Высокопрочный чугун для массивных отливок

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве массивных отливок. Цель изобретения - повьшение технологической пластичности и ударной вязкости , а также снижение остаточных термических напряжений. Новый чугун содержит мас.%: С 3,4-3,7; Si 1,8- 2,2; Мп 0,08-0,18; Ni 0,15-0,30; Mg 0,05-0,08; V 0,03-0,08; Cr 0,02- 0, 0,01-0,08; Sb 0,001-0,03; Ti 0,005-0,02; Си 0,003-0,04; Се 0,002-0,01; Bi 0,001-0,002; Са 0,003- 0,02; La 0,002-0,01; В(С, N) 0,012- 0,05; TaN 0,005-0,03 и Fe - остальное . Дополнительный ввод в состав чугуна Са, La, карбонитридов бора В(С, N) и нитридов тантала TaN, обеспечили повышение технологической пластичности в 1,1-1,2 раза, ударной вязкости в 1,8-2,5 раза, а также снизило остаточные термические напряжения в 1,71-1,89. 2 табл. а |j0a

СООЭ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИН (l% (11) А1 (11 4 С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTEY

АО, ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н ь втоискавм свидатовс там (21) 4258194 !31-02

- (22) 08.06.87 (46) 23.12.88 Бюл. У 47 (71) Гомельский политехнический институт (72) Н,И, Карпенко, И.Г. Иитрошкин, ЕИ. Иарукович, И.И. Дудорова, Я.С. Резник и Д.Н. Каржов (53) 669 ° 15-196 (088.8) (56) Патент ГДР У 158113, an С 22 С 37/04, 1982 °

Патент Франции У 2486100, кп, С. 22 С 1!10, 1982 ° (54) ВЬК ОКОПРОЧЯИЙ ЧУГУН ДЛЯ МАССИВHbK ОТЛИВОК

1 (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано нри производстве массивных отливок. Цель изобретения - повышение технологической пластичности и ударной вязкости, а также снижение остаточных термических напряжений. Новый чугун содержит мас.7.: С 3,4-3,7; Si 1,82, 2; Nn О, 08-0, 18; Ni О, 15-0, 30;

Ng 0,05-0,08; V 0,03-0,08; Cr 0,020,06; Мо 0,01-0,08; Sb 0,001-0,05;

Ti 0,005-0,02; Си 0,003-0,04; Се

0,002-0,01; Bi 0,001-0,002; Са 0,0030,02; Ьа 0,002-0,01; В(С, Б) 0,0120,05; TaN 0,005-0,03 и Fe — остальное. Дополнительно ввод в состав чугуна Са, Ьа, карбонитридов бора

В{С, N) и нитридов тантала TaN, обеспечили повышение технологической пластичности в 1,1-1,2 раза, ударной вязкости в 1,8-2,5 раза, а также снизило остаточные термические напряжения в 1,71-1,89. 2 табл.

144б 188

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для массивных лигых деталей.

Цель изобретения — повышение ударной вязкости, технологической пластичности, а также снижение остаточных термических напряжений.

Карбонитриды бора вводят в высоко-1О прочный чугун для снижения микропористости, повышения стабильности структуры в толстостенных отливках и технологических средств. При концентрации их до 0,012 мас.X однород- 15 ность и дисперсность структуры чугуна в отливках недостаточны, а нри повыпении концентрации карбонитридов бора (более 0,05 мас.X) отмечается снижение технологической пластичнос- 2р ти, стойкости чугуна в условиях ударньи нагрузок, жидкотекучести, трещиностойкости, что приводит к уменьшению эксплуатационной стойкости массивных литьи деталей. 25

Дополнительное введение нитридов тантала стабилизирует процесс моди@ицирования и повышает гомогенность чугуна в толстостенньи отливках, измельчает структуру и повышает технологическую пластичность. При концентрации нитридов тантала до 0,005 мас.7 гомогенность чугуна в толстостенных отливках и его технологические свойства недостаточны, а при концентра" ции более 0,03 мас.% снижаются упругонластические свойства, трещиностойкость и технологическая пластичность.

Никель (0,15-0,30 мас.%) микропегирует матрицу, повышает прочность,,@ плотность, диснерсность и однородность структуры, технологические и пластические свойства в отливках, что обеспечивает стабильность упругопластических и эксплуатационных 45 свойств. При концентрации до О, 15 мас. 7 легирующее влияние на стабильность структуры и механические свойства проявляется слабо, а при увеличении содержания никеля (более 0,3 мас.%) снижаются ударная вязкость, трещиностойкость и технологическая пластичность

Кальций используется в качестве раскисляющей и микролегирующей до55 ,бавки, очищающей границы зерен и повышающей гомогенность структуры и свойств чугуна, При концентрации кальция до 0,003 мас.X его микролегирующий. эффект недостаточен, а технологические свойства чугуна низкие, а при концентрации кальция более

0„02 мас.7. снижается гомогенность структуры и однородность свойств в толстостенных отливках.

Введение ванадия в количестве

0,03-0,08 мас.X микролегирует матрицу, снижает микропористость, повышает однородность и плотность чугуна, усталостную прочность, стабильность технологических и механических свойств. При концентрации ванадия до 0,03 мас.7. микролегирующий эффект и повышение прочности и технологических свойств проявляются слабо, а верхний предел содержания ванадия обусловлен увеличением склонности к трещинам и снижением в отливках пластических свойств и эксплуатационной стойкости в условиях высоких статических и динамических нагрузок.

Медь вводят в качестве эффективной микролегирующей добавки, измельчающей структуру матрицы и графита, которая существенно повЬппает пластические и технологические свойства, Влияние меди и никеля усиливается в присутствии молибдена (0„010,08 мас.%), хрома (0,02-0,0б мас.X), сурьмы (0,001-0,05 мас.X), висмута (0,001-0,002 мас.%) и церия (0,0020,01 мас.X). Однако при увеличении их концентрации выше верхних пределов усиливается отбел на поверхности отливок, снижаются однородность структуры, технологические свойства, а при концентрации менее нижних пределов их влияние на механические и технологические свойства незначительно, При увеличении содержания меди (более 0,04 мас.%) усиливается ликвация, неоднородность структуры и свойств.

Лантан вводят в качестве сфероидизирующей добавки, повышающей количество шаровидного графита в толстостенных отливках, упругопластические и технологические свойства. Модифицирующий эффект лантана при концентрации до 0,002 мас.7 незначителен, а при содержании более 0,01 мас.7. снижается технологическая пластичность и повышается угар модификаторов, включая и магний, содержание которого принято в обычных количествах.

Таблица 1

Содержание, мас.%, в составе чугуна

Компоненты предлагаемом (г известном

3,7

3,3

3,4

3,4

Углерод

2,2

2,0

2,0

Кремний.1

1/л46

Висмут вводят vRK поверхностноактивную лпбавку, усиливающую стабильность эффекта от легирования карбонитридами бора и нитридами тан5 тала. При содержании висмута до

0,002 мас.% эффект незначителен, а при увеличении содержания (более

0,01 мас.%) снижается стабильность структуры, ухудшаются форма графи- 10 та и технологические свойства.

Чугун выплавляют в открытых индукционных печах с использованием литейных чугунов, чугунного лома, возврата прессового цеха, никеля, фер- 15 рованадия, ферромарганца, меди, феррохрома, карбонитридов бора, брикетов нитридов тантала, ферролантана, ферроцерия и других ферросплавов, Феррохром, марганцовистый никель, 20 брикеты нитридов тантала, карбонитриды бора, ванадий и ферромарганец вводят в электропечь, а висмут, церий и магний — в литейные ковши.

Заливку модифицированного расплава производят в песчано-глинистые формы.

Усвоение нитридов тантала 90-94Х, карбонитридов бора 91-96%, кальция

66-?OX. Угар ванадия 8-10Х висмута 32-37Х лантана 29-32%, магния 30

44-48%. Температура чугуна при заливке форм 1370-1380 С.

Химический состав чугунов опыт" ных плавок приведен в табл. 1; ме -ханические и технологические свойства чугунов — в табл. 2.

Остаточные напряжения определяют на решетчатых технологических пробах, а жидкотекучесть, трещиностойкост ь 40 и технологическую пластичность — на стандартных технологических пробах.

Образцы для механических испытаний и исследования структуры вырезают непосредственно из отливок с толщиной 45 стенок 100-400 мм. Эталоном при исследовании структуры и технологичес188 ких свойств служит высокопрочный чугун.

Как видно из табл. 2, механические и технологические свойства предлагаемого чугуна вьппе, чем у известного. Предлагаемый вькокопр очный чугун обеспечивает более высокую технологическую пластичность, ударную вязкость и более низкие остаточные напряжения в отливках, чем известный высокопрочный чугун.

Формула изобретения

Высокопрочный чугун для массивных отливок, содержащий углерод, кр емний, марганец, никель, магний, ванадий, хром, молибден, сурьму, титан, медь, церий, висмут и железо, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения ударной вязкости, технологической пластичности, а также снижения остаточных термических напряжений, он дополнительно содержит кальций, лантан, карбонитриды бора и нитриды тантала при следующем соотношении компонентов, мас.X:

Углерод 3,4-3, 7

Кремний 1,8-2,2

Марганец О, 08-0, 18

Никель О, 15-0,30

Mar ний О, 05-0, 08

Ванадий 0,03-0,08

Хром 0,02-0,06

Молибден 0, 01-0, 08

Сурьма О, 001-0, 050

Титан 0,005-0,020

Медь О, 003-0, 040

Церий 0,002-0,010

Висмут 0 001-0,002

Кальций 0,003-0,020

Лантан 0 002-0,010

Карбонитриды бора О, 012-0, 050

Нитриды тантала 0,005-0,030

Железо Остальное

1446188

Компоненты

Содержание, нас.Х, s составе чугуна предлагаемом эвесте

0,2

Марганец

Никель

0,18

О, 12

0,08

О 23

0,15

0,2

0,30

0,07

0,07

0,05

0,08

0,03

0,1

0,05

0,08

0,04

0,02

0,05

0,06

0,08

0,03

0,08

0,05

O 02

0,02

0,01

0,04

0,02

Медь

0,01

О, 007

Церий

Карбонитридь бора

0,05

0,03

О, 012

Нитриды тантала

0,03

0,01

0,02

0,01

0,01

О, 003

О, 001

0,002

О, 002

Остальное

Остальное Остальное Остальное

Таблица 2

Показатели для чугуна

Свойства известного предлагаемого

Временное сопротивление, Q,,ИПа, при толщине стенок ь У

100 мм

680

730

612

450

641

595

535

370

250 мм

400 мм

492

280

Магний

Ванадий

Хром

Молибден

Сурьма

Титан

Кальций

Лантан

Висмут

Железо

0%001

О, 005

0,035

0,010

0,01

О, 001

О, 005

0,003

0,002

О, 005

0,003

0,002

О, 001

Продолжение табл.1

1 (2 3

1446188

Продолжение табл 2

Свойства

)la аЮФЮФВ Ю ЮВ

Ударная вязкость, Дж/см2, при толщине стенок

30

56

21

42

45-56

40-47

Повьппение трещиностойкости, % 12-16

32-38

Жидкотекучесть по спирапьной пробе, мм

765-790

680-710 720-750

560-620

Величина остаточных технических напряжений в отливках, МПа

15-19

21-25 18-22

36-39

2880-3960 3080-3220 3170-3230

Сопротивляемость задиру, МПа . 2150-2530

Относительная технологическая пластичность, %

134-140

128-135 136-142

Редактор Н. Гунько

Заказ 6719/32

Подписное

Тираж 595

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

100 мм

250 мм

400 мм

Составитель Н. Косторной

Техред Л.Олийнык Корректор С.Шекмар