Чавун для молольних тіл

Чавун для молольних тіл, що містить вуглець, кремній, марганець, хром, титан і залізо, який від різняється тим, що додатково містить нікель при такій пропорції компонентів (у мас.%): Винахід відноситься до металургії і ливарного виробництва, до дослідження чавунів з підвищеними міцністними і пластичними характеристиками, що працюють в умовах ударно-абразивного зносу, зокрема, для крупних молольних тіл кульових млинів гірничорудної і цементної промисловостей (кулі діаметром 100-125 мм). Відомий чавун для молольних тіл (Авторское свидетельство СССР № 834197, C22C 37/00, бюл. № 20, 1981) такого хімічного складу, мас.%: гається, є чавун для молольних тіл (Авторское свидетельство СССР № 496320, C22C 37/00, Бюл. № 47,1975) такого хімічного складу, мас.%: Недоліками відомого чавуну є низький критерій якості Ак і рівень твердості макроструктурної зони чистого відбілу у відлитих з нього молольних тілах у зв'язку з наявністю в їх структурі включень дрібнодисперсного графіту, виділення яких викликається дією сильних графітизуючи х елементів кальцію і РЗМ. Наявність у чавуні дорогих кальцію і РЗМ, що характеризуються низьким ступенем засвоєння металом, є причиною високої собівартості відливок, які з нього одержують. Найближчим до запропонованого, за хімічним складом, технічною суттю і результатом, що дося A (13) 37878 Недоліками цього чавун у для молольних тіл є низька дисперсність перліту в його стр уктурі, а також наявність у ній великої кількості ледебуритної евтектики, що кристалізується в ньому у вигляді грубого конгломерату фаз з масивними виділеннями цементиту, внаслідок чого він схильний до значного викришування на робочій поверхні молольних тіл, які експлуатуються в умовах ударноабразивного зносу. У зв'язку з наявністю в його структурі великої кількості неметалевих включень у вигляді карбонітридів і оксисудьфідів титан у на міждендритних межах, відлиті з нього молольні тіла мають низький рівень ударостійкості. В основу винаходу покладено задачу вдосконалення складу відомого чавуну для молольних тіл і, шляхом оптимальної зміни пропорції компонентів, що входять до нього, і які впливають на кількість і морфологію карбідної складової структури, а також ступінь дисперсності продуктів евтектоїдного перетворення аустеніту забезпечити під (11) Мас.% 3,1-3,5 1,2-1,4 1,1-1,5 1,1-1,3 0,1-0,4 решта UA Мас.% 2,8-3,7 0,3-0,7 0,3-0,7 0,005-0,01 0,001-0,08 0,005-0,02 0,01-0,05 решта Компоненти Вуглець Кремній Марганець Хром Титан Залізо Мас.% 2,3-3,0 0,7-1,1 0,6-1,0 0,2-0,8 0,8-1,1 0,04-0,08 решта (19) Компоненти Вуглець Кремній Марганець Кальцій Титан Бор РЗМ Залізо Компоненти Вуглець Кремній Марганець Хром Нікель Титан Залізо 37878 вищення ударостійкості молольних тіл без зниження рівня їх зносостійкості. Поставлена задача вирішується тим, що чавун для молольних тіл, який містить вуглець, кремній, марганець, хром, титан і залізо, згідно з винаходом, додатково містить нікель при такій їх пропорції, мас.%: Компоненти Вуглець Кремній Марганець Хром Титан Нікель Залізо знижується ступінь евтектичності чавуну, що призводить до погіршення його ливарних властивостей і підвищенню схильності до утворення гарячих тріщин. Марганець кількістю 0,6-1,1% забезпечує підвищення ступеню дисперсності продуктів евтектоїдного перетворення аустеніту. При вмісті марганцю менш ніж 0,6% його вплив на структуру металевої матриці незначний і перліт характеризується значною розрідженістю, що є причиною зниження рівня твердості. При вмісті його більш ніж 2,0% вплив його на ступінь дисперсності перліту знижується, збільшується його карбідизуючий вплив і значно зростає транскристалічність макроструктури молольних тіл. Вміст хрому в межах 0,2-0,8% забезпечує одержання безграфітної структури і вирівнювання рівня твердості по всьому перетину відливка. При вмісті його менш ніж 0,2% у структурі з'являються графітні включення, що призводить до зниження зносостійкості. При вмісті хрому більш ніж 0,8% збільшується товщина карбідної сітки, евтектика кристалізується з більшим розділенням фаз, що призводить до зниження ударостійкості. Титан обсягом 0,04-0,08% сприятливо впливає на макроструктур у відливка, подрібнюючи його зерно, значно звужуючи зону стовпчастих кристалів, що забезпечує підвищення ударостійкості. При вмісті титану менш ніж 0,04% такий його вплив на структур у виявляється незначно. Оскільки титан має високу хімічну схожість з азотом, вуглецем, киснем і сіркою, то при вмісті його більш ніж 0,08% у чавуні утворюється велика кількість неметалевих включень у вигляді карбідів, нітридів і оксисульфідів титану, які розташовуються на межах дендритів аустеніту і евтектичних колоній, що призводить до зниження ударостійкості. Нікель обсягом 0,8-1,1% так само, як і марганець, збільшує ступінь дисперсності перліту. При вмісті нікелю більш ніж 1,1% у структурі з'являється вільний графіт, який понижує твердість (зносостійкість) чавуну. При вмісті нікелю менш ніж 0,8% його вплив на структуру не виявляється. Із запропонованого чавуну на КДГМК "Криворіжсталь" було зроблено серію плавок і заливок молольних куль діаметром 100 мм. Запропонований чавун для молольних тіл, що містить вуглець, кремній, марганець, хром, нікель, титан, залізо, згідно з винаходом, а також вказані компоненти в такій пропорції (у мас.%): Мас.% 2,3-3,0 0,7-1,1 0,6-1,0 0,2-0,8 0,04-0,08 0,8-1,1 решта При створенні винаходу були використані такі теоретичні та експериментальні дані, які свідчать про те, що зі зниженням вмісту вуглецю і хрому в білих чавунах знижується частка крихкої карбідної структурної складової (цементиту), а міцність і пластичність підвищується (Гиршович Н.Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках. М.-Л.: Машиностроение, 1966ю - С. 324). Ще значніше пластичність і міцність білих чавунів підвищуються при зниженні вуглецевого еквіваленту за рахунок одночасного зменшення вмісту вуглецю і кремнію, оскільки при цьому змінюється будова карбідоаустенітної евтектики від грубого конгломерату фаз до ледебуриту сотової побудови і пластинчатого ледебуриту (Бунин Л.П., Малиночка Я.Н., Таран Ю.Н. Основы металлографии чугуна. - М.: Металлургия. 1969. - С. 181-185). Для компенсації зниження твердості при зменшеному вмістові хрому, до чавуну запропонованого складу введено нікель, який разом з марганцем підвищує ступінь дисперсності перліту, частка котрого зі зменшенням вуглецевого еквіваленту зростає. Дослідження авторів також показали, що низька ударостійкість молольних тіл з відомого чавуну пов'язана із завищеним вмістом у ньому титану, котрий, маючи високу хімічну схожість з вуглецем, азотом, киснем і сіркою утворює велику кількість неметалевих включень у вигляді нітридів, карбонітридів і оксисульфідів титану, що розташовуються на межах дендритів аустеніту і евтектики. Відповідно до вищевикладеного, оптимізація складу відомого чавуну здійснювалася шляхом зменшення вуглецевого еквіваленту, концентрації хрому і титану. Граничні межі вмісту компонентів у чавуні заявленого складу є оптимальними і їх обгрунтовано експериментальними даними: При вмісті вуглецю більш ніж 3,0% збільшується кількість крихкого цементиту, що призводить до зниження ударостійкості виробів. При вмісті вуглецю менш ніж 2,3% знижується твердість (зносостійкість) чавуну і погіршуються його ливарні властивості. Кремній є основним регулятором відбілюваності чавуну і його вміст у межах 0,7-1,1% визначається необхідністю компенсації відбілювального впливу хрому і марганцю. При вмісті кремнію більш ніж 1,1% не забезпечується одержання безграфітної стр уктури і твердість (зносостійкість) чавун у знижується. При вмісті його менш ніж 0,7% Компоненти Вуглець Кремній Марганець Хром Титан Нікель Залізо Мас.% 2,3-3,0 0,7-1,1 0,6-1,0 0,2-0,8 0,04-0,08 0,8-1,1 решта можна одержати таким способом. Для порівняльного аналізу в індукційній печі ДСП-08 з кислою футерівкою виплавляли чавуни, використовуючи як ши хту ливарний чавун, сталевий обріз, металевий марганець, ферохром ФХ010А, металонікель. Феротитан ФТ35 і фероси 2 37878 ліцій ФС45 вводили до ковша при заповненні його металом на одну третину. Температуру перед заливанням заміряли термопарою занурення. Температура перебувала у межах 1300-1330°С. Відбіл визначали за клиновою пробою. Глибина відбілу мала 30-50 мм і перехідної зони - 1025 мм. Залиті кулі вибивали через 10-15 хвилин після заливання і відбивали від ливарно-живильної системи через 24 години після вибивання. Відлиті кулі випробовували на ударостійкість, ударну в'язкість і об'ємну твердість. Твердість визначали на діаметрально розрізаних кулях на глибині 3-5 мм (поверхня); 20-30 мм (1/2 радіуса); 45-50 мм (центр) методом Брінеля. Ударостійкість куль визначали на бойковому копрі з енергією удару 1250 Дж ТУ 14-2-809-88. Відповідно до цих те хнічних умов, кулі діаметром 100 мм з такого ж чавуну повинні витримати не менш ніж 40 ударів до руйнування. Усі кулі діаметром 100 мм із заявленого чавуну витримали 100 ударів, після чого випробування було припинено. Жодна з куль не розкололась, що свідчить про необхідність розроблення нових технічних умов для куль діаметром 100 мм. Через неможливість визначення ударостійкості було проведено випробування куль на ударну в'язкість, за якою можна опосередковано судити про їх ударостійкість. Випробування вели відповідно до ГОСТу 9454-78. Зразки для випробувань вирізали із центру кулі. Хімічний склад порівнювальних чавунів наведено у таблиці 1, а результати їх випробування - у таблиці 2. Як видно з даних, наведених у таблиці 2, чавун запропонованого складу переважає відомий чавун, щодо твердості, в 1,01-1,04 рази на поверхні, у 1,02-1,04 рази - на 1/2 радіуса і в 1,02-1,05 рази - у центрі, а щодо ударної в'язкості - в 1,9-2,0 рази. Як зазначалося вище, за ударною в'язкостю можна судити про ударостійкість, котра, відповідно, у 1,9-2,0 рази перевершує ударостійкість куль з відомого чавуну. Із запропонованого чавуну було відлито партію куль діаметром 100 мм обсягом 60 тонн, котра пройшла промислові випробування на НкГЗК КДГМК "Криворіжсталь". Після 527,0 годин роботи у барабанному млині на першій стадії подрібнення, де є максимальні ударні навантаження, розколювання куль заявленого складу чавун у не спостерігалося. Знос випробовуваних куль склало 0,834 кг/тонну руди, що на 0,491 кг/тонну руди менше від зносу серійних куль. Виробництво запропонованого чавуну для молольних тіл може бути освоєно промисловим способом на ливарному виробництві будь-якого металургійного чи машинобудівного заводу, наприклад, КДГМК "Криворіжсталь", оскільки компоненти, що входять до його складу, не є гостродефіцитними і дорогими. Таблиця 1 Вміст компонентів, мас.% вуглець кремній марганець хром нікель 1* 3,3 1,3 1,3 1,2 — 2 2,2 0,6 0,5 0,1 0,7 3** 2,3 0,7 0,6 0,2 0,8 4** 2,65 0,9 0,8 0,5 0,95 5х** 3,0 1,1 1,0 0,8 1,1 6 3,1 1,2 1,1 0,9 1,2 * відомий чавун (А.С. СССР № 496320, С22С 37/00, Бюл. 47, 1975) ** чавун пропонованого складу Чавун титан 0,7 0,03 0,04 0,06 0,08 0,09 залізо решта решта решта решта решта решта Таблиця 2 Твердість, НВ Поверхня 1/2 радіуса 1* 465 459 2 462 459 3** 471 467 4** 475 471 5** 482 479 6 502 495 * відомий чавун (А.С. СССР № 496320, С22С 37/00, Бюл.47,1975) ** чавун пропонованого складу Чавун 3 Центр 453 455 464 468 475 489 Ударна в'язкість, Дж/см 2 1,0 1,9 1,9 1,9 2,0 1,3 37878 _____________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4