Чавун для молольних тіл

Чавун для молольних тіл, що містить вуглець, кремній, марганець, хром, нікель і залізо, який від різняється тим, що додатково містить титан і магній при такій пропорції компонентів (у мас.%): Винахід відноситься до металургії і ливарного виробництва, до дослідження високоміцних чавунів з кулевидним графітом для відливок, що працюють в умовах абразивного зносу і значних ударних навантажень, зокрема для крупних молольних тіл кульових млинів гірничорудної і цементної промисловостей (кулі діаметром 100-125 мм). Відомий високоміцний чавун з кулевидним графітом для відлиття молольних тіл (Поддубный А.Н. и др. Выбор состава высокопрочного чугуна для получения мелющих шаров прокаткой и литьем в кокиль: Литейное производство. 1997. № 5, с. 22) такого хімічного складу, мас.%: Литейное производство. 1970. № 7, с. 32) такого хімічного складу, маса%: Чавун може мати як домішки до 0,07% фосфору і до 0,01% сірки. Недоліками відомого чавуну є недостатній рівень твердості (180-300 НВ) через наявність в його структурі великої кількості фериту, що зумовлює при використанні його для відлиття молольних тіл їх низьку стійкість при експлуатації в умовах ударно-абразивного зносу. Найближчим до цього чавуну за хімічним складом, технічною суттю і результатом, що досягається, є чавун для молольних тіл (Улитенко П.И., Щербина Н.А. Шары для размольных мельниц: A (13) 37761 Чавун може мати як домішки до 0,25% фосфору і до 0,10% сірки. Недоліком цього чавун у є значне пониження твердості по перетину відливка молольного тіла та низький рівень ударної в'язкості, що знижує його стійкість в умовах ударних навантажень. Необхідний рівень зносостійкості відлитих з нього молольних тіл забезпечується тільки після подвійної термічної обробки (гартування у маслі при 900°С і відпускання при 200-220°С), що ускладнює технологічний процес їх одержання і підвищує вартість. У зв'язку з низьким рівнем евтектичності він схильний до утворення дефектів у вигляді усадочної крихкості, що знижує ви хід придатного литва. В основу винаходу покладено задачу вдосконалення складу відомого чавуну для молольних тіл і, шляхом оптимальної зміни пропорції компонентів, що входять до нього, забезпечити зниження спаду твердості по перетину відливки молольного тіла і підвищення стійкості до багаторазових ударних навантажень при збереженні високої зносостійкості у виливаному стані. Поставлена задача вирішується тим, що чавун для молольних тіл, який містить вуглець, кремній, марганець, хром, нікель і залізо, згідно з винахо (11) 2,6-3,0 1,7-2,0 2,4-3,0 0,4-0,5 0,6-0,85 решта. UA 3,5-3,8 2,4-3,0 0,3-0,5 0,2-0,4 0,1-0,2 0,05-0,1 0,04-0,06 решта. вуглець кремній марганець хром нікель залізо 2,7-3,3 1,5-2,3 0,6-0,8 0,12-0,18 0,9-1,5 0,01-0,03 0,03-0,05 решта. (19) вуглець кремній марганець хром молібден алюміній магній залізо вуглець кремній марганець хром нікель титан магній залізо 37761 дом, додатково містить титан і магній, а компоненти, які входять до його складу, взято у такій пропорції (в мас.%): вуглець кремній марганець хром нікель титан магній залізо вмісті кремнію менш ніж 1,5% кулевидний графіт не утворюється. Погіршуються ливарні властивості чавун у. Марганець кількістю 0,6-0,8% сприяє підвищенню ступеню дисперсності перліту. При вмісті марганцю більш ніж 0,8% посилюється його карбідизуючий вплив, що сприяє збільшенню транскристалічності молольних тіл, яка знижує їх ударостійкість. При вмісті марганцю менш ніж 0,6% знижується ступінь дисперсності перліту, що сприяє зниженню твердості (зносостійкості) молольних тіл. Вміст хрому в межах 0,12-0,18% є оптимальним для усунення його шкідливого впливу і часткової компенсації графітизуючоі дії нікелю. При вмісті хрому більш ніж 0,18% збільшується кількість крихкого карбіду (FеСг)зС і обширність перехідної зони, що знижує ударо- та зносостійкість чавун у. При вмісті хрому менш ніж 0,12% можливе виділення пластинчатого графіту. Нікель обсягом 0,9-1,5% так само, як і марганець, збільшує ступінь дисперсності перліту. При вмісті нікелю більш ніж 1,5% у чавуні виділяється пластинчатий графіт, який понижує твердість виробів. При вмісті нікелю менш ніж 0,9% ступінь дисперсності перліту не змінюється. Вміст титану обсягом 0,01-0,03% є оптимальним для подрібнення зерна і звуження зони стовпчатих кристалів, що забезпечує підвищення ударостійкості. При вмісті титану менш ніж 0,01% такого його впливу на структур у не виявляється. Оскільки титан має високу хімічну схожість з азотом, вуглецем, киснем і сіркою, то при вмісті його більш ніж 0,03% 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. Магній обсягом 0,03-0,05% забезпечує утворення в структурі чавун у кулевидного графіту, що сприяє підвищенню ударостійкості молольних тіл. Магній має високу схожість з сіркою і при його вмісті менш ніж 0,03% увесь зв'язується у сульфіди і не діє як модифікатор. При вмісті магнію більш ніж 0,05% відбувається ефект перемодифікування, коли кулевидний графіт також не утворюється. При виробництві молольних тіл із такого чавуну необхідно витримувати вміст шкідливих домішок сірки і фосфору на мінімальному рівні. Оскільки фосфор сприяє зкрихчуванню чавуну, а сірка, при її залишковому вмісті більш ніж 0,02%, унеможливлює ефект модифікування чавун у магнієм. Із такого чавуну на ВАТ Дніпропетровський завод прокатних валків (ДЗПВ) було зроблено серію плавок і заливок молольних куль діаметром 100 мм. Відлиті кулі випробовували на ударостійкість, ударну в'язкість і об'ємну твердість. Чавун для молольних тіл, що містить вуглець, кремній, марганець, хром, нікель, титан, магній та залізо, згідно з винаходом, а також вказані компоненти в такій пропорції, ( у мас.%): 2,7-3,3 1,5-2,3 0,6-0,8 0,12-0,18 0,9-1,5 0,01-0,03 0,003-0,05 решта. При створенні винаходу було використано такі теоретичні та експериментальні дані. Основною вимогою до крупних молольних тіл є їх висока стійкість до багаторазових ударних навантажень. Одним із способів поліпшення цього показника є зниження концентрації вуглецю, оскільки він при підвищеному вмісті утворює крихкі карбіди заліза типу FeзС, що знижують ударостійкість чавуну (Несвижский О.А. Производство мелющих тел шаровых мельниц. - М: Машгиз, 1961, -С. 117, 118, 120). Подібно до вуглецю діє хром. Крім того, він сприяє утворенню значної перехідної зони у відбілених чавунах (Кривошеев А.Е. Литые валки. - М: Металлургиздат, 1957, -С. 101). Кремній при підвищеному вмісті в чавуні сприяє виділенню графіту пластинчатої форми. Окрім того, підвищена концентрація кремнію сприяє виділенню фериту, що понижує твердість чавунів. Однак вміст кремнію має бути достатнім для утворення графіту кулевидноі форми. Для компенсації зниження твердості при зменшенні вмісту хрому в такому чавуні наявний марганець, який підвищує ступінь дисперсності перліту, що сприяє збільшенню твердості чавун у. Подібно до марганцю, на ступінь дисперсності перліту впливає нікель, проте, через графітизуючу дію, його вміст має бути обмеженим. Дослідження авторів також показали, що міцність чавуну можна підвищити, вводячи до його складу титан і магній. Титан благотворно впливає на структуру відливки, подрібнюючи її зерно і значно звужуючи зону стовпчастих кристалів. При цьому осередки ледебуритної. евтектики кристалізуються рівномірнішими за величиною, менш орієнтовані у напрямку тепловідведення при затвердінні, а тому порушується безперервність крихкої карбідної сітки. Це сприяє підвищенню в'язкості чавун у і знижує викришування карбідів при ударно-абризивному зносі молольних тіл у процесі експлуатації. Ма гній, при введенні до рідкого чавуну, працює як модифікатор, створюючи умови для сфероідизації. графіту. Відповідно до вищевикладеного, граничні межі вмісту компонентів у чавуні такого складу є оптимальними і їх обґрунтовано експериментальними даними. При вмісті вуглецю більш ніж 3,3% збільшується кількість крихкого цементиту, що призводить до зниження ударостійкості виробів. При вмісті вуглецю менш ніж 2,7% погіршуються ливарні властивості чавун у, знижується його твердість (зносостійкість). При вмісті кремнію більш ніж 2,3% у чавуні виділяється пластинчатий графіт і ферит, які знижують твердість (зносостійкість) молольних тіл. При вуглець кремній марганець хром нікель 2 2,7-3,3 1,5-2,3 0,6-0,8 0,12-0,18 0,9-1,5 37761 титан магній залізо 0,01-0,03 0,03-0,05 решта. дна 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 ударостійкість кулі. Випробування вели відповідно до ГОСТу 9454-78. Зразки для випробувань вирізали із центру кулі. Хімічний склад порівнювальних чавунів наведено у табл. 1, а результати їх випробування - у табл. 2. Як видно з даних, наведених у табл. 2, чавун такого складу має переваги перед відомим чавуном щодо твердості в 1,05-1,11 рази на поверхні, у 1,05-1,11 рази на 1/2 радіуса і в 1,06-1,11 рази - у центрі, а щодо ударної в'язкості - в 1,6-1,8 рази. Як зазначалося вище, по ударній в'язкості можна судити про ударостійкість, котра відповідно у 1,6-1,8 рази перевершує ударостійкість куль з відомого чавун у. Із запропонованого чавуну було відлито партію куль діаметром 100 мм обсягом 60 тонн, котра пройшла промислові випробування на НкГЗК КДГМК "Криворіжсталь". Після 504,0 годин роботи у барабанному млині на першій стадії подрібнення, де є максимальні ударні навантаження, розколювання куль чавуну такого складу не спостерігалося. Знос випробовуваних куль склало 0,673 кг/тонну руди, що на 0,652 кг/тонну руди менше від зносу серійних куль. Виробництво пропонованого чавуну для молольних тіл може бути освоєно промисловим способом на ливарному виробництві будь-якого металургійного чи машинобудівного заводу, наприклад, ВАТ ДЗПВ, оскільки компоненти, що входять до його складу, не є гостродефіцитними і дорогими. можна одержати таким способом. Для порівняльного аналізу в індукційній печі ІЧТ-6 з кислою футеровкою виплавляли чавун, використовуючи як ши хту переробний чавун, сталевий брухт, феромарганець, феросиліцій, ферохром, феронікель. Залізо- кремне-магнієву лігатуру клали на дно ковша перед заливанням. Феротитан уводили до ковша при заповненні його металом на одну третину. Перед мидифікуванням до ковша додавали силікокальцій. Температуру металу в печі перед випуском і в ковші після модифікування заміряли термопарою занурення. У печі температура перебувала у межах 1480-1510°С; у ковші - 1310-1340°С. Відбіл визначали за клиновою пробою. Глибина відбілу до модифікування перебувала в межах 20-40 мм, глибина перехідної зони - 10-20 мм. Після модифікування був наявний наскрізний відбіл. Залиті кулі вибивали через 10-15 хвилин після заливання і відбивали від ливарно-живильноі системи через 24 години після вибивання. 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 технічних умов, кулі діаметром 100 мм з такого ж чавуну повинні витримати не менше ніж 40 ударів до руйнування. Усі кулі діаметром 100 мм із такого чавуну витримали 150 ударів, після чого випробування було припинено. Жо Таблиця 1 Чавун вуглець 3,3 2,2 2,3 2,65 3,0 3,1 1х 2 3хх 4xx 5xx 6 х кремній 1,3 0,6 0,7 0,9 1,1 1,2 Вміст компонентів, мас.% марганець хром нікель 1,3 1,2 — 0,5 0,1 0,7 0,6 0,2 0,8 0,8 0,5 0,95 1,0 0,8 1,1 1,1 0,9 1,2 титан 0,7 0,03 0,04 0,06 0,08 0,09 залізо решта решта решта решта решта решта відомий чавун (А.С. СССР № 496320, С22С 37/00, Бюл. 47, 1975) чавун пропонованого складу хх Таблиця 2 Чавун 1х 2 3хх 4хх 5хх 6 х Поверхня 465 462 471 475 482 502 Твердість, НВ 1/2 радіуса 459 459 467 471 479 495 відомий чавун (А.С. СССР № 496320, С22С 37/00, Бюл. 47, 1975) чавун пропонованого складу хх 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 37761 __________________________________________________________ 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. 4 37761 (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5