ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ
WEAR-RESISTANT CAST IRON WITH SPHERICAL GRAPHITE

Изобретение относится к металлургии, а именно к износостойким чугунам с шаровидным графитом для производства литьем деталей, предназначенных для работы в условиях ударно-абразивного износа при температуре до 500°C, в частности деталей машин для изготовления асфальта, бетона и т.п.
Известен высокопрочный чугун с шаровидным графитом для клиньев, содержащий углерод, кремний, ванадий, медь, никель, марганец, серу, фосфор, хром, магний, РЗМ и железо, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
3,8-4,5
кремний
2,5-4,5
ванадий
3,5-4,5
медь
0,1-1,5
никель
0,1-2,0
марганец
до 0,8
сера
до 0,1
фосфор
до 0,15
хром
до 0,1
магний
до 0,05
РЗМ
до 0,03
железо
остальное
(SU 322394, С22С 37/00, опубликовано 30.11.1971).
Недостатком известного чугуна, металлическая основа которого содержит графитную и ванадиево-карбидную эвтектики, является то, что он обладает требуемыми свойствами только после сложной термической обработки (изотермическая закалка).
Наиболее близким является износостойкий чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, ванадий, медь, никель, марганец, магний, алюминий, церий, кальций, бор и железо, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
2,8-4,0
кремний
1,5-3,5
ванадий
3,0-8,0
медь
0,2-0,8
никель
3,0-5,0
марганец
0,2-1,0
магний
0,02-0,1
алюминий
0,1-0,4
церий
0,03-0,20
кальций
0,05-0,20
бор
0,2-0,4
железо
остальное
(RU 2401316, С22С 37/04, опубликовано 10.10.2010).
Известный износостойкий чугун с шаровидным графитом, литая металлическая основа которого содержит графитную и ванадиево-карбидную эвтектики, обладает требуемыми прочностными свойствами только до температуры 300°C.
Задачей изобретения является создание износостойкого чугуна с шаровидным графитом с высокой твердостью и прочностью в литом состоянии (без применения термообработки) для работы в условиях ударно-абразивного износа до температуры 500°C.
Технический результат достигается тем, что износостойкий чугун с шаровидным графитом содержит углерод, кремний, ванадий, медь, никель, марганец, магний, алюминий, церий, кальций, бор, ниобий и железо при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
2,8-4,0
кремний
1,5-3,5
ванадий
3,0-8,0
медь
0,2-0,8
никель
3,0-5,0
марганец
0,2-1,0
магний
0,02-0,1
алюминий
0,1-0,4
церий
0,03-0,20
кальций
0,05-0,20
бор
0,2-0,4
ниобий
0,5-2,0
железо
остальное
Введение ниобия в состав чугуна по изобретению способствует измельчению зерна металлической основы и появлению тугоплавких карбидов ниобия, температура плавления которых составляет 3770°C, что способствует повышению жаропрочности чугуна, так как температура плавления карбидов ванадия составляет 2800°C.
Содержание ниобия менее 0,5% не обеспечивает эффективного измельчения зерна металлической основы и образования необходимого количества тугоплавких карбидов ниобия. Увеличение количества ниобия свыше 2,0% не способствует существенному повышению жаропрочности чугуна, при этом повышается себестоимость изготовления износостойких отливок.
Плавку чугуна проводят в индукционных или дуговых электропечах с использованием стандартных шихтовых материалов. Легирующие элементы - никель, медь, ванадий и ниобий, вводят в металлозавалку. После расплавления шихты и перегрева чугуна до 1480-1520°C на зеркало расплава вводят кремний и марганец в виде 75%-ного ферросилиция и 60%-ного ферромарганца. Затем присаживают алюминий и кальций (в виде 20%-ного силикокальция). Магний в составе сфероидизирующей присадки, а также церий и бор в виде ферроцерия и ферробора кладут на дно разливочного ковша перед выпуском в него жидкого металла из печи.
Химический состав, количество карбидов VC и NbC и длительная прочность известного (прототип) и предложенного чугунов приведены в таблице. Испытание на длительную прочность при изгибе проводили при температуре 500°C.
Из представленных данных видно, что длительная прочность чугуна по изобретению в литом состоянии снижается меньше (4-16%) в сравнении с известным чугуном (60%). Кроме того, чугун по изобретению имеет более высокую твердость.
Применение предлагаемого износостойкого чугуна с шаровидным графитом для отливок, например бронефутеровок и лопаток смесеприготовительной системы изготовления асфальта, бетона и т.п., позволяет существенно повысить температуру эксплуатации этих деталей с 300 до 500°C за счет меньшего снижения длительной прочности при изгибе нового чугуна по сравнению с прототипом в 4-15 раз.