Чугун

 

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром,никель, титан , ванеший, церий, кальций, азот ju железо, о т ли ч а ю щ и и с я тем, 4TOj с целью повышения термостойкости и Получения равномерной прочности в отливках с толишной стенки от 40 до 70 мм;он дополнительно содержит алюминий при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Углерод 3,0-1,6 Кремний . 2,4-2,8 0,82-1,5 Марганец Хром 0,1-0,4 Никель 0,05-0,4 Титан 0,03-0,1 0,32-0,50 Ванадий Церий 0,005-0,03 0,02-0,04 Кальций Азот 0,005-0,02 0,015-0,1 Алюминий Железо Остальное СО

(1И (1И

СОЮЗ ССВЕТСНИХ

СО,И ЛИ

РЕСПУБЛИН

3©ПС 22 с 37 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOhIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУД СтВЕННЫй КОМИтЕт ССС д (21) 3441453/22-02 (22) 04.06.82 (46) 07.07.83. Бюл. Р 25. (72) A.Ã.Ñëóöêèé, С..Н.Леках, В.A.Èàëüåâ, Е.И.Щйтов„ A.K.Êèñëÿêîâ, A.È.Âèíîêóðöåâ, A.Ì.Tàðàñeâè÷, Ю.П.Белий, В.П.Василенко, В.П.Дворяичиков, В.A.Ðîäèîíîâ и Г.Н.Баранчик (71) .Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (53) 669.15.018.2(088.8) (54)(57) ЧУГУН, содержавший углерод, кремний, марганец, хром, никель, ти. тан, ванадий, церий, кальций, азот и железо, о т л. и ч а ю шийся г тем, что, с-целью повышения термостойкости и получения равномерной прочности в отливках с толшиной стенки от 40 до 70 мм;он дополнительно содержит алюминий при следунщем со.отношении ингредиентов, мас.%s

Углерод 3,0-3.,6

Кремний .. 2,4-2,8

Иарганец 0,82-1,5

Хром 0,1-0,4

Никель 0,05-0,4

Титан " 0,03-0,1

Ванадий О,. 32-0, 5 0 церий 0,005-0 03

Кальций 0,02-0,04

Азот 0 005-0,02 Алюминий О 015-0,1 е

Железо Остальное

1027267

Изобретение относится к литейно- . му производству, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может быть использовано для получения отливок, работающих в условиях циклических температурных нагру- .зок, а также интенсивного износа (например тормозных барабанов большегрузных автомобилей).

Известен чугун для получения качественных отливок следующего химического .состава, вес.%:

Углерод 2,9-3,5

Кремний 1,7-2,7

Марганец 0,3-0,8

Хром 0 1-0,5

Никель 0,05-0,3

Ванадий 0,15-0,5

Азот 0,005-0,03

Церий 0,005-0,02

Алюминий 0,001-0,1

Железо Остальное

Данный чугун обладает следующими свойствами: предел прочности на изгиб 50-56 кг/мм, предел,прочностй на разрыв 26-29 кг/мм, твердость 210-235 НВ, отбел 3-6, износ 0,49-0,57 г.

Известен также чугун следующего химического состава, вес.Ъ:

Углерод 2,9-3,5

Кремний 1,8-2,6

Марганец 0,4-0,8

Хром 0,15-0,4

Никель 0,1-0,4

Ванадий 0,1-0,З

Алюминий 0 005-0,02

Церий 0,005-0,02

Медь 0,02-0,3 титан O,ОЗ-О, 1

Железо Остальное

Данный;чугун предназначен для получения качественных отливок и обладает следующими свойствами: предел прочности на изгиб .53-55 кг/мм ; предел прочности на разрыв 2627 кг/мм, твердость 239-243 НВ, износостойкость 0,59-0,65 г/1000 м„. коэффициент трения 0,33-0,38.

Наиболее близким к изобретению . по технической сущности к достигаемому эффекту является чугун, который содержит ингредиенты в следующем соотношении, вес.%:

Углерод 4, 9-3, 5

Кремний 1,7-2,5

Марганец. 0,3-0,8

Хром - 0,05-0,3

Никель 0,05-0,3

Титан О, 02-0,15

Ванадий 0,03-0,3

Церий 0,005- 0,03

Азот 0,005-0,02

Кальций 0 001-0,02

Железо Остальное

Чугун также содержит примеси серы до 0,08 и фосфора до 0,15 вес.Ъ

-Известный чугун имеет в своем . составе комплекса стабилизирующих элементов .(марганец, хром, ванадий, титан), что обеспечивает высокие прочностные характеристики в отливках с толщиной стенки до 30 мм.

В массивных сечениях с толщиной стенки от 40 до 70 мм при данном уровне содержания указанных элементов формируется неравномерная-струк10 тура. В условиях интенсивного износа, сопровождающегося .значительным циклическим нагревом чугуна до .

600-7000С„ неравномерность структуры„ а следовательно, и свойств чу-. гуна в различных сечениях снижает долговечность материала. При этом наряду с повышенным износом снижается и термостойкость чугуна.

Целью изобретения является повышение термостойкости и получения равномерной прочности в отливках с толщиной стенки от 40 до 20 мм.

Для достижения указанной цели в состав чугуна, содержащего углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан, ванадий, церий, кальций, азот и железо, дополнительно

f введен алюминий при,следующем соотношении ингредиентов, вес.%:

Углерод 3,0-3,6

Кремний .2,4-2.,8

Марганец 0,82-1,5

Хром 0 1-0,4

Никель 0,05-0,4

Титан 0,03-0,1

35 Ванадий 0,32-0,5

Церий 0,005-0,03

Кальций 0i02-О,О4

Азот 0,005-0,02

Алюминий 0,015-0,1

40 Железо Остальное

В качестве примесей чугун содержит серу до 0,08 и фосфор до

0,1 вес.Э.

Наличие в составе чугуна церия, 45 алюминия, кальция вследствие графитиэирующего действия тугоплавких нитридов и других .соединений позволяет измельчить эвтектическое зерно в разностенных отливках и тем саьым повысить механические свойства чугуна. Повышение концентрации ванадия, марганца в совокупности с

Хромом и титаном обеспечивает высокую дисперсность перлнта, обладающего меньшей склонностью к выкрашиванию

s процессе сухого трения скольжения.

Кроме тогО,. повышается стабильность перлита при высоких температурах, что в свою очередь увеличивает не только износостойкость, но и термо60 .стойкость отливок в процессе эксплуатации. Наличие в чугуне азота в присутствии ванадия оказывает бла.гоприятное влияние на структуру и свойства чугуна.,Никель и титан обеспечивают получение равномерной проч65

1027267 ноети отливок с толщиной стенки от

40 до 70 мм.

Пример. Для получения чугуна. были выплавлены 3 состава предлагаемого чугуна на нижнем, среднем и верхнем пределах содержания ингреди ентов. Для сравнительных испытаний был использован известный чугун, содержащий ингредиенты на среднем пределе. Плавки проводили в индукционной печи с кислой футеровкой. . 10

В качестве шихтовых материалов использовались литейный чугун ЛКЗ, стальной,лом, ферросплавы кремния, марганца, никеля, титана, ванадия, лигатуры, содержащие церий, кальций, алюминий, а также азотированный .марганец. Шихту загружали в печь,рас-; плав перегревали до 1480ОС и перед разливкой вводили церий, кальций, алюминий.:Чугун заливали в разовые песчаные формы. Из образцов с диаметром 50 мм вырезались кольца для испытаний на термостойкость, которая оценивалась по количеству циклов до.образования первой трещины.при нагреве в свинцовой ванне до 650 С и охлаждений в проточной воде до 150 С. Испытание на износ прово:дили на машине трения NTZ в условиях сухого трения скольжения при удельной нагрузке 16 кг/см и скорос-M

:; ти скольжения 1,2 м/с. Свойства чугуна (д, НВ ) в отливках определяли по стандартныМ методикам на образцах, вырезанных иэ ступенчатой плиты с толщиной стенки .40,50 и 35

70 мм.

-.Химический состав чугунов приведен. В табл. 1 ° !

Свойства чугунов прнведены,в табл. 2. 40

Как .видно иэ табл. 1 и Z изменение пределов содержания марганца, ванадия и кальция, а,также дополнительное легированне алюминием выравнивает прочность чугуна в отливках 45 с толщиной стенки от 40 до 70 мм.

Предложенное сочетание стабилизи- : рующих элементов {хрома, титана, марганца) и особенно ванадия с азотом в комплексе с графитиэиРукюю и 50 добавками .обеспечивает повышение износостойкости и термостойкости чугуна. Стуруктура предлагаемого чугуна перлитная с равномерно разделенным графитом. Высокая дисперсность и стабильность перлита обеспечивает высокую надежность чугуна в процессе износа при значительных удельных нагрузках, сопровождающих ся циклическим нагревом чугуна до высоких температур.

Пределы содержания углерода и кремния: верхние 3,6 и 2,8% соответственно установлены исходя из необходимости получения перлитной структуры и нижние 3,0 и 2,4% - исходя иэ того, чтобы в структуре отсутствовал цементит.. Нижний предел содержании марганца 0,82%, хро". ма 0,1%, никеля 0,05% и ванадия 0,32% обусловлен получением чугуна требуемой прочности, износостойкости, термостойкости, а верхний предел содержания марганца 1,5%, хрома 0,4%, ванадия 0,5% установлен исходя из получения перлита высокой дисперснос-, ти и стабильности, а также некоторым снижением трещиноустойчивости при содержании данных элементов выше укаэанных пределов. Верхний предел содержания никеля 0,4% обусловлен получением более равномерной прочности в различных сечениях. Пределы содержания титана 0,03-0,1% выбраны исходя иэ получейия равномерного распределения графита в чугуне. Пределы содержания церия 0,005-0,03%, кальция 0,02-0,04%, алюминия 0,015-<

0,1% обеспечивают эффективное модифицирование жидкого чугуна, тем самым улучшая форму графита, и исключают кромочный отбел. Азот при концентрации 0,005 0,02% усиливает легирунзцее действие ванадия, довышает дисперсность перлита. Оптималь.ный состав предлагаемого сплава .включает 3,3% углерода, 2,6% кремния, 1,2% марганца, 0,25% никеля, 0,06% титана, 0,4% ванадия, 0,015 церия, 0,03% кальция, 0,01% азота, О, 05% алнэжния, остальное - . железо. . Технология получения сплава заключается .в расплавлении компонентов шихты в электродуговой ечи, насыщение расплава азотом и обработке чугуна перед разливкой церием,каль-цием и алюминием с помощью лигатур.

Нредлагаеьый состав целесообразно использовать для изготовления отливок тормозных барабанов большегрузных автомобилей БелАЗ-549, грузоподъемностью 70 т в частности.

9кономический эффект от исполь- зования предлагаемого чугуна обеспечивается эа счет повышения надежности тормозных барабанов и снижения нормы расхода запасных частей.

Расчетный экономический эффект . составляет 115900 руб. в год.

1027267 -1

М

LA ь

61 t!

a t

Х I

Ц 1

I о

Ф I!

Яч

М ь (Ч ь

Ъ

Ml

Ю

Ю

Ъ

% 1 ь

Ю

%-4 ь

РЪ ь

Ф, ь

<Ч

CI

%-Ф

М

Ю Ф

Ю

C) )

О (Ч

М

C) I Q 1

СЧ ! )

Ю ю

° !

Ю Ф Ь

1 1

1 1

3 — 1

I 1

I 1

I I

1- I

1 Ъ

i 1

I 1

1 1

I 1 о н о

1 о.Ю

% Ч ь

С0

Ю

Ю

РЪ

М

C) О

М

IA -1

Ю

LA ь

Ю (Ч

Ю

cl с.

ill

% Ч

ИЪ

4Ч

Ю Ч

Ю с9

C) (Ч

CO

Ю О

Ю н

% 4

М ч

Ю (Ч

С9 Ъ

Ю

РЪ

\О

С ) I

I 1

1 1

I I

t Ж 1

3 3

I л 1 (J

1 — -4

1 I

I 3

I 1

0 I с.э I

Ф 3 — .3 а! 1

Х IM I

Ф 1 t

Ы 3 Ъ

Art 1

Ц t 1

О1! сэ!

1 1

3!

I I

3 I

3 1 ! C 1

I X

t 1

1 — 4

I 1

1 I

I 1

I cA1

I I

3 — 4

t 1

1 1

1 3

МЪ Ul

% C)

D Ю

М

C) Ю

Ю

М фЦ

g х х

Ф

333

1027267

Таблица 2

Износ мм

Чугун

70

23

27

200

Предлагаемяй Нижний 0,3

29

260

29, 5.

30

280

Средний 0,45

31

310

Верхний, 0,6

Составитель Г.Дудик

ТехредЛ.Пекарь КорректоР O ° BHJIax

Редактор В.Данко

Заказ 4678/31 Тираж 627 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП. "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

Известный Средний 0,7

Тремостойкость (циилы до появл первой трещины) Прочность 6з, кгс/мм, при толщине

2 стенки отливки, мм