RU2395366C1 - Способ получения отливок из легированного чугуна - Google Patents
Способ получения отливок из легированного чугуна Download PDFInfo
- 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
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 48
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 16
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 9
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N methylidyneiron Chemical compound [C].[Fe] QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 claims description 68
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 39
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 32
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 15
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 15
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 12
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 5
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 claims description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- -1 smelting Chemical compound 0.000 claims description 2
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical compound [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 abstract description 18
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003607 modifier Substances 0.000 abstract description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 abstract 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 17
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 12
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 11
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 4
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 3
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 3
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- ZLANVVMKMCTKMT-UHFFFAOYSA-N methanidylidynevanadium(1+) Chemical class [V+]#[C-] ZLANVVMKMCTKMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 229910001141 Ductile iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001060 Gray iron Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001037 White iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 1
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000007528 sand casting Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано для получения быстроизнашивающихся деталей, в частности мелющих элементов из легированного чугуна с шаровидным графитом. Выплавку чугуна осуществляют в электропечи из железоуглеродистой шихты с одновременным легированием и графитизирующим модифицированием ферросилицием при температуре расплава в печи 1440-1460°С. При сливе в ковш расплав, имеющий температуру 1440-1420°С, модифицируют сфероидизирующими модификаторами на основе магния и церия. Получают чугун следующего химического состава, в 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. Заливку форм осуществляют при температуре 1310-1360°С, выбивку - при температуре 750-550°С. Охлаждение отливок до температуры окружающей среды осуществляют на воздухе. Способ обеспечивает получение мелющих элементов с высокими значениями твердости (HRC61), износостойкости и ударостойкости в литом состоянии. 1 табл.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Задачей изобретения является получение экономичным способом отливок мелющих элементов из частично графитизированного легированного чугуна с твердостью, обеспечивающей высокую их износостойкость при эксплуатации.
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.
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.
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.
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.
Выбивка отливок мелющих элементов из форм при достижении температуры их тела 750-300°С способствует образованию мартенситной металлической основы с небольшим количеством остаточного аустенита.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Снижение себестоимости производства отливок мелющих элементов достигается за счет снижения продолжительности общего технологического цикла их изготовления и исключения из него высокотемпературной термообработки (нормализации).
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.
Пример.
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.%:
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.
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.
Основные технико-экономические преимущества предлагаемого нового способа получения отливки бандажа массой 6 тонн в сравнении с прототипом:
- температура нагрева расплава в плавильной электропечи на 90°С ниже, благодаря чему сокращается расход электроэнергии и время нагрева;
- сокращение времени охлаждения расплава в электрической печи от температуры нагрева до температуры выпуска его в ковш;
- температура заливки расплавом литейной формы ниже на 20°С, благодаря чему снижается брак отливок по поверхностным дефектам (химический и механический пригар, подкорковые раковины);
- сокращение времени выдержки отливки бандажа массой 6 тонн в литейной песчаной форме на 16 суток;
- необходимые механические и эксплуатационные свойства отливки бандажа достигаются в литом состоянии, то есть необходимость проведения высокотемпературной термообработки (нормализации) отпадает.
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.
Источники информации
1. Великобритания VK Patent NO, GB 2072702А.
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.
4. ГОСТ 7769-82, Чугун легированный для отливок со специальными свойствами. Марки. - М.: Издательство стандартов, 1987 г. - 23 с.
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.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009122009/02A RU2395366C1 (ru) | 2009-06-10 | 2009-06-10 | Способ получения отливок из легированного чугуна |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009122009/02A RU2395366C1 (ru) | 2009-06-10 | 2009-06-10 | Способ получения отливок из легированного чугуна |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2395366C1 true RU2395366C1 (ru) | 2010-07-27 |
Family
ID=42697996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009122009/02A RU2395366C1 (ru) | 2009-06-10 | 2009-06-10 | Способ получения отливок из легированного чугуна |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2395366C1 (ru) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104087813A (zh) * | 2014-06-19 | 2014-10-08 | 宁国市正兴耐磨材料有限公司 | 一种矿山特种专用研磨球 |
| RU2541250C1 (ru) * | 2013-11-15 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ | Способ изготовления отливок из чугуна |
| RU2599588C2 (ru) * | 2015-02-25 | 2016-10-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Способ изготовления отливок из чугуна с дифференцированной структурой |
| RU2634531C1 (ru) * | 2017-02-27 | 2017-10-31 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Чугун |
| RU2647960C2 (ru) * | 2012-07-23 | 2018-03-21 | Ферри Капитэн | Сплав, изделие и соответствующие способы получения |
| CN115927971A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-04-07 | 美利林科技(攀枝花)有限公司 | 一种耐腐蚀高硬耐磨球及其制备工艺 |
Citations (6)
| 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 (ru) * | 1987-10-20 | 1990-04-30 | Херсонский Индустриальный Институт | Износостойкий чугун |
| RU2216604C2 (ru) * | 1997-10-14 | 2003-11-20 | Кэмкаст Индастриз Пти. Лтд. | Сплав железа (варианты) и способ его получения |
| RU2234553C1 (ru) * | 2003-04-14 | 2004-08-20 | Закрытое акционерное общество "Петрозаводский завод бумагоделательного машиностроения" | Износостойкий чугун |
-
2009
- 2009-06-10 RU RU2009122009/02A patent/RU2395366C1/ru active
Patent Citations (6)
| 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 (ru) * | 1987-10-20 | 1990-04-30 | Херсонский Индустриальный Институт | Износостойкий чугун |
| RU2216604C2 (ru) * | 1997-10-14 | 2003-11-20 | Кэмкаст Индастриз Пти. Лтд. | Сплав железа (варианты) и способ его получения |
| RU2234553C1 (ru) * | 2003-04-14 | 2004-08-20 | Закрытое акционерное общество "Петрозаводский завод бумагоделательного машиностроения" | Износостойкий чугун |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2647960C2 (ru) * | 2012-07-23 | 2018-03-21 | Ферри Капитэн | Сплав, изделие и соответствующие способы получения |
| RU2541250C1 (ru) * | 2013-11-15 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ | Способ изготовления отливок из чугуна |
| CN104087813A (zh) * | 2014-06-19 | 2014-10-08 | 宁国市正兴耐磨材料有限公司 | 一种矿山特种专用研磨球 |
| RU2599588C2 (ru) * | 2015-02-25 | 2016-10-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Способ изготовления отливок из чугуна с дифференцированной структурой |
| RU2634531C1 (ru) * | 2017-02-27 | 2017-10-31 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Чугун |
| CN115927971A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-04-07 | 美利林科技(攀枝花)有限公司 | 一种耐腐蚀高硬耐磨球及其制备工艺 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6079641B2 (ja) | 強度及び靭性に優れた球状黒鉛鋳鉄及びその製造方法 | |
| CN103343279B (zh) | 一种曲轴用铸态珠光体球铁材料及其制备方法 | |
| CN106756448B (zh) | 废旧汽车零部件、铁屑再利用生产高强度低合金制动鼓 | |
| CN102851575B (zh) | 抗氧化性合金化灰口铸铁及其制备方法 | |
| RU2395366C1 (ru) | Способ получения отливок из легированного чугуна | |
| CN102392178A (zh) | 球墨铸铁及离心复合铸造轧辊 | |
| CN103484753A (zh) | 一种新型铸态500-7球墨铸铁 | |
| CN103993234B (zh) | 一种中碳中铬合金钢耐磨衬板及其制备方法 | |
| CN103131942B (zh) | 内燃机汽缸体、汽缸盖的高蠕化率蠕墨铸铁及制法 | |
| CN103602879A (zh) | 一种高强度灰铸铁材料制备方法 | |
| CN105132796A (zh) | 中硅钼合金蠕墨铸铁玻璃模具材料及其制备方法 | |
| CN110029266A (zh) | 一种铸铁用硅-锆-锰-铬孕育剂及其制备方法 | |
| KR101605905B1 (ko) | Ｃｇｉ 주철 및 그 제조방법 | |
| CN112159922B (zh) | 一种灰铸铁的孕育剂及其制备方法 | |
| CN104152786A (zh) | 一种新型奥贝氏体磨球及其生产方法 | |
| CN114058935A (zh) | 一种超低温铁素体球墨铸铁及其制备方法 | |
| CN109536664A (zh) | 一种蠕状石墨铸铁涡旋盘及其生产工艺 | |
| KR20130087213A (ko) | 희토류 원소를 이용한 고강도 편상 흑연 주철 및 그 제조방법 | |
| Hemanth et al. | Effect of cooling rate on eutectic cell count, grain size, microstructure, and ultimate tensile strength of hypoeutectic cast iron | |
| CN114525374A (zh) | 一种高强度灰铸铁用含钪钇的钒锰铬孕育剂及制备方法 | |
| RU2401316C1 (ru) | Износостойкий чугун | |
| CN115927949B (zh) | 一种内腔高球化率石墨结构的蠕墨铸铁制备方法 | |
| CN114411049B (zh) | 一种低成本、高强度的铁素体球墨铸铁及其制备方法与应用 | |
| CN109594007A (zh) | 一种蠕状石墨铸铁及其制备工艺和应用 | |
| RU2765474C1 (ru) | Способ получения износостойких высокопрочных отливок из чугуна |