Чугун

 

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, церий, титан, бор, ванадий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения предела прочности при изгибе,ударной вязкости , твердости и ударно-абразивной стойкости, он дополнительно содержит алюминий, иттрий, лантан и неодим при следующем соотношении компонентов , мас.%: Углерод 1,6-2,8 Кремний 0,1-1,0 Марганец 0,3-2,5 Хром 10,0-14,0 Никель 0,3-1,5 Медь 0,3-1,0 Церий 0,01-0,1 Титан 0,3-2,7 Бор 0,001-0,3 с Ванадий 0,5-3,5 Алюминий 0,1-1,5 (Л Иттрий 0,006-0,06 . Лантан 0,005-0,05 Неодим 0,005-0,05 ЖелезоОстальное

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

825 А (19) (И) 3(5i) C 22 С 37/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2i) 3577543/22-02 (22) 13.04,83 (46) 30.03.84. Бюл. 9 12 (72) М.П.Шебатинов, В.П.Абросимов, П.П.Сбитнев и Л.А.Алабин (71) Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт технологии автомобильной промышленности (53) 669.15-196(088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР

У 449981, кл. С 22 С 37/08, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 794086, кл. С 22 С 37/08, 1981. (54)(57) ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, церий, титан, 6ор, ванадий и железо, отличающийся тем, что, с целью повьппения предела прочности при изгибе, ударной вязкости,твердости и ударно-абразивной стойкости, он дополнительно содержит алюминий, иттрий, лантан и неодим при следующем соотношении компонентов мас.Х:

Углерод 1,6-2,8

Кремний О, 1-1,0

Марганец 0,3-2,5

Хром 10, 0-14, О

Никель 0,3-1, 5

Медь О, 3-1,0

Церий 0,01-0, 1

Титан 0,3-2, 7

Бор 0,001-0,3

Ванадий 0,5-3,5

Алюминий О, 1-1, 5

Иттрий 0,006-0,06

Лантан 0,005-0,05

Неодим 0,005-0,05

Железо Остальное

1082854

Т а блица 1

Ингредиенты, мас.7:

Состав

С Si Mn

Прототип

1, 0

1,0

0,9

15,0 2,5

1,7

3,2

Предлагаемый

О,б

0,3

1,0

1,5

10,0

1,6

0„1

0,3

1,2

0,3

12,7 0,5

0,3

2,1

Изобретение относится к металлургии, а именно к разработке составов износостойких высоколегирован ных белых чугунов, предназначенных для работы в условиях интенсивного ударно-абразивного износа при высокоскоростном трении, в частности для изготовлении сменных деталей очистного оборудования (дробеметные барабаны и т.п.).

Известен чугуй (1), содержащий ингредиенты, мас.7:

Углерод 1,8-2,8

Кремний 1 2-2,2

Марганец 0,35-3,8

Хром 9, 0-10,6

Молибден 0,4-2,2

Никель О, 1-0,5

Медь 0 1-0 5

Титан 0,1-0 5

Церий О, 01-0, 5

Бор 0,005-0,25

Железо Остальное

Недостатками данного чугуна являются низкая прочность при растяжении и изгибе и высокий износ.

Наиболее близким к предлагаемому является чугуч j2), содержащий, мас.7:

Углерод 2,7-3,5

Кремний 0,4-2,0

Марганец .0,2-1, О . Хром 12, 0-20, О

Никель 0,6-1, 5

Молибден 0,5-1, О

Медь 0,6-1,5

Церий 0,03-0,1

Титан" 0,1 — 1,7

Бор О, 1-0,4

Ванадий 2,0 — 3,0

Железо Остальное

Цель изобретения — повышение предела прочности при изгибе, ударной вязкости, твердости и ударно-абразивной стойкости.

Указанная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, церий, титан, бор, ванадий и железо, дополнительно содержит алюминий, иттрий, лантан и неодим при следующем соотношении компонентов, мас.7:

10 Углерод 1,6-2,8

Кремний О, 1-1,0

Марганец 0,3-2,5

Хром 10,0-14,0

Никель 0,3-1,5

15 Meqb 0,3-1,0

Церий 0,01-0, 1

Титан 0,3-2,7

Бор 0,001-0,3

Ванадий 0 5-3,5

gp Алюминии О, 1-1,5

Иттрий 0 006-О,О6

Лантан 0 005-0 05

Неодим 0,005-0,5

Железо Остальное

25 Выплавку чугуна производят в индукционной печи ИСТ-016 с основной футеровкой.

Ингредиенты вводят в расплав при 1480-1520 С. В расплав вводят никель, ванадий, марганец, титан, алюминий, хром, медь и бор в виде чистых металлов и ферросплавов. Перед разливкой жидкого металла в ковш вводят церий, иттрий, лантан и неодим. Заливку производят в формы при

1400-1490) С.

Химический состав (конкретные составы) предлагаемого и известного

40 чугунов приведены в табл. 1; физико-механические свойства в литом состоянии и после термообработки приведены в табл. 2.

Cr V Ti Ni Cu

1082854

Продолжение табл. 1

Ингредиенты, мас. Х:

Г 1 1 ((I 1

Состав

2,3 0,6

1,0

11 5 2»5 1»3 О ° 7

0,5

2,0 0,8

2,0

13,0 2,0

2,0

1,0

0,4

2,4 0,4

12,0 2,0

1,5

1,5 05

0,8

1,5

2,8

1,О

2,3

14,0

3,5

1,0

Продолкенне табл. 1

Состав

Ингредиенты, мас. Ж:

1 1 E Г (Г 1

Al Мо В Се Y Za Nd Fe

Прототип

0,2 0,06

0,7

Остальное

Предлагаемый

0,01 0,005 0,015 То же

0,2 0,01

0,1

0,8

0,001 0,005 0,006 0,015 0,005

0»01 0»035 0»04 0»04 0»05

0,3

О, 15 0,08 0,02 0,008 0,007

1,2

0»03 0,04 0 05 0,05 0,01

0,2

03 01 006 001 004

1,5

С Si Мп Cr V Ti 5i Cg

1082854

Таблица 2

Состав

Предел прочности на изгиб после термообработ ки, кгс/мм

Ударная вяз"

Твердость, HRC кость после

После термообработки

Литое состояние

Литое состояние

После термообработки термообработки, ан, кгс p:; х м/см

Прототип

53,0

56,0

61,0

0 5

80

Предлагаемый

140

66,0

2,2

46,0

55,0

150

68,0

2,0

47,0

56,0

105

58,0

78,0

1,5

49,0

140

190

74,0

1,7

46,3

55,3

135

180

81,0

1,3

50,0

60,0

143

180

50 0

76,0

1,3

60,0

134

180

Отливки после охлаждения подвергают термической обработке по следующему режиму, загрузку в печь производят при 400 С и нагревают со скоростью 100 град/ч до 970 С (температу- 4О ра аустенитизации), выдерживают 100120 мин и закаливают в масле, затем проводят отпуск при 250-300 С в тео чение 3-4 ч.

Испытания на изностойкость произ- 4 водят на очистных камерах. Оптимальными следует считать сосч авы N 4 и 6.

Содержание углерода выше уклзанного верхнего предепл увеличивает количество карбидов в структуре чугуна и как следствие износосчойкость, но снижает способность противостоять ударным нагрузкам, гак как уменьшлется вязкость и пргклиивлеMîc òb. Тл55 кое двойственное влияние углг.-ролл обуславливает выбор с-.го оитимллт ио1о содержания в прелиglлгмих грлвиилх, исходя из условий ироизвоп.твл.

Ударно-абразивная стойкость, ч

Присадка углерода меньше нижнего предела приводит к уменьшению карбидов в металлической основе чугуна что отрицательно сказывается, на эксплуатационной стойкости.

Содержание кремния в чугуне более

1,0% способствует образованию перлита, что снижает износостойкость,а при содержании менее 0,1% резко падает жидкотекучесть.

Марганец в указанных границах повышает содержание остаточного высоколегированного аустенита после термообработки. При содержании его менее 0,3% в структуре чугуна снижается доля аустенита и увеличивается доля мартенсита, что повышает хрупкость и снижает износостойкость.

Содержание марганца выше верхнего предела способствует увеличению в структуре чугуна стабильного аустенита, тто снижает износостойкость.

Хром образует структурно свободные карбиды, резко повышающие иэ82854 8

7 10 носостойкость чугуна, вместе с тем препятствует перлитному превращению при охлаждении отливок. Содержание хрома выше верхнего предела способствует образованию карбида Ме С кубической сингонии вместо комплексноFo карбида гексогональной сингонии

Ме С, наиболее устойчивого к воздей-, ствию высоких температур и имеющего высокую микротвердость. Это обуславливает то, что повышенное содержание карбидной фазы Ме< Сб В матрице чугуна снижает предел прочности и ударную вязкость, а в итоге и эксплуата ционную стойкость.

Содержание хрома меньше нижнего предела резко снижает содержание карбидной фазы, а в итоге уменьшает износостойкость.

Ванадий введен как элемент, легирующий карбидную фазу. При указанных концентрациях углерода и хрома содер-, жание ванадия выше верхнего предела приводит к образованию в структуре чугуна карбидов типа CrV С, что резко снижает износостойкость. При содержании ванадия меньше нижнего предела его влияние будет незначительным. Ванадий в указанных границах 0,5-3,57 повышает микротвердость чугуна до 1600 кгс/мм .

Титан и алюминий. снижает угар кремния и марганца, сильно раскисляет расплав, образуя в процессе кристаллизации сложные соединения, которые в дальнейшем ведут к увеличению прочности и термостойкости чугуна.

Титан менее 0,37 ведет к росту размеров карбидов хрома, а в итоге к концентрации напряжений и охрупчиванию, при содержании его более

2,77 расплав загрязняется неметаллическими включаниями, и увеличиваются трудности при получении отливок (увеличивается шлакообразование и появляется пористость на поверхности отливок).

Легирование алюминием ведет к образованию мелкодисперсных нитридов, которые распределяются не только в центре зерна, являясь центрами кристаллизации, но и по границам зерен, препятствуя перемещению дислокаций, особенно при высоких темие-. ратурах, одновременно а.«юминий < 6 .чэует твердь<й раствор внедрения, «каЭЫВДЮЩИЙ ПО<ТОЖИ < Р.<1ЬНОР НЛ<<Ч IIII< ЯЛ термостойкость.

1О

Введение алюминия ниже нижнего предела не оказывает заметного влияния на раскисление, а следовательно, на уменьшение количества и характер распределения неметаллических включений, котррые в.процессе работы ведут в зарождению трещин в деталях, вызывающих разрушение поверхностного слоя трения. Присадка алюминия выше верхнего предела приводит к усложнению технологического процесса получения отливки (увеличивается брак отливок по пористости), что снижает эксплуатационные свойства, Ввод никеля и меди в чугун способствует повышению прочности аустенитной составляющей и увеличению теплопроводности. Прочность аустенит ной составляющей возрастет с 400 до 550 кгс/мм .

Содержание каждого из ингредиентов выше их верхнего предела ведет к снижению мартенситного превращения и к появлению в структуре большого количества стабильного аустенита, что снижает износостойкость.При1. садка их нижнего предела не оказыва- ет влияния на свойства хромистого чугуна.

Бор благодаря образованию мелкодисперсных карбидов измельчает зерно в чугуне по всему сечению, позволяя получить однородные свойства.

Бор менее 0,0017 не оказывает влияния на прочностные свойства, а в итоге на износостойкость, более

0,37 повышает содержание боридов, что ведет к охрупчиванию, а следовательно, уменьшению эксплуатационной стойкости.

Церий, иттрий, лантан и неодим способствует модифицированию и микролегированию расплава.

Кроме того, иттрий, лантан и.неодим позволяют осуществлять более глу-! бокое рафинирование, взаимодействуют с азотом, удаляя его из твердого раствора с образованием мелкодисперсных нитриДов, имеющих высокую температуру плавления. Образуясь в жид.ком чугуне, они способствуют формированию карбидов, которые способствуют упрочнению металлической основы, повышая при этом твердость, а след<.вательно,и абразивную стойкость.

Содержание церия выше верхнего предела ведет к перемодифицированию, Составитель Н.Косторной

Техред М.Тенер Корректор И.Иуска

Редактор Н.Ковалева

Заказ 1683/26 Тираж 603 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по де«ам изобретений и открытий

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

Филиа < Г!!Н! "!! атент", г, Ужгород, ул. Проектная.

9 1082854 10 а меньше нижнего предела вообще не ми кристаллизации. Ввод каждого оказывает модифицирующего действия, из них выше верхнего предела ведет в результате чего не позволяет полу- к повышению количества и размеров чить оптимальную структуру, снижая неметаллических включений, а также прочность и износостойкость. 5 происходит изменение их формы и хаВведение иттрия, аантана и нео- рактера распределения, что отрицадима ниже нижнего предела каждого тельно сказывается на свойствах чу-. неэффективно, так как практически гуна и абразивной износостойкости. не оказывает влияния на расплав, Предлагаемый чугун за счет новы" а именно нет полного связывания при- 1О шения прочности и ударной вязкости месных элементов в жидком чугуне, способен работать в условиях интена следовательно, образования туго- сивнога ударно- абразивного износа. плавких мелкодисперсных неметалли- Экономический эффект от внедрюских включений, служащих центра- ния чугуна. составит 105,3 тыс.руб.