Чугун

 

Изобретение может быть использовано для изготовления отливок, работающих в условиях термоциклирования нагрузок при воздействии абразивной среды. Цель - повышение термостойкости, предела прочности на изгиб и ударной вязкости. Чугун содержит компоненты в следующем соотнощении, мас.%: углерод 2,2-2,8; кремний 0,4-1,П; марганец 9-12,0; хром 22-24,0; азот 0,01-0,05; магний 0,01-0,05; титан 0,10-0,30; железо остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна титана обеспечивает повышение термостойкости до 836-978 циклов, 6 при 900 с до . 240-265 МПа и а при 900 С до 16-19 Дж/см. I табл. S (Л со ел сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5!) 4 С 22 С 37/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4003798/22-02 (22) 06.01.86 (46) 07.06.87. Бюл. Р 21 (71) Днепропетровский инженерностроительный институт (72) А.В. Татарчук, С.Л. Бабченко, О.В. Пузырьков-Уваров, В.С. Савега, В. С. Назарец, Л.Д. Савега, Е.З, Заб.лоцкий, В.Н . Бурба, В.B. Ефремов, 3.И. Урбанский, N.Ô. Захаров и К.И. Тарасов (53) 669-15 †1 (088.8 (56) Авторское свидетельство СССР

У 859474, кл. С 22 С 37/10, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 582317, кл. С 22 С 37/10, 1977..SUÄÄ 1315510 А1 (54) ЧУГУН (57) Изобретение может быть использовано для изготовления отливок, работающих в условиях термоциклирования нагрузок при воздействии абразивной среды. Цель — повышение термостойкости, предела прочности на изгиб и ударной вязкости. Чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас.7: углерод 2,2-2,8; кремний 0,4-1,0; марганец 9-12,0; хром 22-24,0; азот 0,01-0,05; магний 0,01-0,05; титан 0,10-0,30; железо остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна титана обеспечивает повышение термостойкости до

836-978 циклов, 6в при 900 С до

240-265 МПа и а при 900 С до

16-19 Дж/см . 1 табл.

1315510

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке состава чугуна для отливок, работающего в условиях термоциклических нагрузок при воздействии абразивной среды.

Целью изобретения является повышение термостойкости, предела прочности на изгиб и ударной вязкости при 900 С.

Оптимальные пределы содержания химических элементов в разработанном чугуне обоснованы следующими аргументами.

Углерод в пределах 2,2-2,8 мас.% обеспечивает получение необходимого количества высокотвердых карбидов (Cr, Fe)„ C> обеспечивающих высокую износостойкость, а также регулирование степени эвтектичности чугуна, обеспечивающей необходимые литейные свойства. Уменьшение концентрации углерода (менее 2,2 мас,X) ведет к снижению количества карбидов (Cr, Fe)> C>, литейных свойств и увеличению склонности к образованию пористости. При содержании углерода более 2,.8 мас. структура становится заэвтектической, карбиды хрома приобретают форму крупных и грубых выделений, снижаются термостойкость и прочность чугуна, Кремний в пределах 0,4-1,0 мас., как и углерод, используется для регулирования степени эвтектичности чугуна, предопределяющей его литейные свойства и структуру. При содержании кремния менее 0,4 мас. снижаются литейные свойства и возрастает склонность к образованию пористости. Увеличение содержания его (более 1,0 мас.X) приводит к снижению термостойкости и прочности при высоких температурах, г1арганец в пределах 9,0-12,0 мас,X обеспечивает стабилизацию остаточного аустенита. При содержании марганца менее 9,0 мас. не обеспечивается получение металлической магрицы, состоящей из одного аустенита, в ней содержатся различные продукты эвтектоидного превращения аустенита (мартенсит, бейнит, сорбит, троостит), что является причиной нестабильнос— ти структуры при термоциклических нагрузках и снижения термостойкости.

При содержании марганца более 12,0 мас.X матрица приобретает крупнозернистое строение, увеличивается

Титан, имея высокое химическое сродство с азотом, образует в жидком чугуне нитриды и карбонитриды, являющиеся дополнительными центрами кристаллизации и обеспечивающие получение мелкозернистой структуры, 35 уменьшение в ней размеров эвтекти1 ческих колоний и устранение ее транскристалличности, что сопровождается повышением термостойкости, прочности и ударной вязкости. Благодаря высокой микротвердости нитриды и карбонитриды титана повышают износостойкость чугуна. Связывая растворенный в чугуне избыточный азот, титан устраняет склонность к образованию азотистой пористости. Влияние титана на величину зерна размеры эвтекти1 ческих колоний и соответственно на термостойкость и ударную вязкость существенно проявляется при содержании его не менее 0,1 мас,X., носит экстремальный характер и при содержании более 0,3 мас, . снижается. При приме-: нении более высоких концентраций ти гана также ухудшается жидкотекучесть чугуна и возрастает количество брака отливок по трещинам, в связи с

1 возникновением на межфазньгх границах концентраций напряжений.

25 транскристалличность, что ведет к снижению термостойкости и ударной вязкости, а также возрастанию склонности к образованию трещин в литье.

Хром в пределах 22,0-24,0 мас. обеспечивает получение в структуре гексагональных карбидов хрома (Cr, Fe)> C>, обладающих высокой микротвердостью. При содержании хрома менее 22,0 мас. в структуре помимо карбидов (Cr, Fe)„ C> имеются карбиды (Fe, Cr)> С, имеющие меньшую микротвердость. Поскольку последние имеют более разветвленную форму, то при их появлении увеличиваются непрерывность карбидной фазы и отклонение от принципа Шарпи, что ведет к снижению механических свойств и термостойкости. Увеличение содержания хрома (более 24,0 мас.%)приводит к увеличению количества крупных выделений карбидов хрома, возрастанию транскристалличности, снижению вязкости, ухудшению литейных свойств (ухудшению жидкотекучести и возрастанию объемной усадки), увеличению склонности к образованию трещин.

1315510

Азот в пределах содержания

0,01-0,05 мас. расширяет область существования устойчивого аустенита и обеспечивает получение нитридов и карбонитридов титана. При содержании азота менее 0,01 мас. не обеспечивается существенное изменение структуры и свойств чугуна, а при увеличении его концентрации (более

0 05 мас. ) возрастает склонность к 10 образованию пористости и трещин.

Магний, раскисляя жидкий чугун, уменьшает возможность образования окислов хрома и титана, которые в виде плен снижают жидкотекучесть чугуна, обеспечивает увеличение степени усвоения титана, а главное десульфирует чугун, что обеспечивает чистоту межзеренных границ от сульфидов, ухудшающих механические свой- 20 ства и термостойкость. При содержании магния менее 0,01 мас. не обеспечивается достаточная степень раскисления и десульфурации чугуна.

Увеличение содержания магния (более

0,05 мас. ) приводит к снижению степени его усвоения без увеличения степени окисления десульфурации и раскисления.

Пример. Чугун выплавляют в З0 электропечи с кислой футеровкой.

Шихта состоит из низкокремнистого предельного чугуна, стального лома и ферросплавов ° Необходимое количество азота в чугуне обеспечивают при- 35 садкой азотированного феррохрома.

Магний и титан вводят в металл после выпуска его из печи, используя металлический колокольчик. От каждой плавки отбирают пробы в виде болва- 40 кок диаметром 30 мм, отлитых в песчано-глинистых формах, из которых вырезают образцы для проведения металлографических исследований, металлических испытаний и определения термостойкости.

Термостойкость определяют термоциклированием (электронагрев до

900 С и охлаждение водой) на установке, обеспечивающей предварительное защемление торцов образцов. Мерой термостойкости является количество

Формула и з обретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, азот, магний и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения термостойкости, предела прочности на изгиб и ударной вязкости при температуре 900 С, он дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас. :

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Азот

Магний

Титан

Железо

2,2-2,8

0,4-1,0

9,0-12,0

2?-24,0

0,01-0,05

0,01-0,05

0,10-0,30

Остальное циклов до разрушения образцов из-за термоусталостных напряжений. Прочность и ударную вязкость при высоких температурах определяют через 3-5 с после электронагрева образцов до о

900 С. Металлографические исследования проводят на образцах после механических испытаний, анализируя микроструктуру шлифов, выполненных методом алмазной полировки, по месту разрушения образцов, Химический состав образцов и результаты механических испытаний приведены в таблице.

Анализ приведенных в таблице данных свидетельствует о том, что сурьма снижает эффективность влияния титана на структуру и свойства чугунов (плавки 4-11). Это связано с тем, что она взаимодействует с титаном, нейтрализуя его влияние на свойства чугуна, а также образует собственную хрупкую эвтектику по границам зерен, поэтому она исключена из состава разработанного чугуна (плавки 13-17).

Дополнительный ввод в состав предлагаемого чугуна титана обеспечивает по сравнению с известным повышение термостойкости, предела прочности при изгибе и ударной вязкости.

1315510

ПУтрн

Содерканне хнмнческнх элементов> мяс.X

Прочность яа нэ тнб лрн

900ас

МПа

ТермостойУдар» нал вяэ" кость лрн

900 С, III/ñì1

Ре кость, количество ннклов до раве"

Ру>ае» ння

> t

Невест» щлй I 1,70

0>80 8 ° 00 12>5 0>01 0>01 О>036 0>03

76,914 652

135 II

Остальное 718 170 14!

8,50 24,0, 0,05 0>07 0,015 0,25

3 3 00 260

Остальное 746

732

7В5

764, н

0>O5 " 768

12 2,10 0,30 8,50 20,5 0,005 0,005 0,043

Пред латае«, wh l3 2,20 0>40

9,00 22,0 O OI 0 01 0 035

O, IO Остальное 836

0>15 " " 892!

4 2,35 0,55 9,50 22,5 0,02 0>02 0,030

15 2,50 0,70 10,50 23>0 0>03 0>03 0,023

978

926

837

786

>> - 779

0,20

16 2,65 0,85 11>50 23 5 0 ° 04 0,017

I7 2,80 1,00 12 00 24,00 0,05 0,05 0,015

I8 3,00 1,10 12>50 24,5 0,06 0,06 0>О!5

0,25

0,30

0 35

l9 3;20 l,20 !3,00 25,0 0,07 0>08 0,015

0,40

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4, 2 2>35 1,70 13,25 18,2 0,03 0,04 0,018 О, 14

4 2,10 О,ЭО 8,50 20,5 0>005 0,005 0>048 0,01 0,05

5 2 20 0>40 9 00 22 О О 01 О 01 О 036 О 03 О 10

6. 2>35 0>55 9>50 22>5 0>02 0 ° 02 Ое033 0,08 0>15 798

7 2,SO 0,70 10>50 23,0 0,03 0,04 0,018 0,14 0,20 " " 826

8 2>65 0,85 11,50 23>5 0>04 0>05 0,016 0,19 0>25 " " " 812

9 2,80 !>00 12,00 24>0 0,05 О ° 07 0,015 0,25 0,30 - " - 804

10 3,00 1,10 12,50 24,5 0,06 0>08 0,015 0,26 0,35 " 770

11 3,20 1,20 13>00 25>0 0,07 0,09 0 ° 014 О ° 27 0,40

Составитель Н. Косторной

Редактор Н. Гунько Техред N.Моргентал Корректор И. Муска

Заказ 2320/28 Тираж 604 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

95 13

185 14

185 l $

190 15

220 16

230 15

235 14

235 13

240 12

180 15

240 16

24S !7

265 !Ф

265 18

255 17

24S l5

245 14