Высокопрочный чугун

Авторы патента:

ПЕТРИЧЕНКО АЛЕКСЕЙ МАКСИМОВИЧ

КРОПИВНЫЙ ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ

СОЛНЦЕВ ЛЕОНАРД АЛЕКСАНДРОВИЧ

ЗАЙДЕНБЕРГ АНАТОЛИЙ МОИСЕЕВИЧ

КОШЕЛЕВ ВИКТОР ИВАНОВИЧ

СТРЕЛЬНИКОВ АНАТОЛИЙ ЕФИМОВИЧ

C22C37/10 - содержащие алюминий или кремний

C22C37 - Легированные чугуны

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

SU 216236

А (51) 4 С 22 С 37/00 37/10 СЮС(;.Н) 11. 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ. тичности, ударной вязкости, пластичной износостойкости и снижения склонности к отбелу, он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.X:

2. Чугун по п. 1, о т л и ч а ювЂ” шийся тем, что соотношение титана к сере находится в пределах

10: 1 вЂ” 20: 1.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3697083/22-02 (22) 03 ° 02.84 (46) 07.03.86. Бюл. Р 9 (71) Харьковский автомобильнодорожный институт им. Комсомола

Украины (72) А.N. Петриченко, В.Н. Кропивный, Л.А. Солнцев, А.И. Зайденберг, В.И. Кошелев и А.Е. Стрельников (53) 669. 15-196 (088. 8) (56) Комсток Дж.Ф. Титан в чугуне и стали. М.: Иностранная литература, 1956, с. 117.

Патент США Р 3421886, кл. 75-123, опублик, 1969. (54)(57) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН, со. держащий углерод, кремний, марганец, магний, церий, титан, серу и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности, пласУглерод

Кремний

Марганец

Магний

Церий

Титан

Сера

Железо

3,0-4,0

2,5-3, 5

О, 1-0,4

О, 02-0, 08

0,005-0,01

О, 55-1, ОО

0,04-0,08

Остальное

1216236

Изобретение относится к металлур" гии, а чменно к изысканию составов чугуна для тонкостенных отливок, работающих при высоких механических нагрузках в условиях повышенного износа.

Цель изобретения вЂ” повышение прочности, пластичности, ударной вязкости, износостойкости и снижения склонности к отбелу.

В чугуне предложенного состава происходит подавляющее взаимодействие титана с серой в связи с тем, что при температурах модифицирования и кристаллизации высокопрочного чугу-1> на растворенный титан обладает более высоким сродством к сере, раст воренной в жидком чугуне, чем к углероду или азоту и приближается по величине к сродству с кислородом. Это значит, что в период модифицирования и кристаллизации расплава предложенного химического состава вероятность образования сульфидов титана сущест25 венно выше, чем карбидов или нитридов.

При концентрациях серы и титана в пределах, указанных в составе предложенного чугуна, титан будет преимуще;. твенно взаимодействовать с се-рой„ образуя карбосульфиды титана.

При содержании же серы, соответствующем чугуну известного состава (т.е, не более 0,22%), титан преимущественно будет соединяться с yr-- 35 леродом и азотом, образуя твердые, объединяющие расплав углеродом карбиды и карбонитриды титана, располагающиеся по границам зерен.

Пример . Проводят опробование предложенного состава чугуна в лабораторных условиях. Плавку чугуна ведут в индукционной тигельной печи емкостью 60 кг. В качестве шихтовых материалов используют ли- ейные и передельные чугуны, ферросплавы ч сернистое железо. Глобуляризирующую обработку расплава проводят в процессе заливки способом 50 внутриформе нного модифицирова ния смесью лигатур ЖКМ-2 и СЦЕИИШ-2 в соотношениях 10:1 вЂ” 5:1 при величине добавки 1,0-1,5Х от массы жидкого металла. Температура заливки "i5

1350-1450 С. Одновременно в этих же условиях проводят контрольные плавки известного чугуна. Химический состав полученных чугунов приведен в табл. 1.

Нижний предел содержания углерода (3 О) обеспечивает получение чугуна без отбела, а верхний (4,0) не позволяет кристаллизоваться чугуну с образованием графитной спели.

Пределы содержания кремния обеспечивают: с одной стороны (более или равно 2,5%), кристаллизацию чугуна без первичных карбидов, с другой (менее или равно 3,5)-наилучшее сочетание показателей ударной вязкости, прочности и пластичности. Невысокие пределы содержания марганца в чугуне также выбраны с целью получения высокой пластичности и вязкости.

При содержании марганца более 0,4% падает относительное удлинение чугуна, а при содержании марганца ме-. нее 0,1Х понижается предел прочности, Нижние пределы содержания магния в сочетании с церием обеспечивают получение шаровидной или, в случае необходимости, вермикулярной формы графита . При содержании магния более 0 08% в чугуне может образовываться в литой структуре цементит. Аналогично влияет и церий . Менее 0,005% церия уже не дает усиления эффекта модифицирования, а более 0,01 в сочетании с магнием может привести к появлению структурносвободного цементита в чугуне.

Наличие в составе чугуна титана и серы в присутствии магния и церия обусловливает преимущественное образование мелкодисперсных карбосульфидов титана размером 0,5-1,0 мкм, формирующихся при температурах выше начала эвтектической кристаллизации.

Эти включения, равномерно распределяясь в металлической матрице, измельчают зерно, способствуют увеличению сил сцепления между зернами и значительному повышению работы разрушения при ударных нагрузках.

Повышению механических свойств чугуна способствует дисперсионное упрочнение металлической матрицы карбосульфидами титана, кроме того, карбосульфиды титана, являясь дополнительными центрами кристаллизации, практически полностью устраняют отбеливающее действие глобуляризирующих элементов (Ng и Се), позволяя получать отливки с толщиной стенки до 4 мм без следов отбела. При

1? 16? 36 копрочного чугуна.

Содержание элементов, мас.7.

Соотношение Ti/Б

Углерод Кремний Марганец Магний Церий Ти- Сера тан, J- вЂ”.б.»-Предлагаемый чугун

2,9

2,4 0,05 0,01 0,001 0,50 0,03 17

25010002000505500414

3,0 0,31 0,05 0,008 0„7 0,06 12

3,0

3,5

4,0

3,5 0,40 0,08 0,010 1,0 0,08 12

2,6 0,20 0,03 0,007 0,8 0,06 13

3,3

4,2

3,6 0,50 0,10 0,02

Известный чугун

1 2 0 10 12

0,2 0,01 0,001 0,2 0,022 9

0,4 0,03 0 005 0,3 0,022 14

0,7 0,04 0 010 0 5 0,022 23

2,0

3,0

2,3

3,3

3,6

2,6 содержании титана менее 0,55X в структуре не образуется достаточного количества его карбосульфидов, что ведет к снижению износостойкости чугуна и уменьшению их упрочняющего воздействия на металлическую матрицу. Повышение в чугуне содержания титана сверх 1,0 отрицательно скаэыа вается не механических свойствах вследствие образования значительного количества крупных включений карбосульфидов титана, а также ферритизации металлической матрицы.

При содержании в составе чугуна менее 0,04Х серы наряду с карбосульфидами титана в структуре формируется значительное количество карбидов титана, располагакнцихся по границам зерен и также снижающих механические свойства чугуна. Кроме того, связывание титаном значительного количества углерода в соединениях типа TiC ведет к резкому повышению склонности чугуна к отбелу. При содержании серы более О,OBX происходит связывание значительного количества магния и церия в сульфиды и резкое снижение их модифицирующего влияния на формообразование графита, ведущее к снижению механических свойств высоМеханические иснытания высокопрочного чугуна проводились на разрывных машинах модели P-20 и маятниковом копре.

Испытания на износостойкость осуществлялись в паре со сталью У8А при смазке и удельном давлении 15МПа на машинах модели МИ-1M. Величину отбела определяли в клиновидной технологической пробе, Результаты испытаний представлены в табл. 2.

Данные испытаний свидетельствуют

15 о том, что по сравнению с известными чугунами предел прочности при растяжении предлагаемого чугуна повысился в 1,2-2,0 раза, пластичность в

1,8-3,5 раза, ударная вязкость в

20 1,3-1,7 раза, износостойкость вЂ” в

1,5-4,0 раза (табл. 2). При этом глубина отбела в клиновидных образцах снизилась в 2,5 вЂ” 3,5 раза.

Экономическая эффективность от

25 применения предлагаемого изобретения достигается за счет значительного увеличения долговечности и эксплуатационной надежности тонкостенных деталей, изготавливаемых из разра3д ботанного чугуна, и снижения метал лоемкости иэделий.

Таблица

1216236

Таблица 2

Ударная вязОтносительное удлинение, X

Твердость, Средняя

НВ скокость, Дж/см2 рость изнашиПредлагаемый чугун

0,44

207

2,0

450

227

0,32