Зносостійкий чавун з підвищеною оброблюваністю різанням лезовим інструментом

Реферат: Винахід належить до металургії і стосується зносостійкого чавуну для зносостійких деталей пульпо перекачувальних насосів. Чавун містить, мас. %: вуглець - 3,0-3,5, хром - 17,0-19,0, марганець - 1,5-2,3, нікель - 0,8-1,3, кремній - 0,6-1,0, залізо - решта. Технічний результат: підвищена оброблюваність різанням лезовим інструментом та збереження зносостійкості. UA 113363 C2 (12) UA 113363 C2 UA 113363 C2 5 10 15 20 25 30 35 Винахід належить до металургії і може бути використаний для виробництва виливок для зносостійких деталей пульпоперекачувальних насосів. Відомий зносостійкий чавун [1], що містить компоненти при такому співвідношенні, мас. %: вуглець 2,0-2,45 хром 12,0-16,5 марганець 2,5-4,5 кремній 1,25-1,8 ванадій 0,5-2,0 0,005кальцій 0,015 залізо та домішки решта. Недоліком цього чавуну є низька оброблюваність різанням лезовим інструментом, яка обумовлена великою кількістю марганцю, що утворює аустеніт, схильний до наклепу та присутністю ванадію, який утворює карбіди з великою твердістю, а також наявністю кремнію в кількості, яка значно зміцнює твердий розчин заліза (матрицю), що в сукупності призводить до неможливості виробництва виливок з великим обсягом механічної обробки. Найбільш близьким аналогом за сукупністю ознак, що прийнято за прототип [2], є чавун, що містить компоненти, мас. %: вуглець 2,0-4,0 кремній 0,5-1,5 марганець 0,5-2,0 хром 10,0-20,0 мідь 0,5-2,5 ванадій 0,3-1,0 бор 0,05-0,1 молібден 0,5-3,5 цирконій 0,05-0,1 залізо решта. Недоліком є наявність молібдену та ванадію, які утворюють карбіди з високою твердістю, а також присутність міді, бору та цирконію, які сприяють утворенню великої кількості аустеніту та мартенситу, що в сукупності значно погіршує оброблюваність чавуну різанням лезовим інструментом. В основу винаходу поставлена задача одержання складу чавуну, в якому введення нового компонента та вагове співвідношення інших компонентів дозволяє одночасно забезпечити зносостійкість та підвищити оброблюваність різанням лезовим інструментом при економії більш дорогих компонентів. Для вирішенні поставленої задачі, в чавун, який містить вуглець, хром, марганець, кремній додатково вводиться нікель при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 3,0-3,5 хром 17,0-19,0 марганець 1,5-2,3 нікель 0,8-1,3 кремній 0,6-1,0 залізо та домішки решта. У даному складі на відміну від прототипу додатково введено нікель, який підвищує в'язкість руйнування, сприяє утворенню аустеніту не схильного до утворення наклепу, зміцнює матрицю, яка утримує карбіди. Це забезпечує збереження зносостійкості (твердість чавуну більша за 47 HRC) та покращує оброблюваність різанням лезовим інструментом (знос різцю менше 15 мкм/м) і як наслідок у новому складі виключено мідь, ванадій, бор, молібден, цирконій. Вуглець разом з залізом утворює карбіди (цементит), а також евтектику (ледебурит), особливістю цих компонентів структури є те, що вони утворюють суцільну сітку, яка підвищує зносостійкість та значно погіршує оброблюваність чавуну різанням лезовим інструментом. Зниження вмісту вуглецю менше 3,0 % зменшує кількість карбідів та твердість чавуну, які забезпечують зносостійкі властивості, і відповідно зносостійкість чавуну погіршується. Збільшення вмісту вуглецю понад 3,5 % призводить до утворення великих заевтектичних карбідів, які знижують зносостійкість та погіршують оброблюваність різанням. Хром утворює карбіди, які мають більшу твердість, ніж карбіди заліза. Хром зміцнює твердий розчин заліза, який утримує карбіди. Особливістю карбідів хрому є те, що карбідна евтектика не утворює суцільну сітку, на відміну від карбідів заліза. Зниження вмісту хрому менше 17,0 % зменшує кількість карбідної евтектики, яка руйнує сітку цементиту, і відповідно не 1 UA 113363 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 забезпечує покращення оброблюваності. Збільшення вмісту хрому понад 19 % викликає утворення великої кількості твердих карбідів хрому, які погіршують оброблюваність. Марганець сприяє отриманню гартівних структур, а у великих кількостях утворенню стійкого аустеніту, схильного до утворення мартенситу деформації і наклепу, які підвищують твердість та погіршують оброблюваність. Зниження вмісту марганцю менше 1,5 % значно погіршує зносостійкі властивості чавуну, за рахунок зниження твердості матриці, яка утримує карбіди. Підвищення його вмісту понад 2,3 % викликає утворення наклепу, що погіршує оброблюваність. Нікель підвищує в'язкість руйнування, сприяє утворенню аустеніту не схильного до утворення наклепу, зміцнює твердий розчин заліза, який утримує карбіди. Зниження вмісту нікелю менше 0,8 % значно погіршує зносостійкі властивості чавуну, за рахунок зниження твердості матриці. Підвищення його вмісту понад 1,3 % погіршує оброблюваність, за рахунок значного твердорозчинного зміцнення матриці. Кремній зміцнює твердий розчин заліза, який утримує карбіди, при цьому значно знижує в'язкість руйнування (збільшує крихкість). Зниження вмісту кремнію менше 0,6 % значно погіршує зносостійкі властивості чавуну, за рахунок зниження твердості матриці. Підвищення його змісту понад 1,0 % погіршує оброблюваність, за рахунок значного твердорозчинного зміцнення. Таким чином, нові ознаки при взаємодії з відомими ознаками забезпечують виявлення нових технічних властивостей шляхом введення додаткового компонента - нікелю - розроблено склад зносостійкого чавуну з підвищеною оброблюваністю різанням лезовим інструментом. Це забезпечує усій заявленій сукупності ознак відповідність критерію "Новизна" та приводить до нових технічних результатів. Аналоги, які містять ознаки, що відрізняються від прототипу, не знайдені, рішення явним чином не випливає з рівня техніки. Виходячи з вищевикладеного можна зробити висновок, що запропоноване технічне рішення задовольняє критерію "Винахідницький рівень". Чавуни заявлених складів виплавлялись в умовах Запорізького національного технічного університету (ЗНТУ). Виплавку робили в печі ІСТ-006 з кислою кварцитовою футерівкою. Розливка здійснювалась при температурах 1390-1430 °C у попередньо просушені то прогріті до 150-180 °C піщаноглинисті форми. Відлиті зразки не піддавали термічній обробці. Твердість зразків даних складів і прототипу вимірювали на твердомірі Роквелла. Оцінювання обробки різанням визначали за розміром лінійного зносу різця на одиницю довжини різання. При обробці різанням використовували різці з пластинами 10×10 мм зі славу ВК8 за ГОСТ 19051-80. Зразки попередньо точили до діаметра 25 мм. Параметри обробки: глибина різання - 0,8 мм, подача 0,15 мм/об., частота обертання шпинделю - 200…630 об./хв. МОР не застосовували. Хімічний склад, твердість та знос різцю при обробці чавунів заявленого складу та прототипу приведені у таблиці 1. Із таблиці випливає, що зносостійкий чавун оптимального складу № 3 має кращу оброблюваність, яка за величиною зносу різця, значно перевищує відомий чавун [2]. Ефективність зносостійкого чавуна міститься в підвищенні оброблюваності різанням лезовим інструментом та в зниженні витрат виробництва, а також в економії дорогих легувальних елементів - міді, ванадію, молібдену, бору та цирконію. Таблиця 1 Хімічний склад та властивості заявленого та відомого чавунів № плавки С Прототип 2,7 1 2,9 2 3,0 3 3,1 4 3,5 5 3,6 45 Si 1,0 0,5 0,6 0,8 1,0 1,1 Μn 1,7 1,4 1,5 1,9 2,3 2,4 Компоненти, мас. % Cr Ni Cu V B Mo Zr 18,2 - 1,8 0,6 0,01 1,1 0,07 16,9 0,7 - 17,0 0,8 - 17,8 1,1 - 19,0 1,3 - 19,1 1,4 - Знос різцю, мкм/м Твердість, HRC 31,6 5,4 7,1 8,2 15,0 17,4 50,5 45,5 47,0 49,5 52,0 53,0 Виходячи з вищевикладеного можна зробити висновок, що технічне рішення, яке заявляється, задовольняє критерію "Промислове застосування". Джерела інформації: 2 UA 113363 C2 5 1. Пат. 39806 Україна, МПК С22С37/06. Зносостійкий чавун [Електронний ресур] /Чейлях О.П., Олійник І.М.; заявл.05.01.199; опубл. 15.06.2001. Режим доступу: http://base.uipv.org/searchINV/search.php?action=viewdetails&IdClaim=72692&chapter=description 2. Пат. 2124066 Росія, МПК6 C22C37/10. Чавун [Електронний ресур] /Мирзоян Г.С., Гималетдинов Р.Х., Кольев А.В., Семенов П.В., Тиняков В.Г., Капустина Л.С., Павлов СП., Цыбров СВ., Бурков В.Л., Мирзоян А.Г.; заявл.27.02.1998; опубл 27.12.1998 Режим доступу: http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 Зносостійкий чавун, який містить вуглець, хром, марганець, кремній, який відрізняється тим, що додатково містить нікель, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 3,0-3,5 хром 17,0-19,0 марганець 1,5-2,3 нікель 0,8-1,3 кремній 0,6-1,0 залізо решта. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3