Высокопрочный чугун

 

Изобретение откосится к металлургии и может быть использовано при изготовлении крышек магистральных люков. Цель изобретения - повышение усталостной прочности при вибращш и хрупкой прочности. Новый чугун содержит , мас.%: С 3-3,6; Si 2,3-3,0; Мп 0,2-0,6; Mg 0,02-0,09; Ni 0,03- 0,15} Cr 0,02-0,15; Се 0,03-0,10; Си 0,05-0,10; А1 0,03-0,09; Са 0,02- 0,06V ZrN 0,01-0,07; Ti 0,002-0,008; В 0,002-0,01 и Fe - остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна В обеспечил повышение усталостной прочности в 1,06-1,11 раза и хрупкой прочности в 1,22-1,32 раза. 2 табл. СЛ

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

Республин (584 С 22 С 37 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

По ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНЯТИЯМ

tlPH ГКНТ СССР (21) 4192308/23-02 (22) 11. 02. 87 . (46) 23.12.88. Бюп. У 47 (71) Бакинский опытно-механический литейный завод им. Воровского (72) Ч.В. Вели-Заде, М.И. Карпенко, ШЛ. Шихмиров, E.È. Марукович и А.-N.Ò. Бабаев (53) 669. 15-196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 773121 кл. С 22 С 37/10, 1980.

Авторское свидетельство СССР

И 1154366, кл. С 22 С 37/10, 1984.

„„SU„„1446187 А I (54) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении крышек магистральных люков. Цель изобретения - повышение усталостной прочности при вибрация и хрупкой прочности. Новый чугун содержит., мас.Х: С 3-3,6 ó ° Si 2,3-3,0;

Nn 0,2-0,6; М8 0,02-0,09; Ni 0,030,15; Cr 0,02-0,15; Се 0,03-0,10;

Си 0,05-0,10; Al 0,03-0,09; Са 0,020,06; ZrN 0,01-0,07; Ti 0,002-0,008;

В 0,002-0,01 и Fe - остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна В обеспечил повышение усталостной прочности в 1,06-1, 11 раза и хрупкой прочности в 1,22-1,32 раза. 2 табл.

1446187

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для изготовления крьппек магистральных люков °

Цель изобретения — повьппение усталостной прочности при вибрации и хрупкой прочности.

Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предлага- 10 емого состава обусловлен следующим.

Введение в чугун 0,002-0,01 мас. бора, 0,05- 0,1 мас.X меди и 0,010,07 мас.X нитридов циркония в совокупности обеспечивает повышение усталостной прочности при вибрациях и хрупкой прочности. Отсутствие одного из дополнительно введенного компонента или содержание его в неоптимальных пределах не позволят 2р достичь повьппения усталостной прочности при вибрациях и хрупкой прочности.

Нитриды циркония при содержании

0,01- 0,07 мас X измельчают первич- 25 ную структуру, служат центрами кристаллизации, снижают скорость зарождения и роста микротрещин, повьппают демпфирующую способность в широком интервале температур, что приводит к повышению усталостной прочности при вибрациях и хрупкой прочности, -увеличивают величину деформации разрушения нри динамическом сжатии. Кон" центрация нитридов циркония принята от содержания, с которого начинается повышать усталостная прочность при вибрациях и ограничивается содержанием, вьппе которого повьппается содержанке в отливках неметаллических 40 включений и снижаются трещиностойкость и хрупкая прочность.

Медь в количестве 0,05-0,1 мас.X упрочняет и микролегирует матрицу, повышает величину деформации разрушения и механическую прочность, что приводит к повышению хрупкой прочности и сопротивляемости вибрациям. Пониженное содержание меди (до О, 05 мас. X) не обеспечивает существенного повы50 шения сопротивляемости вибрациям, а при увеличении содержания меди (более О, 1 мас.X) увеличивается лик.вация, неоднородность структуры

55 и повышается хрупкость.

Бор в чугуне является поверхностно-активным компонентом, улучшающим форму неметаллическнх включений, монолитность графита, повьппакшим трещнностойкость, что обеспечивает повьппение усталостной прочности и пластических свойств. Прн концентрации бора менее 0,002 мас. . укрупняется структура, снижаются пластичность, усталостная и хрупкая прочность. При увеличении концентрации бора (более

0,01 мас. ) снижаются трещиностойкость и пластичность, сопротивляемость чугуна остаточным напряжениям и усталости.

Содержание основных компонентов (углерод 3,0-3,6 мас., кремний 2,33,0 мас. . и марганец 0,2-0,6 мас. ) принято, исходя иэ практики производства чугунных крьппек люков для колодцев при литье в кокнль, и обеспечивает исключение образования эвтектического цементита в отливках, повышение пластических свойств, трещиностойкости и монолитности матрицы, что приводит к повьпнению хрупкой прочности, Увеличение содержания кремния (более 3 мас.%), углерода (более 3,6 мас. ) н снижение марганца (менее 0,2 мас.%) увеличивают неоднородность структуры, снижают пластические свойства, трещиностойкость и усталостную прочность.

При концентрации углерода менее

3 мас. X кремния менее 2,3 мас. X и марганца более О,б,мас. увеличивается отбел, снижается стабильность структуры и свойств, что приводит к снижению хрупкой н усталостной прочности.

Магний (0,02-0,09 мас.%), цернй (0,03-0, 1 мас. ) и кальций (0,020,06 мас.X) являются основными модифицирующими и раскнсляющими компонентами, улучшающими форму графита, очищающими границы литого зерна н повьппающими пластические свойства и усталостную.прочность. При уменьшении их концентрации (менее нижних пределов) их модифицирующий и раскнсляющий зффект незначителен, улучшение формы графита н механических свойств недостаточное, а при увеличеннч их концентрации (выше верхних пределов) повьнпается содержание неметаллических включений по границам зерен, неоднородность структуры, снижаются хрупкая и усталостная прочHOCTb4

Титан (0,001-0,008 мас./) и алюминий (0,02-0,09 мас.X) способствуют

14461 измельчению структуры и повышению динамической прочности, сопротивляемости вибрациям и остаточным напряжением но при повышении их концентЭ

5 рации (выше верхних пределов) ухудшается форма графита, уменьшаются хрупкая прочность и усталостная прочность чугуна в отливках.

Хром в количестве 0,02-0915 мас.7. и никель в количестве 0,03-0,15 мас.X микролегируют матрицу, повышают величину деформации разрушения, механическую прочность, что способствует повышению усталостной прочности при вибрациях и хрупкой прочности.

Ti р и м е р. Высокопрочные чугуны заэвтектического состава выплавляют в газовой лечи Петрашевского с использованием литейных чугунов, чугун- 20 ного лома, стального лома и ферросплавов. Для рафинирования чугуна используют известняк и плавиковый шпат, вводимые вместе с металлической шихтой соответственно в количест- 25 ве 2-3 и 0,1-0,37. от металлозавалки.

Среднеуглеродистый. феррохром и ферромарганец вводят в шихту, а азотированные комплексные лигатуры СЦР-ЗОН и СЦР-50Н, буру и магниевую лигату- 30 ру на основе никеля и меди, содержащую 6-87. РЗМ и 5-6Х магния, вводят в литейные ковши при выпуске металла из печи. Заливку модифицированного чугуна в литейные формы производят при 1350-1380 С для получения крышек люков, технологических проб и образцов. Крышки люков получают заливкой чугуна в металлическую форму (кокиль) °

И табл. 1 приведены химические составы высокопрочных чугунов опытных плавок.

Содержание ингредиентов в чугунах определяют по стандартным методикам количественного анализа, а нитриды циркония — по методике дифференцированного химического анализа. Угар

87

4 меди 18-227; магния 48-517.; бора

16-197 и церия 31-357.

В табл. 2 приведены механические свойства и сопротивляемость высокопрочных чугунов вибрациям и деформациям при динамическом сжатии. Отливки крышек проверяют на механическую и на хрупкую прочность. На образцах определяют временное сопротивление, относительное удлинение, усталостную прочность при вибрациях, величину деформации при динамическом сжатий по стандартным методикам испытаний.

Эталоном при испытании чугунов на демпфнрующую способность служит

ВЧ 45-5.

Как следует из табл. 2, дополнительный ввод в состав чугуна бора обеспечивает повышение усталостной прочности при вибрации в 1,06-1, 11 раза, а также увеличение хрупкой прочности в 1,22-1,32 раза.

Формула изобретения

Высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, магний, никель, хром, медь, церий, кальций, алюминий, титан, нитриды циркония и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения усталостной прочности при вибрации и хрупкой прочности, он дополнительно содержит бор при следующем соотношении компонентов, мас.7.:

Углерод 3, 0-3, 6

Кремний 2,3-3,0

Марганец 0,2-0,6

Магний О, 02-0, 09

Никель 0,03-0, 15

Хром 0 02-О, 15

Медь 0,05-0, 10

Берий 0,03-0, 15

Кальций 0,02-0,06

Алюминий 0 03-0,09

Титан 0,1)02-0,008

Нитриды циркония 0,01-0,07

Бор 0,002-0,010

Железо Остальное

1446187

Тебаядб

Содеркание ковпонентов, мас.Х

Иввест3ВЙ

3 3 2,3 0,30 0,05 О 03 0,22 0,02 0,08 0,20 0,05 1,1 -. 0,070 Остелвное йр едва» гвемб!

Зэ0 Зе0 Оэ2 Ое02 OеОЗ 0103 Оэ02 ОеОЗ Оэ02 Оэ01 Оэ05 Ое002 Оэ002

3,2 2,8 О 5 О 05 ° 0,06 0,05 0,05 0,06 0,1 0,05 0 08 .-0,005 0,005

Зэб 2е3 Окб Oå09 Од 1 Оэ 15 0 06 Оэ09 Оч 15 0 07 О 1 0 01 О!008

И р я и е е а я я е. Чутуя яввестяото составе содервят, мес.Х! 8н 0,031 Мо О,1! Ч 0,1 ° a вместо Cl - P3M.

Таблица 2

1а! з1

282

Ирбдла-гаеюей

З45

10,5

Составитель Н. Касторной

Техред Л.Олийнык Корректор Л. Патай

Редактор Н. Гунько

Заказ 6719/32 Тираж 595 Подписное

ВНИИДИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Иэвеат ива 28,5

2 . 42,0

3 48,О .!

З,4

12,2

372

347

44

132

f28