Высокопрочный чугун

 

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, магний, кальций, барий, редкоземельные металлы и железо , отличающийся тем, что, с целью повышения ударной вязкости при сохранении прочности в литом состоянии, он содержит компоненты в следующем соотношении, мае.%: 3,1-3,7 Углерод 2,1-3,2 Кремний 0,2-0,6 Марганец 0,05-0,2 Хром 0,05-0,4 Никель 0,05-0,5 Медь 0,04-0,075 Магний 0,001-0,01 Кальций 0., 001-0,01 Варий Редкоземель (Л ные метал0 ,001-0,02 лы Железо С Остальное

„„SU„„1154360 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСИИХ

РЕСПУБЛИК

4(з)1 С 22 С 37/08; С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Е:.; .. . г с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СЮЩВТНЪСТВУ

0,001-0,02

Остальное лы

Железо (21) 3700815/22-02 (22) 09.02.84 (46) 07.05.85. Бюл. В 17 (72) Л.Л. Счисленок, Д.Н. Худокормов, С.Н. Леках, М.М. Бондарев, А.Ф. Клавсуть, А.В. Беэлепкин, Т.С. Хитрун, В.И. Чукур и А.Е. Шишкин (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (53) 669. 15-018. 2(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 550453, кл. С 22 С 37/10, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

В 587171, кл. С 22 С 37/10, 1976. (54) (57) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, магний, кальций, барий, редкоземельные металлы и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения ударной вязкости при сохранении прочности в литом состоянии, он содержит компоненты в следующем соотношении, мас. 7.:

Углерод 3,1-3,7

Кремний 2,1-3,2

Марганец 0,2-0,6

Хром 0,05-0,2

Никель 0,05-0,4

Медь 0,05-0,5

Магний 0,04-0,075

Кальций 0,001-0,01

Барий О., 001-0, 01

Редкоземельные метал1154360

Изобретение относится к металлур. гии, а именно к составам железоуглеродистых сплавов, и может быть использовано для изготовления ответственных тонкостенных деталей сельхозмашин, в частности стойка плуга, кольчато-шпоровый диск, к которым предьявляются повышенные требования по прочностным характеристикам, так как они испытывают в процессе эксплуатации динамические удары.

Известен чугун (1) следующего химического состава., мас.7.:

Углерод 2,6-4,5

Кремний 1,0-4,0

Марганец О, 1-1,2

Хром 0,01-0,5

Никель 0,01-1,0

Медь 0,01-1,0

Магний 0,015-0,1

Кальций 0,015-0,06

Редкоземельные металлы 0,005-0,15

Алюминий 0,005-0,4

Железо Остальное

Данный чугун обладает высокими механическими свойствами, но склонен к отбелу, не обеспечивает требуемого уровня стабильности свойств при эксплуатации деталей в условиях динамических нагрузок.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является высокопрочный чугун PJ, содержащий ингредиенты в следующем соотношении, мас.%!

Углерод 3,0-3,8

Кремний 2,4-3, 2

Марганец О, 2-0,45

Хром 0,02-0 065

Никель 0,5-1,5

Медь 1,0-1 5

Магний 0,02-0,08

Кальций 0,005-0,15

Барий 0,001-0,1

Редкоземельные металлы 0 001-0,1

Молибден 0,2-0,5

Олово 0,035-0,25

Железо Остальное

В качестве примесей чугун содержит, мас.%:

Фосфор . 0,01-0,06

Сера . 0,001-0,01

Известный сплав обладает достаточно высокими прочностными характеристиками и эа счет содержания магния„ бария и кальция обеспечивает получение шаровидной формы графита в отливках с толщиной стенки «е менее 20 мм. Однако в широко распространенных тонкостенных отливках

5 с толщиной стенки менее 20 мм он не обеспечивает достаточной ударной вязкости за счет черезвычайно высокого уровня легирования карбидообразующими элементами (Cr, Mo, Sn и т.д.). Данные концентрации элементов не обеспечивают получение отливок с сечением до 10 мм беэ структурно-свободного цементита, что ухудшает обрабатываемость отливок.

Цель изобретения — повышение ударной вязкости при сохранении проч. ности в литом состоянии.

Указанная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, крем20 ний, марганец, хром, никель, медь, магний, кальций, барий, редкоземельные металлы и железо, содержит компоненты в следующем соотношении, мас.7:

Углерод 3,1-3,7

Кремний 2, 1-3,2

Марганец О, 2-0,6.

Хром 0,05-0,2

Никель 0,05-0,4

Медь 0,05-0,5

Магний 0,04-0,075

Кальций 0,001-0,01

Барий 0„00.1-0,01

Редкоземельные металлы 0,001-0,02

Железо Остальное

Пределы содержания компонентов установлены, исходя из благоприятного сочетания структуры и свойств

40 чугуна. Нижний предел по содержанию углерода 3,1 мас.7 и кремния

2,1 мас.% ограничен получением структуры без метастабильной автоматики. Верхний (углерод 3,7 мас.%, 45 кремний — 3,2 мас.%) ограничен ввиду дальнейшего охрупчивания сплава (образование силикокарбидов и легированного феррита). Нижний предел по содержанию марганца (0,2 мас. %), 50 хрома (0,05 мас.7.), никеля (0,05 мас.%), меди (0,05 мас.%) обеспечивает получение сплава с высокими прочностными характеристиками при минимальной степени леги рования чугуна.. Наличие марганца более 0,6 мас.X приводит к появлению цементита в структуре тонко" стенных отливок, что отрицательно

1154360

Таблица 1

Химический состав,мас.7.

Si !!n Cr

Чугун.

С Ni Cu

3,4

28 032004203212

Известный

Предлагаемый

3,7

2,1

0,2

0,05

0,05 0,05

0,22 0,27

3,4

2,6

0,4

0,12

0,6

0,2

3,1

3,2

0,4

0,2

3,!

0,03

0,03 0,04

0,30 0,55

3,2

0,6

0,25 сказывается на свойствах чугуна.

Повышенная концентрация никеля и меди able 0,4 мас.% и 0,5 мас.7 соответственно не дает значительного эффекта в данных сечениях отливок и экономически нецелесообразно. Предельная концентрация хрома 0,2 мас.7 установлена из необходимости исклю— чения отбела в отливках.

Нижние пределы содержанйя магния (0,04 мас .%), кальция (0,001 мас.X) бария (0,00! мас.%), редкоземельных металлов (0,001 мас.7) обуслов— .лен необходимостью получения шаровидной формы графита в отливках с содержанием серы в исходном расплаве свыше 0,02 мас.X. Верхний предел по содержанию магния (0,075 мас .%):и редкоземельных металлов (0,02 мас.%) ограничен ввиду ухудшения формы графита при больших концентрациях (эффект "перемодифицирования"). Добавки кальция свыше

0,01 мас.7. приводят к ухудшению ударной вязкости и снижению прочностных свойств чугуна. Верхнее содержание бария (0,01 мас.%) ограничено экономическими соображениями, а также последующим малым приростом достигаемого положительного эффекта .

Пример. Для изучения структуры и свойств и проведения сравнительных испытаний вьи лавляют цугуны известного и предлагаемого составов (табл. 1) . Плавка чугунов производится в 60-килограммовой индук5 ционной печи с кислой футеровкой.

Содержание примесей серы в исходном расплаве составляет 0,04 мас.7..

После перегрева до температуры

1450 С чугун модифицируется в ковше: редкоземельными, металлами, силикокальцием, вводят также электролитический никель, медь и затем

B форме — железокремниймагниевой лигатурой с содержанием (магния

7 — 9 мас.X) в количестве 1,8-2,0 мас.%.

Расчет производят исходя из усвоения Са, Ng, Ва и Р3М 30, 70, 409

407 соответственно, остальное тугоплавкие) усваиваются в среднем на 95%. Образцы для механических испытаний вырезаются из комплексной пробы, включающей ступенчатую плиту с толщиной стенок 10-30 мм.

Предлагаемый состав чугуна целесообразно использовать для изготовления тонкостенных деталей сельсхоз" машин, например стойка плуга, кольчато-шпоровый диск.

Экономический эффект от внедрения предлагаемого объект4 составит

820 тыс.руб.

1154360

Продолжение .табл.) 0

Чугун

Химический состав, мас.Ж ($п

0,122

0,35

Предлагаемый 0,04

0,001

0,001 0,001

0,057 0,005 0,005 0,01

0,02

0,075

0,001

0,01

0,02

0,08

Т а б л и ц а 2

Механические свойства в отливках с толщиной стенки, мм

100 ski кгс/мм г

a„>

НВ кгм/см

Известный

285

3,1

295 20

Предлагаемый

227

7,0

83,5 230

85 235

81,5 227

85 235

6,0

4,5

6,5

4,0

Составитель Г.Дудик

Редактор Н.Тупица Техред Т.Маточка Корр ект ор М. Максимишинец, Заказ 2638/26

Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Mg Са Ва РЗМ Мо

Известный 0,05 0,022 0,05 0,05

0,01 0,01

0,035 0,001 0,001

0,01

Чугун бВ ° кгс/мм НВ . кгм/см г

235 5i0

240 4,5

260 4,0

235 4,5

260 3,5