Высокопрочный чугун

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве коленчатых валов. Цель изобретения - повьлпение усталостной прочности при температуре в термообрдботанном состоянии. чугун содержит мас.%: С 3,3-3-,9; Si 2,2-3,0; Ш 0,5ЧГ,9; Р 0,03-0,1; Ni 0,3-2,1; Mo 0,1-0,7; Mg 0,02- 0,04; La 0,005-0,008; Nd 0,003-0,006; Ez 0,001-0,003; Yt 0,008-0,010; Na 0,001-0,003 и Fe остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна Nd, Er, Yt и Na обеспечивает повышение предела усталостной прочности при 400 С в 1,02-1,1 раза. 2 табл. (Л

(19) (11) (5ц 4 С 22 С 37 1О

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

n0 HaOSPETEHNSM Vl ОТНРЫТН М

IlPH ГКНТ CCQP

Н AST0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4270053/31-02 (22) 19.05.87 (46) 30.12.88. Бкл. N 48 (71) Научно-производственное объединение по тракторостроению и Харьковский автомобильно-дорожный институт им. Комсомола Украины (72) М.П.Шебатинов, В.И.Канторович, В.А.Ротенберг, А.Л.Овсянников, Л.А.Солнцев, А.Г.Кпемешев, Л.Л.Костина, Н.Н.Змиевской, И.В.Лесовицкий, В.П.Вулыжин и А.М.Пучканев (53) 669. 15-196(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 850722, кл. С 22 С 37/10, 1981.

Авторское свидетельстве СССР

8 1057570, кл. С 22 С 37/10, 1983. (54) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве коленчатых валов. Цель изобретения - повышение усталестной прочности при температуре 400 С в термообработанном состоянии. Новый чугун содержит мас.X: С 3,3-3-;9;

Si 2,2-3,0; Ип 0,5- СГ,9; P 0,03-0, 1;

Ni 0,3-2,1; Мо Оэ1 Оэ7; Ng 0102

0,04; 1.а 0,005-0,008; Nd 0,003-0,006;

Ez 0,001-0,003; Yt 0,008-0,010; Na

0,001-0,003 н Fe остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна Ы, Ег, Yt u Na обеспечивает повышение предела усталостной прочности при 400 С в ф

1,02-1,1 раза. 2 табл. I 44 79 18

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для коленчатых валов.

Цель — повышение предела усталосто ной прочности при температуре 400 С.

Изобретение иллюстрируется примерами конкретного применения.

Выбор граничных пределов содержания компонентов обусловлен следующим. 10

Введение углерода и кремния в указанных пределах обеспечивает необходимые свойства предлагаемого высокопрочного чугуна. Присадка углерода и кремния в чугун меньше нижнего пре- 15 дела приводит к отбелу и ухудшению обрабатываемости получаемых отливок.

Присадка выше верхнего предела приводит к увеличению не только количества, но и размера включений графита 20 шаровидной формы, а также к нарушению однородности металлической основы в отливках, что в дальнейшем снижает усталостную прочность.

Содержание марганца меньше нижнего предела не оказывает существенного влияния на свойства чугуна. Введение марганца выше верхнего предела приводит к выделению карбидов в ли1той структуре, увеличению твердости ЗО и ухудшению обрабатываемости, а после нормализации — к повьппению твердости и снижению усталостной прочности, а следовательно, уменьшению долговечности коленчатого вала.

Присадка фосфора меньше нижнего предела не оказывает влияния на структуру и свойства чугуна. Содержание фосфора выше верхнего предела приводит к формированию фосфидных вклю- 4О чений значительного размера, что потребует увеличения модифицирующих элементов, а также сопровождается снижением прочности свойств чугуна.

Легирование высокопрочного чугуна g5 никелем и молибденом повышает прочностные свойства. Особенно сильно это влияние проявляется при воздействии высоких температур, что непосредственно связано с формированием мел- 50 козернистой литой структуры.Введение никеля и молибдена меньше нижнего предела практически не влияет на изменение структуры и механических свойств чугуна. Присадка никеля выше. верхнего предела нецелесообразна ни экономически, ни практически, поскольку его содержание бо лее 2,1Х начинает способствовать графитизации, а следовательно, изменению структуры чугуна. Присадка молибдена выше верхнего предела приводит к увеличению количества карбидов при нормализации, что резко повышает твердость и снижает усталостную прочность.

МодифициДование чугуна комплексом элементов обеспечивает однородную структуру и правильную шаровидную форму включений графита практически одинакового размера. При этом прон"ходит связывание примесных элементов и неметаллические включения правильной округлой формы. Взаимодействие модифицирующих элементов с деглобуляризаторами приводит к исключению их отрицательного влияния на механизм формирования включений графита шаровидной формы.

Присутствие в комплексном модификаторе натрия, имеющего малый атомный вес, обеспечивает глубокое очищение расплава от кислорода за счет большого сродства и быстрого всплывания окислов. Присадка эрбия значительно усиливает процесс обессеривания расплава, что существенно усиливает эффект модифицирования, приводя почти к полной сфероидизации включений графита и более равномерному их росту.

Оставшиеся мелкозернистые неметаллические включения при кристаллизации расплава оказывают существенное влияние на формирование металлической основы чугуна. В частности, находясь в расплаве в твердом состоянии, они выпол.няют роль зародышей, образуя в конечном итоге мелкозернистую структуру. Очищая границы зерен и изменяя их энергетическое состояние, модифнцирующие элементы приводят к существенному повышению прочностных характеристик чугуна в литом состоянии. При оптимальном режиме нормализации эти свойства значительно повышаются, обеспечивая высокие экс" плуатационные характеристики деталей.

Содержание модифицирующих элементов (каждого в отдельности) меньше нижней границы неэффективно, поскольку процесс модифицировання расплава чугуна протекает частично, а выше верхнего предела ведет к отрицательным результатам — происходит процесс перемодифицирования, т.е. при звтектической кристаллизации образуются включения графита пластинчатой формы, 144

Табли

Содержание химических элементов, нас.X

С Si Mn Cr Р Ni Mo Cu Ti

Чугун

3,20 2 10 0,04 0,15

1,80 О, 70 2,0 0,06

Извес гвый

Предлагаемый

О,ООЗ 0,30 О, 10

0106 1 50 Оьбо

3,30 2,20 0,50 ь

3,50 2,80 0,70

004 1,10 050

3,90 2,60 0,60

О 10 2 10 О 70

3, 70 3,00 0 90

° Ф

Продолжение табл.1

Содержание химических элементов, нас. Х

Nd . Т Се Er Ма Ре

Чугун

)

Извес гный 0,12 0,04 0,05 — - 0,06 — . - Осталь3tOO

Предлагаемый

0,02 0,006 0,004 О,О!О -. . 0,002 0,002

0,005 0,003 0,008—

0,001 0,003

0,003 0,00!

0,04

О, 02 О, 008- О, 006 О, 010

0,003 о 003,, 0,03 О,ОО7 О,OOS О,O09которые отрицательно сказываются на свойствах чугуна °

Пример . Выплавку чугуна проводят в дуговой электропечи ДСП-ÇA.

В расплав чугуна при 1773-1793 К вводят легьрующие элементы — никель гранулированный и ферромолибден. Перед выпуском из печи жидкого чугуна на дно ковша вводят лантан, неодим, иттрий, эрбий и натрий, модифицирование осуществляют металлическим магнием в автоклаве. Заливку проводят при

1653-1693 К, отливают коленчатые ва лы и образцы. Отливки подвергают нормализации по режиму: нагрев при

1133-1213 К, выдержка 1 ч, охлаждение на воздухе.

Химический состав выплавленных чугунов приведен в табл . 1, прочностные характеристики — в табл. 2, из которых. следует, что ввод в состав чугуна ИЙ, Er, Yt u Na обеспечивает повышение предела усталостной прочности при 400 С в 1,02-1,1 раза.

7918

Формул а изобретения

Высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфоР никель, молибден, магний, лантан и железо, о т л и ч à ro шийся тем, что, с целью повьппения усталостной прочности при 400 С, он дополни»

1р тельно содержит неодим, эрбий, иттрий и натрий при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:

Углерод 3,3-3,9

Кремний 2,2-3,0

16 Марганец 0,5-0,9

Фосфор 0,03-0, 10

Никель 0,3-2, 1

Молибден 0,1-0,7

Маг ний О, 02-0, 04 го Лантан 0,005-0,008

Неодим Pý003 О ° 006

Эрбий 0,001-0,003

Иттрий 0,008-0 010

Натрий 0 001-0,003

25 Железо Остальное. ца 1

144 7918

Та блица 2

Прочностные характеристики после нормализации

6, ИПа

Чугун вердость - НВ, ИПа, при С

Усталостная прочность 4„ МПа при е го 400

20 400

390,0 270,0 4200

3250

850

Предлаг аемый

2150

275,0 2400

925,0

970,0

298, 0 2800

2460

2400

290,0 2700

283,0 2550

952,0

936;0

2190

Составитель Н.Косторной

Редактор М.Недолуженко Техред М.Ходанич Корректор Л.Патай

Ъ Ю

Заказ 6813/32 Тираж 595 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета rto изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Известный (изотермическая . иакалка) 341,0

360,0

352,0

346,0