Высокопрочный чугун

 

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к составам бетонных высокопрочных чугунов. Целью изобретения является повышение контактной прочности и предела контактной выносливости высокопрочного чугуна в отливках.Предложенный чугун содержит в мас.%: углерод 3,4-3,8, кремний 1,5-2,6,марганец 0,8-1,7, хром 0,06-0,2, никель 0,005-0,8, титан 0,02-0,06, медь О,32-1,45,магний 0,02-0,08, церий 0,09-0,17, кальций 0,02-0,06, алюминий 0,002-0,02, германий 0,003 - 0,08, нитриды циркония 0,025-0,08, лантан 0,002-0,03, железо - остальное . Чугун предложенного состава может быть использован для и зготовления деталей зубчатых передач. 2 табл. СО ел со со ю оо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„,SUÄÄ 1359328 А1 (51)4 С 22 С 37/04 г

" " 1 .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

5 ) ч

-н1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4075940/31-02 (22) 22.04.86 (46) 15.12.87, Бюл. У 46 (71) Всесоюзный заочный политехнический институт (72) Б.К.Святкин, M.È.Карпенко и Ю.Г.Серебряков (53) 669,15.196(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 773121, кл. С 22 С 37/10, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 985120Ä кл. С 22 С 37/04, 1982. (54) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к области литейного производства, в частности к составам бетонных высокопрочных чугунов. Целью изобретения является повышение контактной прочности и предела контактной выносливости высокопрочного чугуна в отливках. Предложенный чугун содержит в мас.7.: углерод 3,4-3,8, кремний 1,5-2,6,марганец 0,8-1,7, хром 0,06-0,2, никель

0,005-0,8, титан 0,02-0 06, медь

0,32-1,45,магний 0,02-0,08, церий

0,09-0,17, кальций 0,02-0,06, алюминий 0,002-0,02, германий 0,003—

0,08, нитриды циркония 0,025-0,08, лантан 0,002-0,03, железо — остальное. Чугун предложенного состава мое жет быть использован для изготовле-. ния деталей зубчатых передач. 2 табл. а ф

1359328

3,4-3,8

1,5-2,6

0,8-1 7

0,06-0,2

0 05-0,8

0,02-0,06

0,32-1,45

0,02-0,08

0,09-0,17

0,02-0,06

0,002-0,02

0,003-0,08

Титан

Медь

Магний

Церий

Кальций

Алюминий

Германий

Нитриды циркония

Лантан

Железо

25

0,025-0,08

0,002-0,03

Остальное

Дополнительное введение германия З0 микролегирует металлическую основу, измельчает графит, повышает склонность к бейнитному превращению повышает предел контактной выносливости и контактную прочность. При концентрации германия до 0,003 мас.7. графит в чугуне крупный, содержание бейнита в структуре низкое, а предел выносливости и контактная прочность недостаточны. При концентрации 40 германия более 0,08 мас. снижаются поверхностная твердость и прочность, что приводит к снижению контактной выносливости.

Нитриды циркония дополнительно 45 введены как эффективные модифицирующие добавки, служащие дополнительными центрами кристаллизации, измельчающими структуру, и повышающие контактную прочность, износостойкость 50 и предел выносливости. При концентрации нитридов циркония до 0,025 мас. их модифицирующий эффект, обеспечивающий микрорегулирование и измельчение структуры, недостаточен, а повышение контактной прочности и усталости недостаточен, а при увеличении их концентрации более 0,08 мас.X повышается содержание нитридов по

Изобретение относится к литейному производству, в частности к соссгавам бейнитных высокопрочных чугунов, используемых для изготовления деталей зубчатых передач.

Цель изобретения — повышение контактной прочности и предела контактной выносливости высокопрочного чугуна в отливках, работающих в услови- 10 ях трения.

Чугун предложенного состава содержит, мас. .:

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Никель границам зерен и снижаются предел выносливости и контактная прочноеть.

1 1

Лантан в количестве 0,002-0,08 мас.% стабилизирует аустенит, повышает твердость, контактную прочность и предел выносливости. При концентрации лантана до 0,002 мас.7 повышение твер дости и контактной прочности недостаточно, при увеличении концентрации лантана более 0,08 мас. бейнитная реакция при изотермической закалке идет не до конца, снижаются пластичность, передел контактной выносливости и прочность.

При концентрации углерода менее

3,4 мас.7, кремния до 1,5 мас.7. и марганца более 1,7 мас.7. в чугуне образуются эвтектический цементит и карбиды, снижающие пластичность и предел контактной выносливости, а при увеличении содержания углерода более 3 8 мас.7., кремния более

2,6 мас.7 и снижении содержания марганца менее 0,8 мас,X снижаются твердость, контактная прочность и выносливость. Хром, никель и титан в указанных пределах упрочняют матрицу, повышают контактную прочность. При концентрации их менее нижних пределов аустенита в литом состоянии в структуре не образуется и контактная прочность низкая, а при увеличении их концентрации выше верхних пределов образуются в структуре крупные карбиды, снижающие предел контактной выносливости, Модифицирующие добавки (магний

0,02-0,08 мас,, церий О, 09-0, 17 мас., алюминий 0,002-0,02 мас,X и кальций

0,02-0,06 мас.X) обеспечивают раскисление, измельчение графита и улучшение формы графита, способствуют упрочнению матрицы и очистке границ зерен, что обеспечивает повышение контактной прочности и стабилизации предела контактной выносливости.

При увеличении содержания модификаторов выше верхних пределов повышается концентрация неметаллических включений в чугуне, что снижает предел контактной выносливости, а при концентрации модификаторов ниже нижних пределов в чугуне не образуется компактных включений графита, снижаются механические свойства и контактная усталость.

Пример. Опытные плавки проведены в дуговой электрической печи

13593

Таблица 1

Состав чугуна, мас.Е

Компоненты

Известный

Предложенный

) 4 ) 3 1

2 ) 3

Углерод

4,0

3,8 3,2

1,5 1,2

1,7 0,4

3,4 3,6

3,4

2,8

2,6

2,0

2,3

Кремний

1;9

0 5

0,8

1,5

Марганец

0,4

0,02

0,2

0,15

0,2

0,06

Хром

Никель

0,8 0,01

1,45 0,06

0,05 0,7

0,5

1,9

1,05

0,31

0,15

Медь

0,06 0 01

0,02 0 001

0,08

0,03 0,02 0 05

Титан

0,15

0,04

0,002 0,01

0,020 0,03

Алюминий

0,06 0,003

О, 17 0,04

0,08 0,01

0,08

0,03

Кальций

0,07 0,09 0,12

0,19

Церий

0,1

0,02. . 0,07

0,04

Магний

0,003 0,03 0,08 Oi001

0,09

Германий

Нитриды циркония

0,025 0,05 0,08 0,002

0,2

0,05

0,03 0,001

0,002

0,02

Лантан

Осталь- Остал.ь- Осталь- ОстальОстальОстальЖелезо ное ное ное ное ное ное

3 с кислой футеровкой, В качестве шихтовых материалов используют чугунный и стальной лом, чушковые чугуны, возврат штампового производства, полуфабрикатный никель, брикеты нитридов циркония, медь, феррохром, титангерманиевая лигатура, редкоземельные металлы, ферросплавы и шлакообразующие материалы. По мере образования под электродами жидкого металла в 10 печь присаживают кварцевый песок и известь в соотношении 10:(1-2) в количестве, обеспечивающем к концу расплавления образование сплошного шлакового покрова (57 от массы метал- 1S ла). Содержание FeO в шлаке не пре28 4 вышало 10-12Х. Перегрев расплава

1480-1530 С, Брикеты нитридов циркония,измельченные до фракции 0,2-2,0 мм.

При выпуске расплава из печи в литейный ковш производят модифицирование присадкой металлического лантана, никель-магниевой лигатуры и сплава германия с титаном. Температуо ра модифицирования чугуна 1410-1440 С.

Из модифицированного чугуна отливают износостойкие отливки и технические пробы.

В габл.1 приведены химические составы высокопрочных чугунов опытных плавок.

1359328

Таблица 2

Чугун

Содержание в

ПовышеКонтактОтносительное

Временное сопроПредел контактной выная прочность, МПа ние контактной структуре бейнита,X удлинение, 7 тивление прочности,МПа носливости, MIIa при растяжении, МПа

Известный

24. 370

6,0

3-7

600

652

Предлагаемый

7,8

460

21-25

28-33

34-38

750

685

784

496

8,4

706

7,8

790

493

712

4-9

612

372

6,2

660

415

13-18

710

6,9

674

Определение содержания компонентов в высокопрочных чугунах проводят методом дифференцированного химического анализа. Усвоение элементов в чугуне составляет,7.: лантан 81-84; германий 85-88; нитриды циркония

89-92; магний 48-52.

В табл.2 приведены данные о механических свойствах и структуре высокопрочных чугунов в отливках. Механические свойства определены по стандартным методикам на образцах и отливках после изотермической выI

Повышение контактной прочности дано в процентах к нормальной (при

20 С и удельном давлении 1 МПа) контактной прочности при трении со смазкой и характеризует увеличение контактной прочности при трении без смазки и удельном давлении 10 МПа.

Приведенные в табл.2 данные свидетельствуют о том, что дополнительный ввод в состав чугуна германия, нитридов циркония и лантана приводит к существенному повышению контактной прочности и предела контактной выносливости чугуна в условиях износа. держки в расплаве солей при

320 350 о С

Поверхностную (контактную) прочность замеряют по методике НАТИ при контактном нагружении цилиндрических шестерен и предел контактов выносливости — на цилиндрических образцах с использованием машины МКВ-К по стандартной методике ГОСТ 2860-65. Точность изготовления образцов — не ниже 6 квалитета по СТ СЭВ 144-75, а параметр шероховатости рабочей части образцов — не более 0,32 мкм по

ГОСТ 2789-73. формул а изобретения

Высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром никель, титан, медь, магний, церий, кальций, алюминий и железо, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения контактной прочности и пре дела контактной выносливости, он дополнительно содержит германий, нитриды циркония и лантан при следующем соотношении компонентов,мас.7:

Углерод 3,4-3,8

Кремний 1, 5-2 Ä6

Марганец 0,8-1, 7

Хром 0,06 — 0,2

1359328

0,002-0,02

0,003-0,08

0 025-0,08

0,002-0,03

Остальное

Составитель А. Бармыков

Редактор И.Сегляник Техред JI.Cåðäþêoâà Корректор В.Бутяга

Заказ 6117/27 Тираж 605 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

r:

Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул.Проектная,4

Никель

Титан

Медь

Магний

Церий

Кальций

0 05-0,8

0,02-0,06

0,32-1,45

0,02-0,08

0,09-0,17

0,02-0,06

Алюминий

Германий

Нитриды циркония

Лантан

Железо