Результат интеллектуальной деятельности: ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН

Изобретение относится к области металлургии, в частности к разработке составов белого легированного чугуна доэвтектического состава для литых деталей, работающих в условиях коррозионно-механического изнашивания.

Известен белый износостойкий чугун марки ЧГ7Х4 по ГОСТ 7789-82, используемый для износостойких отливок, имеет в литых заготовках крупнозернистую аустенитную металлическую основу с низкой микротвердостью и обладает недостаточными характеристиками прочности (150-180 МПа), износостойкости, трещиностойкости и эксплуатационной стойкости. Коррозионно-механический износ его выше, чем при изготовлении деталей из стали ШХ15.

Известен также износостойкий чугун с высокой микротвердостью металлической матрицы (Марукович Е.М., Карпенко М.И. Износостойкие сплавы. - М.: Машиностроение, 2005. - С.103), содержащий, мас.%:

Известный чугун имеет недостаточные упругопластические свойства, предел выносливости при изгибе, трещиностойкость, стойкость при ударных нагрузках и в условиях коррозионно-механического изнашивания.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному является износостойкий чугун (А.с. СССР №1627580, МПК С22С 37/10, 1991, прототип), следующего химического состава, мас.%:

Известный чугун имеет в литых заготовках аустенитную металлическую основу и следующие механические и эксплуатационные свойства:

Недостатком известного износостойкого чугуна является предел коррозионной усталости и контактно-усталостная долговечность. В отливках крупных износостойких изделий (пуансонов и тормозных дисков) он обладает крупнозернистой структурой с высокой концентрации крупных карбидов и цементита, что снижает ударную вязкость (до 3-7 Дж/см²), трещиностойкость и эксплуатационную долговечность. Эти недостатки особенно отмечаются при высоком содержании в чугуне хрома и других карбидообразующих элементов: молибдена и марганца.

Задачей данного технического решения является повышение предела коррозионной усталости, ударной вязкости, трещиностойкости и контактно-усталостной долговечности.

Поставленная задача решается тем, что износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, цирконий, кобальт, кальций, теллур и железо, дополнительно содержит медь, алюминий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Проведенный анализ предложенного технического решения показал, что на данный момент не известны технические решения, в которых были бы отражены указанные отличия. Кроме того, указанные признаки являются необходимыми и достаточными для достижения положительного эффекта, указанного в цели изобретения. Это позволяет сделать вывод о том, что данные отличия являются существенными.

Дополнительное введение меди обусловлено эффективным влиянием ее на измельчение структуры и повышения ударной вязкости, трещиностойкости и эксплуатационных свойств чугуна. При повышении содержания меди более 0,35% отмечается снижение твердости, износостойкости и контактно-усталостной долговечности. При концентрации меди до 0,12% микролегирующее ее влияние на измельчение структуры и повышение ударно-пластических свойств, трещиностойкости чугуна недостаточны.

Дополнительное введение алюминия (0,02-0,05 мас.%) и бора (0,002-0,01 мас.%) обусловлено их высокой поверхностно-активной модифицирующей способностью, обеспечивающей очистку границ зерен и повышение упругопластических свойств, трещиностойкости и ударно-усталостной долговечности. При увеличении концентрации алюминия и бора соответственно более 0,05 и 0,01% снижаются характеристики износостойкости и механических свойств. При снижении концентрации их ниже пределов трещиностойкость, ударная вязкость, предел коррозионной усталости и эксплуатационные свойства недостаточны.

Чугун выплавляют в открытых индукционных печах. В качестве шихтовых материалов используют рафинированные чушковые чугуны, стальной и чугунный лом, ферромарганец ФМн78, феррохром ФХ800, никель НП3, медь M1, кобальт К2, ферробор ФВ17, ферромолибден ФМо2 и другие ферросплавы.

Ферромолибден, ферроцирконий, никель, феррохром, кобальт и медь вводят в электропечь, а измельченные присадки силикокальция, бора и теллура - в составе алюминотермических таблеток вводят в раздаточный ковш при выпуске чугуна из печи с температурой 1450-1470°C.

Заливку литейных форм производят при температуре 1400-1430°C.

В таблице 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок. Отливки и образцы для механических испытаний изготавливали заливкой чугунов в сухие жидкостекольные формы. Механические и усталостные испытания, износостойкость в условиях коррозионно-механического изнашивания определяли на стандартных образцах после их термической обработки, включающей закалку и отпуск. Ударную вязкость определяли на образцах 10×10×55 мм без надреза, а трещиностойкость - на технологической звездообразной пробе высотой 140 мм по общей длине возникающих трещин. Определение твердости проводили по ГОСТ 24805-87.

В таблице 2 приведены механические и технологические свойства износостойких чугунов опытных плавок.

Как видно из таблицы 2, предложенный чугун обладает более высокими показателями предела коррозионной усталости, ударной вязкости, трещиностойкости и контактно-усталостной долговечности, чем известный чугун.