АУСТЕНИТНЫЙ ЧУГУН С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ
AUSTENITIC SPHEROIDAL GRAPHITE CAST IRON

Изобретение относится к литейному производству, а именно к аустенитным чугунам с шаровидным графитом для производства деталей, предназначенных для работы в агрессивной среде при диапазоне температур от -60° до +90°С, в частности для изготовления рабочих органов погружных центробежных насосов для добычи нефти.
Известен немагнитный чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, магний, церий, кальций, никель, серу, фосфор и железо, при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 3,0-3,5; кремний 2,5-3,5; марганец 4,5-5,0; медь 4,5-5,0; магний 0,015-0,03; церий 0,03-0,05; кальций 0,03-0,06; никель 5,0-6,0; сера до 0,02; фосфор до 0,01 и железо остальное (SU 203916, С22С 37/10, опубликовано 09.10.1967).
Однако известный чугун с шаровидным графитом не обеспечивает необходимую износостойкость и коррозионную стойкость литых изделий, предназначенных для работы в условиях воздействия коррозионной среды, содержащей абразивные материалы, в диапазоне температур от -60° до +90°.
Известен аустенитный чугун с шаровидным графитом содержащий углерод, кремний, марганец, медь, никель, хром, ванадий, магний, кальций, церий и железо, при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 2,2-3,0; кремний 2,4-3,2; марганец 3,0-4,0; медь 6,5-7,5; никель 9,4-11,0; хром 0,3-0,5; ванадий 0,01-0,03; магний 0,03-0,05; кальций 0,03-0,05; церий 0,01-0,03; железо остальное (RU 2337170, С22С 37/04, опубликовано 27.10.2008).
Однако металлическая основа указанного аустенитного чугуна с шаровидным графитом содержит цементит до 30%, который располагается по границам зерен. Поэтому прочность известного чугуна незначительна.
Кроме того, отливки из указанного аустенитного чугуна с шаровидным графитом плохо подвергаются механической обработке.
Задачей и техническим результатом изобретения является повышение прочности аустенитного чугуна, который используется для изготовления изделий, работающих в агрессивной среде при температурах от -60° до +90°С, а также повышение обрабатываемости поверхности отливок из чугуна при воздействии инструмента мехобработки.
Технический результат достигается тем, что аустенитный чугун с шаровидным графитом содержит углерод, кремний, марганец, медь, никель, магний, кальций, церий, вольфрам, молибден и железо, при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 2,2-3,0; кремний 2,4-3,2; марганец 3,0-4,0; медь 6,5-7,5; никель 9,4-11,0; магний 0,03-0,05; кальций 0,03-0,05; церий 0,01-0,03; вольфрам 0,1-0,3; молибден; 0,1-0,3; железо - остальное.
Введение в состав аустенитного чугуна по изобретению вольфрама в концентрации 0,1-0,3 мас. % позволяет оптимизировать количество твердых включений цементита, одновременно повысив прочность чугуна и улучшив качество его механической обработки.
Введение в состав аустенитного чугуна по изобретению молибдена позволяет измельчить структурные составляющие металлической основы чугуна, благодаря чему повышается прочность аустенитного чугуна.
Выплавка аустенитного чугуна с шаровидным графитом по изобретению осуществляют следующим образом. Плавку чугуна проводят в индукционных или дуговых электропечах с использованием стандартных шихтовых материалов. Легирующие элементы - никель, вольфрам, молибден и медь вводят в металлозавалку. После расплавления шихты и перегрева чугуна до температуры 1450-1500°С на зеркало расплава вводят марганец в виде 60%-ного ферромарганца и кремний в виде 75%-ного ферросилиция. С целью повышения жидкотекучести в чугун вводят фосфор в количестве 0,15-0,25% в виде 20%-ного феррофосфата. На дно разливочного ковша перед выпуском жидкого металла из печи вводят магний и кальций в составе сфероидизирующей присадки, а также церий в виде ферроцерия.
В таблице 1 приведен химический состав известного чугуна и чугуна по изобретению. В таблице 2 приведены значения прочности, размер зерна аустенита и включений шаровидного графита, количество включений цементита и режимы механической обработки.
Достижение поставленного технического результата иллюстрируется более высокой прочностью (520-540 мПа) чугуна по изобретению, меньшим размер зерна аустенита (20-40 мкм) и включений шаровидного графита (6-10 мкм), снижением количества включений цементита (6-12%) и более лучшей механической обрабатываемостью предлагаемого чугуна в сравнении с известным.
Временное сопротивление при растяжении определяли по ГОСТ 27208-87. Размер структурных составляющих и количество цементита в металлической основе определяли с помощью прибора «Квантиметр».
Применение предлагаемого аустенитного чугуна с шаровидным графитом для отливок, имеющих сложную конфигурацию, которые затем подвергают механической обработке резанием, например ступеней погружных центробежных насосов для добычи нефти, позволяет (на 20-30%) увеличить срок службы деталей в эксплуатации, при снижении себестоимости их изготовления на 10-15%.