Высокопрочный чугун

 

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН, содержалщй углерод, кремний, марганец, магний, алюминий, церий и железо, отличающийся тем, что. с целью повышения кавитационно-эро .зионной стойкости и пластичности, он дополнительно содержит ниобий, барий и/или кальций и один элемент из группы, содержащей цирконий и титан, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод . , 3,2-3,6 Кремний1,9-2,3 Марганец0,2-0,5 Магний0,03-0,07 Алюминий0,3-1,0 Церий0,01-0,05 Ниобий0,1-0,5 Барий и/или кальций0,03-0,1 Один элемент из (Л группы, содержащей 0,03-0,3 цирконий и титан с Железо Остальное

СООЗ СОВЕТСНИХ

В

РЕСПУБЛИН

4(5ц .С 22 С 37 10

Ъ

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ (21) 3688828/22-02 (22) 09.01.84 (46) 23.05.85. Бюл. 9 19 (72) М.И.Карпенко, E.И.Марукович, П.И.Радьков и А.П.Мельников (71) Могилевское отделение Физикотехнического института АН Белорусской ССР (53) 669. 13 018.2(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф.550454, an. С 22 С 37/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

У 859475, кл. С 22 С 37/ 10, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

I 985119, кл. С 22 С 37/00, 1981. (54) (57) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, магний, алюминий, церий и железо, отличающийся тем, что, „„SU„„1157115 А с целью повышения кавитационно-эро ,зионной стойкости н пластичности, он дополнительно содержит ниобий, барий и/или кальций и один элемент из группы, содержащей цирконий и титан, при следующем соотношении компонентов, мас.Х:

Углерод 3,2-3,6

Кремний 1,9-2,3

Марганец 0,2-0,5

Магний 0,03-0,07

Алюминий 0,3-1,0

Церий О, 01-0, 05

Ниобий 0,1- 0 5

Барий и/или кальций О, 03-0, 1

Один элемент из группы, содержащей цирконий и титан 0,03-0 3

Железо Остальное

1157115

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам высокопрочных чугунов для ответственных машиностроительных отливок, работающих в условиях трения и ударных нагрузок.

Известен высокопрочный чугун 11), содержащий, мас.Х:

Углерод 3, 0-4,5

Кремний 0,5-1,8

Марганец 0,.1-0,6

Магний 0,03-0,1

Алюминий 0,5-0,9

Железо Остальное

10

Однако известный чугун обладает .высокой прочностью, но низкой пластичностью. Пониженная концентрация кремния вызывает в,тонкостенных отливках образование структурно-свобод- 20 ного цементита и снижение динамической прочности.

Известен серый чугун, (2) следующего химического состава, мас.Х:

Углерод 3,0-3,8

Кремний 1,6-2,6

Марганец 0,5-1, 3

Титан 0,1-0,2

Цирконий 0,1-0,2

Кальций 0,03-0,1

Ниобий 0,01-0,1

Азот 0,01-0,05

Железо Остальное

Данный чугун предназначен для работы в условиях теплосмен и не рекомендуется для работы в условиях кавитации и эрозии. При концентрации ниобия до 0,1 мас. Х его влияние проявляется как модификатора, что измельчает графитовые включения и эвтекти- Ф0 ческое зерно, но при этом ниобий не оказывает существенного влияния на механические свойства и на кавитационно-эрозионную стойкость.

Наиболее близким по технической 45 сущности и достигаемому результату к предлагаемому является высокопрочный чугун, содержащий, мас.Х:

Углерод . 3,2-3,6

Кремний 1,9-2,2 50

Марганец 0,2-0,4

Магний 0,03-0,07

Алюминий 0,5-1,0

Церий 0,01-0,05

Железо Остальное 55

Известный чугун обеспечивает получение в отливках следующих свойств: временное сопротивление 566-600 MIIa; твердость 180-200 НВ; относительное удлинение 3-4Х и отбел 3-7 мм (3).

Однако при литье в металлические формы отбел достигает 20-27 мм и значительно снижаются пластические свойства. Отмечаются также недостаточная кавитационно-эрозианная стойкость чугуна н высокий угар металла при плавке (до 8Х от металлозавалки).

Цель изобретения — повышение кави-, тационно-эрозионной стойкости и пластичности, Поставленная цель достигается тем, что высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, магний, алюминий, церий и железо, дополнитель но содержит ниобий, барий и/или кальций и один элемент из группы, содержашей цирконий и титан,. при следующем соотношении компонентов, мас.Х:

Углерод 3,2-3 6

Кремний 1,9-2,3

Марганец 0,2-0,5

Магнйй О, 03-0, 07

Алюминий 0,3 — 1,0

Церий О, 01-0, 05

Ниобий О, 1-0,5

Барий и/или кальций 0,03-0,1

Один металл из группы, содержащий цирконий и титан 0,03-0,3

Железо Остальное

Введение ниобия способствует снижению угара металла при плавке и повышению кавитационно-эрозионной стойкости чугуна. При концентрации ниобия более 0,5Х повышается отбел и снижаются пластические свойства чугуна, а при концентрации ниобия менее 0,1Х его влияние на угар металла и свойства чугуна в отливках сказывается незначительно.

Барий и/или кальций при концентрации 0,03-0, 1Х снижают отбел чугуна, модифицируют структуру, очищая границы зерен и повышают пластические свойства. При их концентрации до О,ОЗХ модифицирующий эффект появляется слабо, а при концентрации бария и/или кальция более 0,1Х снижается кавитационно-эроэионная стойкость чугуна, повышается угар металла при плавке.

Элемент из группы, содержащей цирконий и титан при концентрации от

0,03-0,3Х измельчает структуру и способствует повышению пластических

Таблица !

Соотношение компонентов, мас.X

LJ11 1I 1

Чугун

Si Mn Mg Al Nb Ва Са Zr Ti Ce Fe

Известный

3,4 2, 1 0,3 0,05 0,7 — — — — — 0,04 Остальное

f3) 3,4 2,2 0,7 — — 0,07 — 0,07 0,18 О,!17—

Предложенный

1 3,2 2,3 0,2 0,03 0 3 0 1 0 03

0,03 — 0,01

3,4 2,1 0,4 0,04 0,7 0,3 0,03

0,03 0,1 — 0,03

3,6 1,9 0Ä5 0-,07 1,0 0,5 0,1 — 0,3 - .0,05

0,03 — 0,03 О, 01

3,2 2,3 0,2 0,03 0,3 0,1, 4

«гб

3,4 2,1 0,4 0,04 0,6 0,3 0,01 0,05 0,03 0,03 0,03

0,1

3,6 1,9 0,5 0,07 1,0 0,050,3 0 05

0,2 0,05

0,01 0,006

0,5 0,05 0,05 0,1

3,5 2,1 Оэ5 О ° 07 Оъ9 !

3,1 1,8 0,1 0,02 0,1

0,07 О;01 0,01 0,1

3,8 2,4 0,6 091 1,1 096 0912 0,12094 0,35 0,07

3 11571 свойств. При концентрации их до 0,(H7, б влияние на пластические свойства сказывается незначительно, а при концентрации более 0,37 увеличивает-. ся их угар и снижается выход годного.

Пример. Проведены опытные плавки высокопрочных чугунов в дуговых электропечах с перегревом до

1500-1530бС. В качестве шихтовых материалов используют стальной лом, 10 возврат собственного производства, литейный чугун, ферросплавы силикомарганца, алюминия, силикокальция, бария, циркония, титана и магний. Для десульфурации чугуна используют каль- f5 цинированную соду по ГОСТ 5100-73, а- в качестве флюса, защищающего поверхность расплавленного металла от окисления, применяют криолит искусственный технический по ГОСТ 10561 †.

Присадку отбеливающих добавок и сплавов магния производят при .145015 4

1460 С, а модифицирование силикокальцием и/или ферробарием и другими графитизирующими добавкамй — при

1420-1450 С. Отливки и технологичес кие пробы отливаются в песчаные и металлические литейные формы.

В табл. 1 приведены химические составы известных и предложенных высокопрочных чугунов, в табл. 2 — физико- механические свойства.

Контроль механических свойств и химического состава чугунов в отливках осуществляют по ГОСТ 7293-79.

Как видно из табл. 2, предложенный высокопрочный чугун обладает более высокими показателями кавитационно-эрозионной стойкости и ударной вязкости, чем известный высокопрочный чугун. Ожидаемый экономический эффект составит более 160 тыс. руб. в год, в том числе от !2 до 76 руб. на 1 т годного литья.

1157115

Таблица2

Отбел при литье, мм

Механические свойства чугун

В песч ные форж

В кокиаь

Временное

corrpoтивпение, МПа

Известный

f3) 34

93,0

580

3,0 5,5

1,1 4,3 (г) 335

172

76,2

Предлозенный

5,6

98,4

635

7,0

680

98,1

9,0

97,7

730

620

98,6

6,7 1,5

780

98,3

6,5 2,5

97,5

740

780

8,2 2

98,0

3,2 3,3

3,7,4,6

95,4

610

670

93,2

9, Составитель Г.Дудик

У

Редактор Г.Волкова Техред Т.Факта Корректор А.Тяско

Заказ 3288/26 Тирам 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Кавитациоино эрозионная стойкость, мг/м, гс

Относительное удлинение, Й

6,1 0 5

6,7 1,0

4,5 г,о

6,0 0,5

Выход годого, Х от металозавалки