.

Указанный выше способ получения мелющих элементов из легированного чугуна с шаровидным графитом выбран на основе проведенных исследований влияния параметров различных этапов технологического процесса и состава чугуна на их микроструктуру и свойства и выбора их оптимальных значений, обеспечивающих наилучшие показатели свойств.The above method of producing grinding elements from alloyed cast iron with spherical graphite is selected based on studies of the influence of the parameters of various stages of the technological process and the composition of cast iron on their microstructure and properties and the choice of their optimal values that provide the best properties.

Легирование чугуна целесообразно проводить в электропечи при его выплавке, так как при этом обеспечивается наилучшее усвоение легирующих элементов из вводимых легирующих добавок и получения точного химического состава чугуна.It is advisable to alloy cast iron in an electric furnace during its smelting, since this ensures the best assimilation of alloying elements from introduced alloying additives and obtaining the exact chemical composition of cast iron.

Содержание в легированном чугуне 2,2-4,0% углерода способствует образованию в нем карбидов, что повышает его твердость и износостойкость. Повышение содержания углерода выше верхнего указанного уровня способствует образованию в структуре чугуна крупных заэвтектических карбидов, что приводит к повышению хрупкости и снижению вязкости чугуна. Снижение содержания углерода в легированном чугуне ниже нижнего указанного предела сильно снижает количество карбидов в нем, что снижает его твердость и износостойкость.The content of 2.2-4.0% carbon in alloyed cast iron contributes to the formation of carbides in it, which increases its hardness and wear resistance. The increase in carbon content above the upper specified level contributes to the formation of large hypereutectic carbides in the structure of cast iron, which leads to an increase in brittleness and a decrease in the viscosity of cast iron. Reducing the carbon content in alloyed cast iron below the lower specified limit greatly reduces the amount of carbides in it, which reduces its hardness and wear resistance.

Содержание в легированном чугуне 0,5-3,5% кремния способствует выделению в нем части структурно-свободного углерода в виде шаровидного графита, благодаря которому аустенит превращается в мартенсит и его прочность, твердость и износостойкость повышаются. Увеличение содержания кремния выше верхнего указанного уровня вызовет появление в структуре перлита, что резко снизит твердость и износостойкость чугуна. Снижение содержания кремния в легированном чугуне ниже нижнего указанного предела не способствует выделению структурно-свободного углерода, структура при этом состоит из аустенита, твердость которого ниже твердости мартенсита.The content of 0.5-3.5% silicon in alloyed cast iron promotes the release of part of structurally free carbon in it in the form of spherical graphite, due to which austenite is converted to martensite and its strength, hardness and wear resistance increase. An increase in the silicon content above the upper specified level will cause the appearance of perlite in the structure, which will sharply reduce the hardness and wear resistance of cast iron. A decrease in the silicon content in alloyed cast iron below the lower specified limit does not contribute to the release of structurally free carbon, the structure of which consists of austenite, the hardness of which is lower than the hardness of martensite.

Содержание в легированном чугуне 0,2-3,0% марганца повышает его твердость и износостойкость вследствие образования в его микроструктуре мартенсита. Снижение содержания в чугуне марганца ниже нижнего указанного уровня снижает его концентрацию в аустените, что способствует частичному распаду аустенита при охлаждении в троостит, обладающему низкими значениями вязкости и прочности. Повышение его содержания выше верхнего указанного предела приводит к образованию карбидов марганца типа Мn3С, что повышает хрупкость чугуна и ухудшает обработку отливок резанием.The content of manganese in alloyed iron 0.2-3.0% increases its hardness and wear resistance due to the formation of martensite in its microstructure. The decrease in the content of manganese in cast iron below the lower specified level reduces its concentration in austenite, which contributes to the partial decomposition of austenite upon cooling into troostite, which has low values of viscosity and strength. An increase in its content above the upper specified limit leads to the formation of manganese carbides of the type Mn 3 C, which increases the brittleness of cast iron and affects the processing of castings by cutting.

Содержание в легированном чугуне 3-10% хрома обеспечивает ему высокие значения твердости и износостойкости вследствие образования в его микроструктуре большого количества очень твердых карбидов (Cr, Fe)7C3. При снижении содержания хрома ниже нижнего указанного уровня в его микроструктуре образуются лишь карбиды в виде легированного цементита (Fe, Cr)3C, существенно снижающие твердость и износостойкость легированного чугуна. Повышение содержания хрома выше верхнего указанного предела не приводит к существенному повышению твердости и износостойкости чугуна, но увеличивает себестоимость получения мелющих элементов.The content of chromium in alloyed iron 3-10% provides it with high values of hardness and wear resistance due to the formation of a large number of very hard carbides (Cr, Fe) 7 C 3 in its microstructure. When the chromium content decreases below the lower indicated level, only carbides in the form of alloyed cementite (Fe, Cr) 3 C are formed in its microstructure, which significantly reduce the hardness and wear resistance of alloyed cast iron. An increase in the chromium content above the upper specified limit does not lead to a significant increase in the hardness and wear resistance of cast iron, but increases the cost of producing grinding elements.

Содержание в легированном чугуне 2,0-5,5% никеля обеспечивает ему высокие значения твердости и износостойкости вследствие образования в его микроструктуре большого количества мартенсита. При снижении содержания никеля ниже нижнего указанного уровня в его микроструктуре образуется троостит, обладающий низкими значениями вязкости и прочности. Повышение содержания никеля выше верхнего указанного предела в его микроструктуре образуется аустенит, который менее твердый и износостойкий, чем мартенсит.The content of nickel in alloyed iron 2.0-5.5% provides nickel with high values of hardness and wear resistance due to the formation of a large amount of martensite in its microstructure. With a decrease in the nickel content below the lower specified level, troostite is formed in its microstructure, which has low values of viscosity and strength. An increase in the nickel content above the upper specified limit in its microstructure forms austenite, which is less solid and wear-resistant than martensite.

Содержание в легированном чугуне 0,2-0,4% бора повышает свойства мелющих элементов, так как он образует очень твердые и износостойкие высокодисперсные борокарбонитриды, значительно увеличивающие твердость и износостойкость чугуна. Кроме того, бор способствует измельчению литой структуры чугуна, что повышает его свойства. При снижении содержания бора ниже нижнего указанного уровня резко снижается его положительное влияние на структуру и свойства чугуна, а при повышении его содержания выше верхнего указанного предела он способствует увеличению хрупкости чугуна, что снижает эксплуатационные свойства мелющих элементов.The content of boron cast iron of 0.2-0.4% increases the properties of grinding elements, since it forms very hard and wear-resistant, highly dispersed borocarbonitrides, which significantly increase the hardness and wear resistance of cast iron. In addition, boron contributes to the grinding of the cast iron structure, which increases its properties. With a decrease in boron content below the lower specified level, its positive effect on the structure and properties of cast iron is sharply reduced, and with an increase in its content above the upper specified limit, it contributes to an increase in the fragility of cast iron, which reduces the operational properties of grinding elements.

Содержание в легированном чугуне 0,2-1,0% ванадия обеспечивает ему высокие значения твердости и износостойкости вследствие образования карбидов ванадия, благодаря которым уменьшается доля остаточного аустенита и увеличивается доля мартенсита. При снижении содержания ванадия ниже нижнего указанного уровня не обеспечивается выделение достаточного количества карбидов ванадия и, соответственно, не изменяется доля остаточного аустенита, в результате чего не повышается твердость и износостойкость чугуна. Повышение содержания ванадия выше верхнего указанного предела препятствует образованию свободного углерода в виде шаровидных включений графита, что повышает склонность чугуна к образованию трещин.The content of vanadium in the alloyed iron of 0.2-1.0% provides it with high values of hardness and wear resistance due to the formation of vanadium carbides, due to which the proportion of residual austenite decreases and the proportion of martensite increases. When the vanadium content decreases below the lower specified level, the sufficient amount of vanadium carbides is not secreted and, accordingly, the fraction of residual austenite does not change, as a result of which the hardness and wear resistance of cast iron do not increase. An increase in the content of vanadium above the upper specified limit prevents the formation of free carbon in the form of spherical inclusions of graphite, which increases the tendency of cast iron to crack.

Содержание в легированном чугуне 0,2-0,8% меди обеспечивает высокие значения вязкости и прочности вследствие растворения меди в металлической основе. При снижении содержания меди ниже нижнего указанного предела не обеспечивает достаточной концентрации меди в металлической основе для существенного повышения значений вязкости и прочности чугуна. Повышение содержания меди выше верхнего указанного уровня способствует выделению по границам зерен структуры чугуна металлической меди, в результате чего понижается его вязкость и прочность.The content of copper in alloyed iron 0.2-0.8% provides high values of viscosity and strength due to the dissolution of copper in a metal base. When reducing the copper content below the lower specified limit does not provide a sufficient concentration of copper in the metal base to significantly increase the viscosity and strength of cast iron. An increase in the copper content above the upper specified level promotes the release of metallic copper at the grain boundaries of the cast iron structure, as a result of which its viscosity and strength are reduced.

Содержание в легированном чугуне 0,1-0,4% алюминия обеспечивает образование дополнительных эффективных зародышей кристаллизующего графита, что способствует снижению литейной усадки и склонности чугуна к образованию трещин. При снижении содержания алюминия ниже нижнего указанного предела не обеспечивает образования дополнительного количества эффективных зародышей кристаллизующего графита, в результате чего не понижается литейная усадка и склонность чугуна к образованию трещин. Повышение содержания алюминия выше верхнего указанного уровня способствует образованию плен оксида алюминия, в результате чего снижается вязкость и прочность чугуна.The content of 0.1-0.4% aluminum in alloyed cast iron provides the formation of additional effective nuclei of crystallizing graphite, which helps to reduce casting shrinkage and the tendency of cast iron to crack. When the aluminum content decreases below the lower specified limit, it does not provide the formation of an additional amount of effective nuclei of crystallizing graphite, as a result of which casting shrinkage and the tendency of cast iron to crack are not reduced. Increasing the aluminum content above the upper specified level contributes to the formation of captive alumina, resulting in reduced viscosity and strength of cast iron.

Содержания в легированном чугуне 0,03-0,2% церия и 0,02-0,1% магния достигаются при сфероидизирующем модифицировании, влияние которых на структуру чугуна описано выше.Content in doped cast iron 0.03-0.2% cerium and 0.02-0.1% magnesium are achieved with spheroidizing modification, the effect of which on the structure of cast iron is described above.

Содержание в легированном чугуне 0,05-0,2% кальция способствует его десульфурации и препятствует образованию соединения окиси магния, при образовании которого повышается количество магния, необходимого для модифицирования чугуна. При снижении содержания кальция ниже нижнего указанного предела повышает количество магния, необходимого для сфероидизирующего модифицирования чугуна. Повышение содержания кальция выше верхнего указанного уровня способствует увеличению количества неметаллических включений, в результате чего понижается вязкость и прочность чугуна.The content of 0.05-0.2% calcium in alloyed cast iron contributes to its desulfurization and prevents the formation of magnesium oxide compounds, the formation of which increases the amount of magnesium necessary for the modification of cast iron. By lowering the calcium content below the lower specified limit, it increases the amount of magnesium required for spheroidizing modification of cast iron. An increase in calcium content above the upper specified level contributes to an increase in the number of non-metallic inclusions, as a result of which the viscosity and strength of cast iron are reduced.

Выбивка отливок мелющих элементов из форм при достижении температуры их тела 750-550°С и охлаждение в спокойном воздухе, не имеющем сквозняков, увеличивает скорость их охлаждения, благодаря чему происходит трансформация аустенита в мартенсит, который обладает по сравнению с первым более высокими значениями твердости и износостойкости. Вследствие чего необходимость проведения термической термообработки отпадает.Knocking out the castings of grinding elements from the molds when their body temperature reaches 750-550 ° C and cooling in calm air without drafts increases their cooling rate, as a result of which the transformation of austenite into martensite, which, in comparison with the first, has higher hardness and wear resistance. As a result, the need for thermal heat treatment disappears.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в достижении высоких значений вязкости, прочности, твердости и износостойкости мелющих элементов в литом состоянии и невысокой их стоимостью. Это достигается получением в их литой микроструктуре мартенситной металлической матрицы, насыщенной большим количеством эвтектических равномерно распределенных и очень твердых карбидов тригонального типа (Cr, Fe)7C3, небольшого количества остаточного аустенита и включений шаровидного графита. Мелющие элементы, полученные таким способом, обладают высокими значениями износостойкости и ударостойкости, что обеспечивает их высокую эксплуатационную стойкость в литом состоянии.The technical result obtained by carrying out the invention is to achieve high values of viscosity, strength, hardness and wear resistance of the grinding elements in the molten state and their low cost. This is achieved by obtaining in their molten microstructure a martensitic metal matrix saturated with a large amount of eutectic uniformly distributed and very hard trigonal carbides (Cr, Fe) 7 C 3 , a small amount of residual austenite and inclusions of spherical graphite. Grinding elements obtained in this way have high values of wear resistance and impact resistance, which ensures their high operational resistance in the cast state.

Снижение себестоимости производства отливок мелющих элементов достигается за счет снижения продолжительности общего технологического цикла их изготовления и исключения из него высокотемпературной термообработки (нормализации).Reducing the cost of production of castings of grinding elements is achieved by reducing the duration of the overall technological cycle of their manufacture and eliminating high-temperature heat treatment (normalization) from it.

Способ может быть осуществлен с использованием следующих технических приемов. Плавку чугуна с одновременным его легированием и графитизирующим модифицированием осуществляют в электропечи, а его сфероидизирующее модифицирование - в разливочных ковшах при сливе в них расплава из печи. Выбивку отливок мелющих элементов из литейных форм осуществляют при высокой температуре, вследствие чего они проходят самозакалку, при этом необходимые эксплуатационные свойства мелющих элементов достигаются в литом состоянии.The method can be carried out using the following techniques. Cast iron is melted with its alloying and graphitizing modification being carried out in an electric furnace, and its spheroidizing modification is carried out in casting ladles when the melt is drained from the furnace. Knocking out of castings of grinding elements from the molds is carried out at high temperature, as a result of which they undergo self-hardening, while the necessary operational properties of grinding elements are achieved in the cast state.

Пример.Example.

В плавильной электропечи расплавляли железоуглеродистые шихтовые материалы и получали легированный чугун. После нагрева расплава в печи до температуры 1460°С осуществляли графитизирующее модифицирование ферросилицием, который вводили на его зеркало. При температуре 1420°С расплав сливали в разливочный ковш, в который предварительно засыпали магнийсодержащую модифицирующую смесь и цериевую присадку, что обеспечивало после сфероидизирующего модифицирования следующее содержание в чугуне элементов, мас.%:Iron-smelting charge materials were melted in a melting electric furnace and alloyed cast iron was obtained. After heating the melt in the furnace to a temperature of 1460 ° C, a graphitizing modification was carried out by ferrosilicon, which was introduced onto its mirror. At a temperature of 1420 ° C, the melt was poured into a casting ladle, into which a magnesium-containing modifying mixture and a cerium additive were pre-poured, which ensured the following content in the cast iron of the elements after the spheroidizing modification, wt.%:

углерод 3,5; кремний 1,8; марганец 0,6; хром 8,0; никель 4,5; бор 0,3; ванадий 0,6; медь 0,4; алюминий 0,3; церий 0,03; кальций 0,1; железо - остальное.carbon 3,5; silicon 1.8; manganese 0.6; chrome 8.0; nickel 4,5; boron 0.3; vanadium 0.6; copper 0.4; aluminum 0.3; cerium 0.03; calcium 0.1; iron is the rest.

Приведенные данные в таблице свидетельствуют о том, что переход с прототипа на предлагаемый новый способ получения отливок мелющих элементов позволяет существенно снизить себестоимость их производства.The data in the table indicate that the transition from the prototype to the proposed new method for producing castings of grinding elements can significantly reduce the cost of their production.

Figure 00000001
Figure 00000001

Основные технико-экономические преимущества предлагаемого нового способа получения отливки бандажа массой 6 тонн в сравнении с прототипом:The main technical and economic advantages of the proposed new method for producing a casting of a bandage weighing 6 tons in comparison with the prototype:

- температура нагрева расплава в плавильной электропечи на 90°С ниже, благодаря чему сокращается расход электроэнергии и время нагрева;- the temperature of the heating of the melt in the melting furnace is 90 ° C lower, thereby reducing energy consumption and heating time;

- сокращение времени охлаждения расплава в электрической печи от температуры нагрева до температуры выпуска его в ковш;- reducing the cooling time of the melt in the electric furnace from the heating temperature to the temperature of its release into the ladle;

- температура заливки расплавом литейной формы ниже на 20°С, благодаря чему снижается брак отливок по поверхностным дефектам (химический и механический пригар, подкорковые раковины);- the casting temperature of the casting mold is lower by 20 ° C, which reduces casting defects due to surface defects (chemical and mechanical burning, subcrustal sinks);

- сокращение времени выдержки отливки бандажа массой 6 тонн в литейной песчаной форме на 16 суток;- reducing the exposure time of casting a bandage weighing 6 tons in a sand casting mold by 16 days;

- необходимые механические и эксплуатационные свойства отливки бандажа достигаются в литом состоянии, то есть необходимость проведения высокотемпературной термообработки (нормализации) отпадает.- the necessary mechanical and operational properties of the casting of the bandage are achieved in the molded state, that is, the need for high-temperature heat treatment (normalization) is no longer necessary.

Получение отливок мелющих элементов из легированного чугуна с шаровидным графитом заявленным способом обеспечивает высокие значения их твердости, износостойкости, прочности, вязкости и эксплуатационной стойкости в литом состоянии, а также невысокую себестоимость их изготовления.Obtaining castings of grinding elements from alloyed cast iron with spherical graphite by the claimed method provides high values of their hardness, wear resistance, strength, toughness and service life in the molten state, as well as the low cost of their manufacture.

Источники информацииInformation sources

1. Великобритания VK Patent NO, GB 2072702А.1. UK VK Patent NO, GB 2072702A.

2. The production of NI - Hard Martensiten White Cast Iron (The International Nickel Company (Mound) Limited - Thames House, Milbank. - London, S.W.I., 1963-65 p.2. The production of NI - Hard Martensiten White Cast Iron (The International Nickel Company (Mound) Limited - Thames House, Milbank. - London, S.W.I., 1963-65 p.

3. Патент США № 2662011, Кл. 75-128, 1353.3. US Patent No. 2662011, Cl. 75-128, 1353.

4. ГОСТ 7769-82, Чугун легированный для отливок со специальными свойствами. Марки. - М.: Издательство стандартов, 1987 г. - 23 с.4. GOST 7769-82, Alloy cast iron for castings with special properties. Stamps. - M .: Publishing house of standards, 1987 - 23 p.

Claims (1)

Способ получения деталей отливок в виде мелющих элементов из легированного чугуна с шаровидным графитом, включающий выплавку, легирование и модифицирование чугуна с получением заданного его химического состава, отливку в литейной форме, отличающийся тем, что выплавку чугуна осуществляют расплавлением в электропечи железоуглеродистой шихты и одновременным легированием и графитизирующим модифицированием ферросилицием при температуре расплава в печи 1440-1460°С его на заданный состав, сфероидизирующее модифицирование осуществляют магнийсодержащей модифицирующей смесью и цериевой присадкой при сливе в ковш нагретого в печи до 1440-1420°С расплава, заливку форм жидким чугуном заданного состава осуществляют при температуре 1310-1360°С, выбивку отливок мелющих элементов из форм осуществляют при достижении температуры их тела 750-550°С, охлаждение отливок до температуры окружающей среды осуществляют на воздухе, при этом чугун получают со следующим заданным химическим составом, мас.%: углерод 2,2-4,0, кремний 0,5-3,5, марганец 0,2-3,0, хром 3,0-10,0, никель 2,0-5,5, бор 0,2-0,4, ванадий 0,2-1,0, медь 0,2-0,8, алюминий 0,1-0,4, церий 0,03-0,2, магний 0,02-0,1, кальций 0,05-0,2, железо - остальное. A method of obtaining parts of castings in the form of grinding elements from alloyed cast iron with spherical graphite, including smelting, alloying and modifying cast iron to obtain its predetermined chemical composition, casting in a mold, characterized in that the casting is carried out by melting an iron-carbon charge in an electric furnace and simultaneously alloying and by graphitizing modification with ferrosilicon at a melt temperature in the furnace of 1440-1460 ° С to a predetermined composition, spheroidizing modification is carried out by magnesium containing a modifying mixture and cerium additive when pouring the melt heated in the furnace to 1440-1420 ° С into the ladle, pouring molds with molten cast iron of a given composition is carried out at a temperature of 1310-1360 ° С, casting grinding elements from molds is carried out when their body temperature reaches 750- 550 ° C, the castings are cooled to ambient temperature in air, while cast iron is obtained with the following given chemical composition, wt.%: Carbon 2.2-4.0, silicon 0.5-3.5, manganese 0.2 -3.0, chrome 3.0-10.0, nickel 2.0-5.5, boron 0.2-0.4, vanadium 0.2-1.0, copper 0.2-0.8, alumin 0.1-0.4, cerium 0.03-0.2, magnesium 0.02-0.1, calcium 0.05-0.2, iron - the rest.
RU2009122009/02A 2009-06-10 2009-06-10 Procedure for production of casts out of alloyed iron RU2395366C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009122009/02A RU2395366C1 (en) 2009-06-10 2009-06-10 Procedure for production of casts out of alloyed iron

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009122009/02A RU2395366C1 (en) 2009-06-10 2009-06-10 Procedure for production of casts out of alloyed iron

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2395366C1 true RU2395366C1 (en) 2010-07-27

Family

ID=42697996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009122009/02A RU2395366C1 (en) 2009-06-10 2009-06-10 Procedure for production of casts out of alloyed iron

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2395366C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104087813A (en) * 2014-06-19 2014-10-08 宁国市正兴耐磨材料有限公司 Mine special-type dedicated grinding ball
RU2541250C1 (en) * 2013-11-15 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ Method of production of cast iron casting
RU2599588C2 (en) * 2015-02-25 2016-10-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method of making castings from cast iron with differentiated structure
RU2634531C1 (en) * 2017-02-27 2017-10-31 Юлия Алексеевна Щепочкина Cast iron
RU2647960C2 (en) * 2012-07-23 2018-03-21 Ферри Капитэн Alloy, article and related methods of manufacture
CN115927971A (en) * 2022-12-22 2023-04-07 美利林科技(攀枝花)有限公司 Corrosion-resistant high-hardness wear-resistant ball and preparation process thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2662011A (en) * 1951-08-20 1953-12-08 Int Nickel Co Abrasion and corrosion resistant white cast iron
GB1343013A (en) * 1972-01-18 1974-01-10 Vni I Pt I Ugolnogo Mash Wear-resistant cast iron
GB2072702A (en) * 1980-03-26 1981-10-07 Sheepbridge Equipment Ltd White cast iron
SU1560605A1 (en) * 1987-10-20 1990-04-30 Херсонский Индустриальный Институт Wear-resistant cast iron
RU2216604C2 (en) * 1997-10-14 2003-11-20 Кэмкаст Индастриз Пти. Лтд. Iron alloy (variants) and method for making it
RU2234553C1 (en) * 2003-04-14 2004-08-20 Закрытое акционерное общество "Петрозаводский завод бумагоделательного машиностроения" Abrasion-resistant cast iron

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2662011A (en) * 1951-08-20 1953-12-08 Int Nickel Co Abrasion and corrosion resistant white cast iron
GB1343013A (en) * 1972-01-18 1974-01-10 Vni I Pt I Ugolnogo Mash Wear-resistant cast iron
GB2072702A (en) * 1980-03-26 1981-10-07 Sheepbridge Equipment Ltd White cast iron
SU1560605A1 (en) * 1987-10-20 1990-04-30 Херсонский Индустриальный Институт Wear-resistant cast iron
RU2216604C2 (en) * 1997-10-14 2003-11-20 Кэмкаст Индастриз Пти. Лтд. Iron alloy (variants) and method for making it
RU2234553C1 (en) * 2003-04-14 2004-08-20 Закрытое акционерное общество "Петрозаводский завод бумагоделательного машиностроения" Abrasion-resistant cast iron

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2647960C2 (en) * 2012-07-23 2018-03-21 Ферри Капитэн Alloy, article and related methods of manufacture
RU2541250C1 (en) * 2013-11-15 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ Method of production of cast iron casting
CN104087813A (en) * 2014-06-19 2014-10-08 宁国市正兴耐磨材料有限公司 Mine special-type dedicated grinding ball
RU2599588C2 (en) * 2015-02-25 2016-10-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method of making castings from cast iron with differentiated structure
RU2634531C1 (en) * 2017-02-27 2017-10-31 Юлия Алексеевна Щепочкина Cast iron
CN115927971A (en) * 2022-12-22 2023-04-07 美利林科技(攀枝花)有限公司 Corrosion-resistant high-hardness wear-resistant ball and preparation process thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6079641B2 (en) Spheroidal graphite cast iron excellent in strength and toughness and method for producing the same
CN103343279B (en) A kind of bent axle as-cast pearlitic ductile iron material and preparation method thereof
CN102851575B (en) Oxidation-resistant alloying grey cast iron and preparation method thereof
RU2395366C1 (en) Procedure for production of casts out of alloyed iron
CN102392178A (en) Nodular cast iron and centrifugal composite casting roller
CN103484753A (en) Novel as-cast 500-7 nodular cast iron
CN109154030A (en) Grey cast-iron inovulant
CN103993234B (en) Chromium alloyed steel abrasion-proof backing block and preparation method thereof in carbon in one
CN103131942B (en) High nodulizing rate vermicular cast iron and the method for making of IC engine cylinder body, cylinder cover
CN103602879A (en) Preparation method for high strength gray cast iron material
CN105132796A (en) Medium silicon molybdenum alloy vermicular graphite cast iron glass mold material and preparation method thereof
CN110029266A (en) A kind of cast iron silicon-zirconium-manganese-chromium inovulant and preparation method thereof
CN112159922B (en) Gray cast iron inoculant and preparation method thereof
CN104152786A (en) Novel austenite-bainite grinding ball and production method thereof
CN114058935A (en) Ultralow-temperature ferrite nodular cast iron and preparation method thereof
CN109536664A (en) A kind of myrmekite ink cast iron scroll plate and its production technology
KR20130087213A (en) High strength flake graphite iron using rare earth element and preparation method thereof
CN114411049B (en) Low-cost and high-strength ferritic nodular cast iron and preparation method and application thereof
Hemanth et al. Effect of cooling rate on eutectic cell count, grain size, microstructure, and ultimate tensile strength of hypoeutectic cast iron
CN114525374A (en) Scandium-yttrium-containing vanadium-manganese-chromium inoculant for high-strength gray cast iron and preparation method thereof
RU2401316C1 (en) Wear-resistant cast iron
CN115927949B (en) Preparation method of vermicular graphite cast iron with high-spheroidization graphite structure in inner cavity
CN109594007A (en) A kind of myrmekite ink cast iron and its preparation process and application
RU2765474C1 (en) Method for producing wear-resistant high-strength castings from iron
CN108193125B (en) TGC600 nodular cast iron and preparation method thereof