Чугун

 

ЧУГУН, содержаний углерод, кремний, марганец, хром, никель, кальций, магний, редкоземельные металлы , медь и железо, отличающийся тем, что, с целью повьЕления прочности и твердости в литом состоянии в отливках с толщиной стенки от 150 до 300 мм, он дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод 3,3-3.,6 Кремний 2,0-2,8 1,2-1,5 Марганец Хром 0,05-0,2 Никель 0,8-1,5 Кальций 0,01-0,05 Магний 0,04-0,07 Редкоземель0 ,01-0,05 ные металлы 1,1-1,5 Медь Ванадий 0,2-0,4 Железо Остальное

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

О Э».

РЕСПУБЛИК (1Ю (и)

3,,Д„„С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н втоескомм свидетельств .(21) 3420093/22-02 (22) 07.04.82 (46) 07.07.83. Бюл. 9 25 (72). С.Н.Леках, М.М.Бондарев, Н.И.Бестужев, P.В.Благовещенский и Г.И.Татур (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (53) 669.15-196(088.8) (56) . 1.Авторское свидетельство СССР

9 598953, кл. С 22 С 37/10,1978.

2. Авторское свидетельство СССР

9 550453, кл. С 22 С 37/10, 1977. (54)(57) ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, кальций, магний, редкоземельные металлы, медь и железо, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повыаения прочности и твердости в литом состоянии в отливках с толщиной стен-. ки от 150 до 300 мм, он дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 3,3-3,6

Кремний

Марганец 1,2-1,5

Хром . 0,05-0,2

Никель 0,8-1,5

Кальций " 0,01-0,05

Магний 0,04-0,07

Редкоземельные металлы . 0,01-0,05

Медь 1,1-1,5

Ванадий 0,2-0,4,, Pg

Железо Остальное

1027266

30

Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию составов чугунов, обладающих повышенной прочностью и твердостью в литом ,состоянии.

Известен чугун (1 ), содержащий 5 компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Углерод 2,92-3,48

Кремний 1,67-2,25

Никель 0 59-1 10

Марганец 0,35-0,86

Магний 0,036,0,052

Кальций 0,025-0,03

Редкоземельные металлы 15 РЗМ) 0i03-0,10

Алюминий 0,058-0,092

Олово 0,011-0,057

Железо . Остальное, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является чугун, содержащий компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Углерод 2,6-4,5

Кремний 1,0-.4,0

Марганец 0,1-1.,2

Хром 0 01"0 5

Никель 0,01-1,0

Медь 0i01-1,0

Магний 0,015-0,1

Кальций 0,015-0,06

РЗМ 0,005-0,15

Алюминий 0,005-0,4

Железо Остальное

В качестве примесей чугун может содержать серу в количестве до

0,03 мас. %, фосфор до 0,2 мас.%.

Данный сплав за счет содержания в нем сильных перлитизирующих элементов (медь, марганец и никель) 40 в укаэанных пределах обеспечивает получение высокой прочности в отливках .при толщине стенки до 100 мм (23.

При больших толщинах стенок отливки прочность и твердость чугуна указанного состава резко снижаются, что приводит к браку отливок по ме- " ханическим свойствам.

Целью изобретения является повышение прочности и-твердости в литом состоянии в отливках с толщиной стен-50 ки от 150 до 300 мч.

Указанная цель достигается тем,что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, кальций, магний, РЭМ, медь и железо дополнительно содержит ванадий, при следующем соотношении компонентов, мас,%:

Углерод 3,3-3,6

Кремний 2,0-2,8

Марганец 1,2-1,5 60

Хром 0,05-0,2

Никель 0,8-1,5

Кальций 0,01.-0,05

Магний 0,04-0,07

РЗМ 0,01-0,05 б5

Медь 1,1-1 5

Ванадий 0,2-0,4

Железо Остальное

В качестве примесей чугун может содержать фосфор до 0,1 мас.% и серу до 0,04 мас.%.

Углерод в пределах 3,3-3,6 мас..% обеспечивает хорошие литейные и механические свойства. Нижний предел углерода 3,3 мас.% обуславливается необходимостью исключения структурносвободных карбидов в сплав. Увеличение концентрации углерода выше

3,6 мас.% ухудшает форму включений графита.

Концентрация кремния (2,0

2,8 мас.%) обеспечивает получение наилучшего сочетания пластических и прочностных свойств чугуна, а также высокой твердости при толстостенном литье.

Нижний предел по кремнию(2,0 мас.%). установлен исходя из требования исключения отбела в отливках. Верхний предел (2,8 мас.%) установлен исходя из требования получения перлитной металлической матрицы.

Для получения высокой прочности сплава (полная перлитизация матрицы ) при условии исключения появления структурно-свободного цементита содержание марганца в нем составляет от 1,2 до 1,5 мас.%. Нижний предел (1,2 Mac.% ) содержания марганца обуславливается необходимостью получения высокой прочности при толстостенном литье. Верхний предел (1,5 мас.% ) ограничеи возрастанием скдонности чугуна к отбелу и резкому снижению пластичности.

Хром способствует дополнительной перлитизации структуры. С целью исключения появления .структурно-свободного цементита концентрации такого сильного карбидо-образующего элемента, каким является хром, установлена в пределах от 0,05 до 0,2 мас.%.

Для получения высокой прочности и твердости высокопрочного чугуна в сочетании с удовлетворительной пластичностью при толстостенном литье концентрации легирующих элементов меди и никеля выбирают в пределах 1,0-1,5 и 0,8-1,5 мас.% соответственно. Медь и никель являются сильными перлитизирующими элементами, при этом они не повышают склонность к кристаллизации сплава по метастабильной диаграмме. Нижние пределы (1,0 и 0,8 мас.% соответственно) выбраны исходя из требования получения полностью церлитной металлической матрицы, верхний предел (1,5 мас.%) - исходя из того, что при этих концентраЦиях никеля и меди достигаются наилучшие механические свойства, дальнейшее увеличение

1027266 содержания этих элементов неэффективно и ухудшает экономичность сплава.

Содержание кальция (0,01— .0,05 мас.%) в сплаве способствует улучшению формы шаровидного графита и повышению степени чистоты расплава по примесям.

Иагний в приведенных концентрациях обеспечивает получение шаровид ного графита и высоких механических. свойств. При содержании магния ме- 10 нее 0,04 мас.Ъ в структуре чугуна наблюдаются включения пластинчатого и вермнеулярного графита даже в низкосернистом чугуне (сера да.0,02 мас.%).

Ввод магния более 0,07 мас.В нерацио- )$ нален, так как ухудшается форма гра-. фита, возрастает склонность к отбелу (эффект перемодифицирования), увеличивается расход модификатора.

Введение в состав сплава РЗИ . 2О в количестве 0,01-0,05 мас.% способствует получению правильной шаровидной форма графита. . Вводимый в высокопрочный чугун с целью повышения прочности и твер дости ванадий в пределах 0,2 -

0,4 мас.Ъ.оказывает сильное перлитиэирующее воздействие на структуру чугуна (за счет стабилизации цементита перлита ) и способствует увеличенйв дисперсности этой структурной составлякщей. Нижний предел (0,2 мас.Ф) выбирается исходя из необходимости получения сколько-нибудь ощутимого эффекта перлитизации, верхний проел .(0,4 мас..В) — исходя З5 из требования исключения возможности появления структурно-свободного цементита и из экономических соображений.

Концентрации вредных примесей 40 в количествах серы до 0,04 и фосФора-до 0,1 мас.В установлены исходя из необходимости обеспечения шаровидной формы графита и получения высоких механических свойств чугуна при толс-45 тостенном литье.

Структура. предлагаемого чугуна имеет перлитную металлическую матрицу и шаровидные правильные включения графита.

П р и и е-:p. Сравнительные испытания механических свойств предлагаемого и известного сплавов в литом состоянии цроводились.при нижнем, среднем и верхнем пределах концентрации ингредиентов при толщинах стенки отливок от 150 до 300 мм. Плавки проводились в 50 .кг индукционной печи с кислой футеровкой. Сплав после расплавления перегревался до

1420-1440 С. В качестве шихтовых ма.териалов применялись литейный чугун ЛКЗ, стальной лом, медь, -никель, феррованадий, ферроцерий и лигатура ЖКИК-1.

Технология получения высокопроч ного чугуна для проведения сравнительных испытаний включала доводку чугуна по химическому составу в печи соответствующими ферросплавами после его перегрева.

Расход феррованадия (35 мас.В ванадия, остальное - железо) для получения граничных пределов его концентрации в чугуне составлял 0,61,2 кг соответственно.

Присадку Hg Св и Са-(в виде лигатур осуществляли на дно разливочного ковша перед его заполнением чугуном.

Отливали плиты толщиной 150, 200 и 300 мм. Для сравнения свойств отливки с такими толщинами были изготовлены из чугуна известного состава. Хиьщческий состав и структура чугунов представлены в табл. 1. . Иеханические свойства чугунов представлены в табл. 2. г

Как следует из табл., 2, чугун предложенного состава обеспечивает повышение предела прочности при растяжении и твердости и стабилиэирует их в сечениях отливок толщиной 150-300 айте

Экономический эффект от внедрения чугуна предложенного состава для изготовления литых бандажированных валков составит 48 тыс. руб. в год.

5 и о

3 3

333

I

1 ц 3

0 х

5 о о р 3

) ,ttI- I

1

3

I

1

f4 с

Г Ъ с о

Сс3 с

Ю Ф с о

1Л

РЪ

Ю с о

tfl

СЧ ,Ю с о -! о с о

Ю с о

Ю

СЧ

Ю с о

Ю с

LA

Ю с ь cI

Ю с

lA

Сс3 с

СО с

0 ) с

C) tA 1 с

C) Ю

ГЧ с

Ю е

Ю с о

1О с о

СЧ с!

CO с

СЧ о с (Ч

tA с

Р ) Ig х х

Ц

Ig

g х

И ж х

I ф

t 1

I t

1

1

Э 1

I tt

I

3.3

1 1

1 С

3!

I

1 ! в 1

3 — л

1 !

1

Ф t

Π— 1

dP

0

tI3 l m t

Е I It

1 — 3 с

333

0 I

3 1

Х 1 Ot t

Э!К

Х 1

I

0 1

Х 1 э

1 О

Э I

Х 3 — 1

Х I

Э 1 ю

И 1 а 1 -.=

Э 3 — -ю

Ц t

01 и

I o

l !

I t !

I 1

1 с в

1L- I

3 — -ч

t и !.Ф

t

1 О 1

М !

Й I х

Э Я

М 0 а3

Э Х

Ц Э

0 Х

0 Ц

3;а

Э It

Ц и э х а

10272бб

Ю

<с3 с1 о о с с о о о о о о

tA о с о

I о с о

I

tll с н

LA с -4 !

СЧ с ь

1 г с 1

Р1

1

1, f

Я ж х

Х а

Э 1

fQ 1

I . l

1

I ,1

1

I

I

1

1027266

Т а б л и ц а 2

ФФВ 3ь %

i m»i e

Механические свойства

Чугун

При д = 150.- мч При d = 200 мм

L "- 1

6, H/a at н/мм

НВ

ИзСредний 510-540 ный

482-500 190-202

195-206 490-510 190-200 ю

195

500, 196

200

525

240-248 640-689

232-240

240-248 690-720

Нижний 690-740

244

661

236

715

Средний 724-738

731

235-250 . 720-740

242-250

242

735

730

246

250

Ъ

240-245 . 730-738 240-245

242-246 33-756

Верхний 740-751

734

744

244

242

П р и м е ч а н и е. В числителе приведены наибольшие.и наименьаие значения механических свойств в отливках, в знаменателе— средние значения исполнения проводились по трем образцам

Составитель Н.Косторной

Техред С.Мигунова Корректор О.Вилак

Редактор В.Данко

Заказ 4678/31 Тираж 627

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35„ Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Й

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Пред лагаемый

Предел содержа ния ин греднен-! тон

244 700 . 244-256 720-740

При д"= 300 Мм

HB