Чугун

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве отливок, работающих в условиях повторяющихся ударных нагрузок и абразивного износа. Цель изобретения - повышение ударно-усталостной долговечности, снижение склонности к образованию горячю трещин и улучшение износостойкости. Новый чугун содержит компоненты в следующем соотношении, масо%: С 2,8- 3,2; Si 0,8-1,2; Мп 0,3-1,0; Сг 10- 15; Ni 0,3-1,0; Ti 0,05-0,1; Се 0,005-0,1; N 0,01-0,02 V 0,2-0 -i; За 0,05-0,10; Fe - остальное,, Дополнительный ввод в состав чугуна V и Ва повысил ударно-усталостную долговечность в 1,16-1,44 раза, снизил склонность к трещинообразованию в 1,18-1,43 раза и улучшил износостойкость в 1,33-2,03 2 табл. S (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (Н) (5!) 4 С 22 С 37/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4143566/31-02 .(22) 06.11.86 (46) 15.05.88. Бюл. У 18 (71) Белорусский политехнический институт и Производственное объединение "Павлодарский тракторный завод" им. В.И.Ленина (72) В,М.Михайловский, М.М,Бондарев, Н.И.Бестужев, Е.И.Шитов, А.М.Руденко, Я.И.Гельбштейн, В.А.Чайкин и В,М.Ткаченко. (53) 669.15-196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 956594, кл. С 22 С 37/10, 1982.

Авторское свидетельство СССР

1)- 618442, кл. С 22 С 37/08, 1976. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве отливок, работающих в условиях повторяющихся ударных нагрузок и абразивного износа. Цель изобретения - повышение ударно-усталостной долговечности, снижение склонности к образованию горячи)( трещин и улучшение износостойкости.

Новый чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас.X: С 2,83,2; Si 0,8-1,2; Мп 0,3-1,0; Cr 1015; Ni 0,3-1,0; Ti 0,05-0,1; Се

0,005-0 ° 1; N 0,01-0,02 V 0,2-"0 ), Ва 0,05-0,10; Fe — остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна V u

Ва повысил ударно-усталостную долговечность в 1,16-1,44 раза, снизил склонность к трешинообразованию в

1,18-1,43 раза и улучшил износостойкость в 1,33-2,03 раза. 2 табл.!

395687

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработк» состава чугуна для отливок, работающих

В условиях повышенных ударно-цикли5 ческих нагрузок и абразивного износа.

Цель изобретения - повышение ударно-усталостной долговечности, снижение склонности к образованию гоРячих трещин и улучшение износостойкости.

Нижние пределы углерода и крем-! ния (2,8 и 0,8 мас. ) соответствен-! но выбраны исходя из технологичности сплава — обеспечения достаточной жид- 15 котекучести сплава (как правило !

cIIJIBB идет на изготовление тонкостен-! ! ного литья — дробеметные лопатки, ! бронеплиты трубных мельниц и т.д., толщина стенок которых не превьппает, 5-10 мм и поэтому обеспечение хорошей жидкотекучести является важным факто,ром получения качественного литья.

;Верхние пределы (3,2 и 1,2 мас. ) ,соответственно выбраны исходя из 25 ,необходимости обеспечения требуемой стойкости и износостойкости, вследст. вие образования при превьппении верхнего предела хрупких сложных эвтек- тических карбидов и менее термостой кого карбида типа Ме. С.

Марганец — карбидостабилизирующий ,,элемент, упрочняющий сплав. При этом !. он не образует собственные карбиды,, в связи с чем содержание марганца

; ограничено в пределах О, 3-1, 0 мас. .

35 При содержании марганца ниже нижне-!

ro предела образовавшийся при крис таллизации аустенит в случае быстро, го охлаждения, что имеет место при изготовлении тонкостенных отливок, частично распадается на перлит и мартенсит, Наличие перлита в структуре чугуна ведет к резкому повышению износа деталей. Присадка марганца вьппе верхнего предела не приводит к существенному упрочнению.

Содержание хрома в пределах 10—

15 мас.% обеспечивает кристаллиза— цию сплава по метастабильной диаграмме. Хром и ванадий — сильные карбидообразующие элементы, причем их собственные карбиды обладают значительно большей микротвердостью, чем карбиды железа и оказывают значительное влияние на твердость и износостойкость чугунов, Нижний предел по содержанию хрома (10 мас. ) гарантирует требуемую микро:труктуру с.. I:=â» (поста! очное коли ч cTBo и рас!!релеJH ние арбипсв, дпя обеспечения из носo(Tîéêîñ Tè) .

Вьппе верхнет о предела (15 мас, ) ухудшается форма и происходит укрупнение карбидов, что с буслав-!ивает снижение износостойкости и служебных свойств сплава.

Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна ванадия в количествах

0,2 — 0,6 мас,/ приводит к образованию карбидов и карбонитридов, которые равномерно расположены в металлической матрице сплава. Карбиды и карбо— нитриды ванадия характеризуются высокой дисперсностью (5-10 мкм) и микротвердостью (Н„ 9000-10000 ИПа). что способствует повышению износостойкости сплава. Вместе с тем ввод в состав чугуна ванадия улучшает его теплофизические свойства. Это связано с тем, что при кристаллизации повышается дисперсность продуктов распада аустенита, увеличивается количество карбидной фазы, что оказывает положительное влияние на улучшение теплопроводности. Склонность к образованию горячих трещин снижается.

Никель — сильный упрочняющий элемент. Нижний предел 0,3 мас, . обеспечивает достаточное упрочнение металлической матрицы. При верхнем пределе 1,0 мас. в сочетании с суммарным содержанием ванадия, титана, марганца и хрома обеспечивается максимальный упрочняющий эффект.

Церий и титан — сильные рафинирующие элементы, способствуют связыванию 0, S и Р в неметаллические включения и изменяют топографию их расположения, вытесняя с границ зерен и переводят непосредственно внутрь зерна. При этом значительно повьппаются силы молекулярно-механического сцепления, Ударно-усталостная долговечность повышается вследствие отсутствия неметаллических включений, препятствующих движению дислокаций. Наряду с этим церий и титан способствуют измельчению и улучшению формы карбидных включений и равномерному их распределению в матрице, что также повышает стойкость чугуна в условиях ударно-абразивного износа. Нижние пределы 0,005 и 0,05 мас.% соответственно — минимальная добавка, при которых ощущается их положительное

5687, 4 ров в минуту„ Образцы для испытаний на ударную усталость имели форму с размерами 10-10 55 мм, Испытания проводили при постоянной нагрузке

0 3 кГ. 3а критерий УУД принималось количество циклов нагружения до разрушения образца N„. Склонность чугуна к образованию горячих трещин определялась с помощью прибора конструкции ЦНИИТМАШ с усовершенствованной электрической схемой, Принцип действия этого прибора основан на преобразовании усилий деформации пружины, тормозящей линейную усадку залитого образца при его охлаждении, в пропор-. циональные изменения разности потенциалов.

Данная методика позволяет получать качественные зависимости склонности сплава к образованию горячих трещин от различных металлургических факторов в виде усилия Р, вызывающего образование горячих трещин в термическом

25 узле образца. Исследования проводились на образце длиной 500 мм и диаметром 16 мм, переходящего в термический узел диаметром 50 мм.

Износостойкость оценивали весовым

З0 методом. Образец диаметром 10 мм перемещался по понерхности абрази1 ного материала. Дисперсность.корунда, который служил в качестве абразивного материала, составляла 250-320 мкм.

Нагрузка на обра ец 1,5 кГ. Путь образца по поверхности составлял 50 м.

Скорость движения 0,8 м/с.

В табл.1 приведены химические сос- тавы предложенного и известного чугу40 нов в табл.2 — результаты испытаний о

I 19

Чугун, содержащий углерод, крем55 ний, марганец, хром, никель, титан, . церий, азот и железо, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью поньппения ударно-усталостной долговечности, влияние, Верхние пределы (0,1

0,1 мас. ) установлены исходя из принципа экономичности. Выше верхних пределов эффект прироста УУД и износостойкости незначительный, Азот — элемент, образующий прочные соединения с титаном, ванадием, такие как нитриды и карбонитриды, равномерно располагаясь в матрице, они способствуют увеличению общей твердости чугуна и особенно износостойкости. Нижний предел его содержания 0,01 мас. обеспечивает доста-, точное количество нитридов и карбонитридов для повьппения износостойкости сплава. Верхний предел(0,02 мас. ) установлен исходя из ограниченной растворимости азота в жидких железоуглеродистых сплавах. Барий частично рафинирует чугун от примесей. Основное назначение бария в составе износостойкого чугуна — снижение различий н коэффициентах теплового расширения фаз при кристаллизации и затвердевании чугуна, повышение его теплопроводности. Установленные пределы содержания бария в чугуне (0,05-0,10 мас. ) обеспечивают снижение образования горячих трещин.

Пример. Плавка исходного расплава чугуна осуществляется в индукционной пигельной печи емкостью 50 кг с кислой футеронкой тигля. После перегрева расплава до 1450 С осуществлялась доводка химического состава по основным и легирующим элементам. В качестве ферросплавов использовались: азотированный феррохром

ФХ 400Н, ГОСТ 4?57-67 (Cr 68 ., N 5 ), ферромарганец ФМп 0,5, ГОСТ

4755-70 (Мп 85 ); ферротитан Ти 1, ГОСТ 4761-67 (Ti 30%); феррованадий Вд 1, ГОСТ 4760-49 (V 40 ); электролитический никель, цериевый мишметалл ИЦ-40, ЦИТУ-05-20-67 (Се Зб ); барий в виде ферросилиция с барием ФС 65 Ба7, ТУ 14-5-16084 (Ва 8 ). Усвоение элементов из ферросплавов, : Cr 65-75, N 65-75, Ип 85-90 V 70, Ti 60-70,- Усвоение

Ni 85-90Х, Се 60-70, Ва 70-80 .

Для сравнительных испытаний известного и предложенного чугунов на ударно-усталостную долговечность использонали специальную установку, реализующую односторонний изгиб ударного образца без надреза сосредоточенным ударом н центре с частотой 400 удаКак следует из табл,l дополнительный ввод в состав предложенного чугунами и Ва обеспечивает по сравнению с известным повьппение ударно-усталостной долговечности в 1,16-1,44 раза, снижает. склонность к образованию горячих трещин в 1,)8-1,43 раза и улучшает износостойкость н 1,332,03 раза.

Формула из о бретения

10 !

Таблица I

Пред соде яие

Химический состав, нас.X

Ио Се HK ТЧ II Ce ЗЬ V Вв Fe

Иввестный !

П радлова»30@i

Cpegssl 2,8 1,8 4,3 7, 1,8 0,3 0,15 0,25 0,25 - - Остальное

Нииний 2 8 0,8 0,3 10 0,3 0,0$ 0,01 0,005 - 0,2 0;05

Средний 3,0 I 0 0,6 12 0,6 0,07 0 015 0 005 " 0,4 0,07

Верпиий 3,2 I ° 2 1,0 15 I 0 О, I 0,02 О, l - 0,6 О, 1

Т аблица2

Свойства

Пределы содержания

Чугун

Линейная усадка,Х

Из но со стойкость, г ууд, Nk l0 циклов

1,2

102

2,18

105

Средний

Известный

Предложенный

2,0

0,9

121

122

Нижний

0,66

1,88

1 37

140

Средний

1,80

146

0,59.152

Верхний

П р и м е ч а н и е. Испытания проводились на образцах, подвергнутых закалке с последующим охлаждением в струе воздуха. о

Температура аустенизации 920 10 С.

Составитель Н.Косторной

Редактор Т,Лазоренко Техред Л.Сердюкова

Корректор И.Муска

Заказ 2468/27 Тирам 594

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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

5 1395687 снижения склонности к образованию горячих трещин и улучшения износостойкости, он дополйительно соДержит ванадий и барий при следующем соотноше5 нии компонентов, мас.X:

Углерод 2,8-3,2

Кремний 0,8-1,2

Марганец 0,3-1,0

Хром

Никель

Титан

Це рий

Азот

Ванадий

Барий

Железо

Усилие образования горячих трещин, P кГ

10-15

0,3-1,0

0,05-0,1

0,005-0,1

0 0l-О,О2

0,2-0,6

0,05-0,10

Остальное