Высокопрочный чугун для отливок
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве станочного литья. Цельповышение предела выносливости при изгибе, относительного Удлинения, износостойкости при 600°с и ударной вязкости в отливках с толпщной, стенки 60-200 мм. Новый чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: С 3,2-3,8; Si 1,5-2,2; Мп 0,2-0,5; А1 0,2-1,0; Ni 0,4-1,2; Mo 0,1-0,3; V 0,12-0,28; РЗМ 0,02- 0,05; Sn 0,02-0,.1; Mg 0,03-0,07; NbN 0,11-0,27; В или Li 0,OY-0,03 и Fe остальное.Дополнительный ввод в состав чугуна NbN и В или Li обеспечивает повышение в 1,16- 1,24 раза, в 5,5-6,3 ной вязкости в 2,2-6,6 носостойкости при 600°с раза. 2 табл. раза,ударраза и изв 2,1-3,1 «о (/
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (ц 4 С 22 С 37/10
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4131495/31-02 (22) 23.06.86 (46) 15. 01. 88. Бюл. У 2 (7i) Всесоюзный заочный политехнический институт (72) Ю.Г.Серебряков, Б.К .Святкин, М.И.Карпенко, E.È.Марукович и С.М.Бадюкова (53) 669.15-196(088.8) (56) Заявка Японии У 54-31022, кл. С 22 С 37/04, 1979.
Авторское свидетельство СССР
9 924146, кл. С 22 С 37/10, 1980. (54) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН ДЛЯ ОТЛИВОК (57) Изобретение относится к метал-. лургии и может быть использовано при производстве станочного литья. Цель—
„„SU„„1366551 А 1 повышение предела выносливости при изгибе, относительного удлинения, износостойкости при 600 С и ударной вязкости в отливках с толщиной стенки 60-200 мм. Новый чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас.X: С 3,2-3,8; Si 1,5-2,2; Мп
0,2-0 5; Al 0,2-1,0; Ni 0,4-1,2;
Мо 0,1-0,3; V О, 12-0,28; Р3М 0,020,05; Sn 0,02-0, 1; Mg 0,03-0,07;:
NbN О, 11-0,27; В или Li 0,01-0,03 и Fe остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна NbN и В или Li обеспечивает повышение б,", в 1, 161,24 раза, d в 5,5-6,3 раза, ударной вязкости в 2,2-6,6 раза и износостойкости при 600 С в 2,1-3, 1 раза. 2 табл.
1366551
1Г
25
30 ных отливках.
50
Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для станочного литья.
Цель изобретения — повьш ение нредела выносливости .при изгибе, относительного удлинения, износостойкости при 600 С и ударной вязкости в от1 ливках с толщиной стенки 60-200 мм.
Выбор граничных пределов содержания компонентов обусловлен следующим.
Введение нитридов ниобия обусловлено тем,что они микролегируют металлическую основу и измельчают структуру, повышают ее стабильность служат центрами кристаллизации,что способствует повышению ударной вязкости и других упруго-пластических свойств. Введение до 0,11мас.X нитридов ниобия не обеспечивает достаточного количества центров кристаллизации в расплаве при затвердевании толстостенных отливок в песчано-глинистых формах, существенного измель- чения структуры в отливках и повышения упруго-пластических свойств.
При повьпнении концентрации нитридов ниобия более 0,27 мас.7 увеличивается количество дефектов кристаллических решеток металлической -..сновы, неметаллических включений по гранИцам зерен, ухудшается фактор формы графитных включений, повышаются термические напряжения, что снижает технологическую пластичность, трещиностойкость и ударную вязкость, Ванадий введен как эффективнй микролегирующий и нитридообразующий компонент, существенно измельчающий матрицу и графитные включения,обеспечивающий однородность структуры и повышение упруго-пластических свойств и их стабильность после от— пуска. Верхний предел концентрации ванадия (0,28 мас.%) обусловлен снижением технологической пластичности и увеличением отбела при более высоком его содержании и снижении упруго-пластических свойств после отпуска. При уменьшении концентрации ванадия менее О, 12 мас,X укрупняется структура, снижаются однородность графитных включений, динамическая прочность, предел текучести, увеличивается неоднородность структуры.
Иеталл из группы, содержащей бор и . литий, способствует распаду эвтектического цементита, очищает границы зерен, снижает загрязненность чугуна неметаллическими включениями, служит поверхностно-активными добавками, повьппает дисперсность структуры и упруго-пластические свойства. При концентрации их до 0,01 мас.% модифицируюший эффект недостаточен, а при повышении их содержания более
0,03 мас,% увеличивается неоднородность структуры, снижается технологическая пластичность и динамическая прочность.
Граничные параметры содержания углерода (3,2-3,8 мас.%) и кремния (1,5-2,2 мас.X) определены, исходя из практики производства высокопрочных чугунов с повышенными упругопластическими свойствами и мелкозернистой структурой.При концентрации углерода более 3,8 мас,X и кремния более 2,2 мас.% снижаются предел выносливости, ударная вязкость и другие механические свойства чугуна,а при концентрации углерода до
3, 2 мас.% и кремния до 1,5 мас.7 возрастают отбел и термические напряжения, снижаются трещиноустойчивость, ударная вязкость и другие пластические свойства в толстостенСодержание легирующих добавок (марганец 0,2-0,5 мас.7., молибден
0,1-0,3 мас.%,никель 0,4-1,2 мас.7., алюминий 0,2-1,0 мас.7) обусловлено существенным повышением технологической пластичности прочности и ограничено пределами, ниже которых технологическая пластичность и прочностные свойства недостаточные, а вьппе которых увеличиваются термичес— кие напряжения и снижаю я пластические свойства и предел выносливости при изгибе.
Введение церия в количестве 0,020,05 мас.7, олова 0,02-0,08 мас.7 и магния 0,03-0,07 мас.% обусловлено их высокой модифицирующей эффективностью и поверхностной активностью, которые в этих количествах обеспечивают повышение пластических свойств, трещиноустойчивости и технологической пластичности. Их содержание обусловлено пределами, обес-. печивающими получение дисперсной структуры в отливках с толщиной стенок 60-200 мм, шаровидного графита в чугуне и необходимых механических свойств, а также стабильную мелко13 зернистую структуру после термической обработки. .Плавку чугуна проводили дуплекспроцессом вагранка-индукционная печь с использованием в качестве шихтовых материалов литейных чугунов,стального лома и брикетов ферросплавов.Микролегирование чугуна брикетами нитридов ниобия, феррованадием ФВд2 или лигатурой ВдА-2, ферромолибденом и силикомарганцем СМ-17 проводили в электропечи в конце плавки при 15001520 С, а модифицирование ферроцерием; сплавами магния и микролегирование чугуна оловом, бором, литием и алюминием — непосредственно в раздаточных литейных ковшах, емкостью
2 т. Усвоение микролегирующих и модифицирующих компонентов составило, 7.: ванадий из феррованадия Вд2 8892; литий из сплавов алюминий-литий
86-88; нитриды ниобия из прессованных брикетов 87-92; церий из ферроцерия 75-78; и магний из его сплавов
51-54. Для определения отбела залива ют ступенчатые технологические пробы.
Хром и медь в отливках с толщиной стенок 60-200 мм снижают стабильФормула изобретения
Высокопрочный чугун для отливок, содержащий углерод, кремний, марганец, алюминий, никель, молибден, ванадий, редкоземельный элемент, олово, магний и железо, отличающийся тем,что, с целью повышения предела выносливости при изгибе, относительного удлинения, износостойкости при
600 С и ударной вязкости в отливках с толщиной стенки 60-200 мм, он дополнительно содержит нитриды ниобия и один элемент, взятый из группы, содержащий бор и литий, при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:
Углерод 3,2-3,8
Кремний 1,5-2,2
Марганец 0,2-0,5
Алюминий 0,2-1,0
Никель . 0,4-1,2
Молибден 0,1-0,3
Ванадий О, 12-0, 28
45 Редкоземельный элемент 0,02-0,05
Олово 0,02-0, 1
Магний 0,03-0,07
Нитриды ниобия 0 11-0,27
50 Один элемент иэ группы,содер- . жащей бор и литий
Железо ность структуры, технологическую пластичность и упруго-пластические свойства,поэтому они исключены из состава предложенного высокопрочного чугуна.
В табл. 1 приведены химические составы известного и предложенного чугуна. Содержание компонентов в высокопрочном чугуне определяют методом дифференцированного химического анализа по методикам ЦНИИчермета.
В табл. 2 приведены данные о механических и технологических свойст40 вах высокопрочных чугунов в отливках и образцах. Структура всех чугунов в отливках была феррито-перлитной с шаровидным графитом. Временное сопротивление, относительное удлинение, технологическая пластичность и предел выносливости при изгибе получены на стандартных образцах, а ударная вязкость,трещиноустойчивость и индекс загрязненности неметаллическими включениями определены на обО, 01-0, 03
Остальное
66551 4 разцах, вырезанных из отливок с толщиной стенок 60, 120 и 200 мм после отпуска при 580-600 C.
Как видно из табл. 2 упруго-пластические свойства для всех чугунов в пределах предлагаемого состава больше, чем у высокопрочного чугуна известного состава.
Как следует иэ табл. 2 дополнительный ввод в состав чугуна нитридов ниобия и бора или лития обеспепечивает по сравнению с известным чугуном повышение ударной вязкости в отливках с толщиной стенки 60200 мм в 2,2-6,6 раза; предела выносливости при изгибе в 1,16-1,24 раза; относительного удлинения в 5,5о
6,3 раза; износостойкости при 600 С
20 в 2, 1-3, 1 раза.
1366551
I, I
1 I 1 (U
K.!
СЧ М
С> O O
С> л л
O О О
>Г>
Ю
О
Ф
С> л
О щ
v o
О Х
О
I 1 м
О С> л л
О С>
cd I
1 !
Х м
О
O O л л
O O
>Г) ° С 4
О О л л
С С
Х л а л - оо
N Ф вЂ” Ф- СЧ O С 4 л л л л л л л л л
О О G 0 О 0 О O О
О д 2Ж Х
Х >О
Р4 М >Г\ С4 М О \ Ф вЂ” О 1
О О 0 О С G О О О
P л л л л л л л
С О О О О 0 О О О.:>
С> л
С>
>Х
Х а
С 4 л
С>
1,1 1 1
1 I 1 1
Х Я
I C0 Х
СЧ СО СЧ CO OO
С 4 N Ф вЂ” N СЧ D М С 4 л Ф л л л а л л л
О О О 0 G С G D О м л
С>
Ф
О
С>!
СЧ М С4 М O > М
Ф л л л л Ф л л
О О G О О O О О О м л
С>
С 4 СО О N СО О - С4 CO л л л л л л л л л
О О - О G - О - О
СЧ л
С>
I 1 !
1 I I I 1 !
С> л
М >Г! Л М >Г! Л О> >Г>
O О О G О О О 0 0
Ф л л л л Ф л л л
О О О О O О O О 0 м
0 л
О
О
О
Ц
>Г1 С 4 à — С4
Q Q Ф вЂ” Q Q r Q Ф— л л л л л л л л л
О О О О О O О O О
Е
d! >Х а Х
Х Х
ГГ > CC> С 4 >Л О Ф N С 4 л л л л л л л л
СЧ Ф вЂ” - N - С4 N
С 4 л
CO N W 00 N С4 М С 4 л а л л л л л л л
Q O - О О - О. и
Ф
Х
cd
ГФ
I а
00 л о
C4 N >Г> СЧ N >Г> W >Г> л л Ф л л л л л Ф
Q О О O О О О О О
Х
О
И
Е
О
Х
Х
K а
Г
Х а
Х ж
Х
Г
О
С 4 СО СО С 4 >Г> CO л л л л Ф л м м м м м м
1
О
CI д
Э Ф- Cf Х N М) .4 и О
Д >Б Г!! Х
ccI д а э
Ж Х K!
Ch - 00 I а л л 1
N .> М 1
1366551
Таблнца2
Показатели свойств
Состав чугуна
Известный
Времеяное сопротивление, Mla
Относительное удлинение, 2
2,2
12 ° 9
26
67 63 32
54 51 20
44 55
30 42!
18
42 40 8 19 30
200
2э4 Зэ0 2,7 2,Э 2 ° 6 5,1 3,9
5,2
2,8
3,4
2э6 ЭэЭ ЭэО . 2э5 2э7 7»2 4э5
2,8 . 3,5 3,1 2,6 2,9 8,6 5,1
120
3,2
3 6
9,0
3,3
3,9
Износостойкость прн 600эс,мг/и гс 250.
Предел выносливости прн из гное >
НПа
371
Э20
Технологическая пластичность прн
$80-680еС,X
100
Трецяноустойчивостьэ см
20-27
7-11
Редактор И.Сегляник
Заказ 6778i25 Тираж 593 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113!;!35, Москва, Ж-35, Раушская набээ д. 4/ 5
Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Ударная вязкость, Дн/смт, в отливках с толциной, мм
Индекс saris ненностн неметаллнческнмн включениями в центре отливок с толщиной стенок, эеэ 10 2
462 440 458 464 443 465 505 449 482!
3,8 13,2 13,2 13,9 13э8 2,7 9 9 10э4
65 62 59
52 49 45
40 38 32
112 96 78, 115 98 29 256 152 130
393 388 379 398 391 325 341 358 138 !42 144 142 146 143 103 118 118
5-10 6-10 3-9 4-10 18-25 14-18 3- f 7
Составитель Н.Косторной
Техред N.Äèäûê КорректоР 8.Бутяга
