Чугун

 

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, алюминий, магний , хром, ванадий, цирконий и железо , отличают-и йен тем, что, с целью повышения жаропрочнос ,ти, он дополнительно содержит титан , молибден и никель при следующем соотношении компонентов, вес.%: 2,8-3,8 Углерод 3,6-4,5 Кремний 0,3-1,0 Марганец 0,1-0,3 Алюминий ,1 Магний 0,1-0,8 Хром 0,1-0,3 Ванадий Цирконий 0,05-0,2 0,01-0,1 Титан 0,1-0,35 Молибден 0,2-0,5 Никель Остальное Железо (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ соцИАлистичесних

РЕСПУБЛИК

С 22 С 37/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕИНЫЙ КОМИТЕТ СССР по делА@ изо 5Ретеиий и ОтиР тий (21) 3338926/22-02 (22) 16.09.81 (46) 23.08.83. Бюл. Р 31, (72) В.A. Коляда, Ф.И. Яковлев, A.A. Аксенко, В.П. Булыжин, A.N. Пучканев и И.И. Деренский (71) Харьковский ордена Ленина и ор.дена Октябрьской Революции моторостроительный завод "Серп и молот" (53) 669.13 ° 018.2(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 382738, кл. С 22 С 37/10, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 3228039/22-02, кл, С 22 С 37/10, 04 ° 01.81. (54)(57) ЧУГУН, содержащий углерод, . кремний, марганец, алюминий, маг,Su„„1036786 A ний, хром, ванадий., цирконий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения жаропрочнос,ти, он дополнительно содержит титан, молибден и никель при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:

Углерод 2,8-3,8

Кремний 3,6-4 5

Марганец 0,3-1,0

Алюминий 0,1-0,3

Магний 0,04-0,1

Хром О, 1-0,8

Ванадий 0,1-0,3

Цирконий 0,05-0 2

Титан 0,01-0.,1

Молибден 0,1-0,35

Никель 0,2-0,5

Железо Остальное

1036786

35

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составам чугунов для деталей, работающих в условиях динамических нагрузок и повышенных температур, например звеньев цепей конвейерных и толка- 5 тельных термических печей.

Известен жаростойкий чугун (1) следующего химического состава. вес. %:

Углерод 2,4-3,0

Кремний 5,0-7,0

Марганец 0,3-0г6

Алюминий 5,0-7,0

МагниИ 0,07-0,12

Железо Остал ь ное

Недостатками данного чугуна являются невысокая пластичность и проч ность, а также низкая жидкотекучесть

Так, прн суммарном содержании кремния и алюминия 10-14% относительное удлинение составляет 0,5-0,6Ъ, а пре-20 дел прочности 180 — 190 МПа, в то же время жидкотекучесть снижается до 650 мм.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигае- 25 мому результату является жаростойкий чугун Ã2 3 следующего:химического состава, вес, В:

Углерод 3-4,0

Кремний 30

Марганец 0,3"0,6

Алюминий 0,1-0,3

Магний 0,04-0,1

Хром 0,2-0,4

Ван.адий 0,1" 0,3

Цирконий 0,05-0,2 Железо Остальное

При укаэанном соотношении элемен-1 тов химического состава происходит взаимодействие: ванадия, хрома и алюминия с серой, кислородом, во- "0 дородом, азотом и фосфором. При ртом образуются неметаллические включения (сульфиды, оксиды, гидраты и нитриды), отлагающиеся на границах зерен, что существенно снижает кон- 45 центрацию этих элементов в твердом растворе е -фазы (матрице ).

При нагреве сплава до высоких температур (700- 900 С ) протекает процесс окисления, в результате чего происходит непрерывная диффузия хрома, ванадия и алюминия из твердого раствора к границе раздела металл - окисная пленка. Следствием этого является обеднение твердого раствора этими химическими элементами, что значительно уменьшает длительную прочность при высоких температурах. Так, предел прочности при температуре 800 - 850ОС составляет

90 — 100 МПа. 60

Это обстоятельство не позволяет использовать известный чугун для изготовления деталей, работающих вусловиях динамических нагрузок и повышенных температур,:как например звеньев цепей конвейерных и толкательных термических цепей.

Целью изобретения является повышение жаропрочности.

Поставленная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, алюминий, магний, хром, ванадий, цирконий н железо, дополнительно содержит титан, молибден и никель, при следующих соотношениях компонентов, вес.Ъ:

Углерод 2,8-3 8

Кремний 3,6-4,5

Марганец 0,3 1,0

Алюминий 0,1-0,3

Магний 0,04-0,1

Хром 0,1-0,8

Ванадий 0,1-0,3

Цирконий 0,05-0,2

Титан 0,01-0,1

Молибден 0)1-0,35

Никель 0,2-0,5

Железо Остальное

Введение в сплав титана, как более активного элемента, чем хром и ванадий, по соединению с кислородом, серой, водородом и азотом, способствует повышению содержания хрома и ванадия в твердом растворе.

При высоких температурах на поверхности сплава образуются окисные пленки сложного состава, которые препятствуют диффузии кислорода к поверхности металла и, тем самым, снижают процесс окалинообраэования. Одновременно с этим уменьшается диффузия легирующих элементов иэ твердого раствора к границе раздела металл- окисная пленка, что способствует повышению длительной прочности сплава. Наряду с этим. титан измельчает графитные включения и обеспечивает более равномерное расположение этих включений в объеме матрицы.

Наличие никеля в указанных соотношениях с ванадием и хромом позволяет получить твердый. раствор oL -фазы с относительно небольшим количеством мелких карбидов сложного состава, расположенных внутри эвтектических зерен, которые при длительной выдержке (1 5 — 2,0 ч ) в интервале температур 650 — 900ОС растворяются в матрице и дополнительно легируют ее.

При содержании титана более 0,1Ъ в твердом растворе образуются нерастворимые при высоких температурах карбиды титана, которые, располагаясь по границам. зерен, снижают прочность сплава как в.холодном, так и в горячем состоянии.

При меньшем, чем 0,01%, содержании титана происходит соединение части хрома, ванадия и молибдена с кислородом и другими неметаллическими включениями, в результате чего содержание легирующих компонентов в матрице снижается.. 1036786.Таблиц 1

Цирконий

Маг- Алюми Ти- Молиб Ниний ний тан ден кель

Желе" зо

Угле- Крем- Мар- Хром Вана род ний ганец дий

Плавка

2,8 4,5 1,0 0,2 0,3 0,1 0,04 0,1 0,1 0 35 0,5 Осталь ное

3,2 4,2 0,5 - 0,2 0,,05 0,06 0,2 0 01 0,2 0,3

3,8 3 6 0,3 — 0,1 0,2 0,1 0,3 0,05 0,1 0,2

Известная

3,2 5,0 0,5 - 0,4 0,1 0,2 Ос06 0,2

Таблица2

Предел длительной прочности, МПа, через

OKcUIHHOCTOA кость| F/M ÷

Жидкотекучесть, мм

Плавка

Твердость, НВ

50 ч 100 ч

122

880

255

0,024

0,026

120

820

32-1

229

770

115

0,034

Известная

78 53 925 0,032 215

Повышение в сплаве молибдена свыше 0,35% приводит к образованию карбидов и обеднению матрицы молибденом. Содержание молибдена в сплаве ниже 0,1% не оказывает существенного влияния на прочность прн высоких температурах.

Оптимальное соотношение никеля и молибдена в чугуне составляет

1,0:0,75 и 1,5:1,0, а хрома и титана 1,5:1,0 и 2,0:1,0.

Количество углерода, марганца и магния выбрано исходя из опыта получения высокопрочного чугуна.

Плавку чугуна проводят в индукционной печи емкостью 300 кг. В качестве шихтовых материалов используют рафинированные литейные чугуны, Результаты испытаний табл. 2 ) свидетельствуют о том, что длительная прочность чугуна, легированного дополнительно титаном, молибденом и никелем, при температуре 850 С в течение времени 50 и 100 ч повысилась в 1,5 — 1,7 раза при сохранении жндкотекучести и окалиностойкости на высоком уровне.

Чугун указанного химсостава рекоI мендуется для производства отливок, алюминий и стальные отходы. Феррохром, феррованадий, ферроникель, ферромолибден и ферротитан вводят в ковш при сливе чугуна. Силикоцирконием модифицируют чугун непосредственно в литейной форме после сфероидиэирующей обработки чугуна в ковше магниевой лигатурой ЖКМ-6.

Механические испытания проводят

1О при 20ОС на разрывной машине ИМИИ-30 и при 850 С на универсальной разрыв" ной машине ПТМВ-30. Время испытания

50 ч и 100 ч, Жидкотекучесть определяют по спирали Кери при 1350 С.

Химический состав и свойства предлагаемого чугуна представлены в табл. 1 и 2. работаяцих в условиях повышенных динамических нагрузок и температур.

Экономический эффект от использования чугуна за счет замены жаростойких и жаропрочных сталей

60 20Х25Н20С2Л и Х25Н20С2Л, йэ которых изготовлялись звенья цепей, а также опоки, составит 0,37 тыс.руб, на тонну годного литья, а исходя из объема использования этих деталей на заводе - 23,5-25,0 тыс.руб.

1036786

Составитель В. Муравьев .

Редактор Н. Рогулич Техред С.Мигунова Корректор A. Ильин

Заказ 5945/27 Тираж 627

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент"., r. Ужгород, ул. Нроектная, 4

Ожидаемый экономический эффект от максимального использования предлагаемого изобретения в отрасли тракторного и сельскохозяйственного . мжаиностроения составит 187—

190,0 тыс. руб.