Чугун

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения литых деталей, работающих при высоких температурах под нагрузкой. Цель изобретения повышение критической нагрузки, вызывакщей пластическую деформацию в интервалах температур 673-813К, износостойкости, термостойкости и жидкотекучести. Предлагаемый чугун содержит компоненты в.следующем соотношении , мас,%: С 3,0-3,6; Si 1,8- 2,4;-Мп 0,005-0,04; V 0,05-0,14; Мо 0,1-0,5; А1 0,1-0,5; Ni 0,1-0,6; Сг 0,1-0,5; Та и/или Nb 0,15-0,35; Ti 0,01-0,50; Zr 0,2-0,8; Sb 0,05- 0,10; As 0,1-0,4; Fe ост. Чугун имеет следукнцие свойства: ..жидкотекучесть 128-135 мм; износ 0,093-0,0132 г, термостойкость 52-60 циклов до разру - шения, критическая нагрузка пластической деформации при 673 К 301- 368 МПа, при 873 К 278-346 МПа. 2 табл. W

СО10З СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН цц 4 С 22 С 37/10

ВОИ06393

ГАТЕЯтяд - т".к м ЧкГрй

Б БЙИО i A

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4235369/31-02 (22) 27.04.87 (46) 30.03.89. Бюл. Ф 12 (71) Белорусский политехнический институт (72) N.Ì.Áoíäàðåâ, В.M.Ìèõàéëîâñêèé, В .Н .Рыбаков, И.M.Громыко и Н,Б.Кузнецова (53) 669.15-196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 555163, кл. С 22 С 37/10, 1975.

Патент Англии Ф 1149401, кл. С 7 А, 1966. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения литых деталей, работающих при высоких температурах под нагрузкой. Цель изобретения—

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения литых деталей, работающих при высоких температурах под нагрузкой.

Цель изобретения — повышение критической нагрузки, вызывающей пластическую деформацию в интервалах температур 673 — 873 К, износостойкости, термостойкости и тидкотекучести.

Пределы содержания элементов в составе чугуна установлены экспериментально. Содержание углерода и кремния определено, исходя иэ обеспечения требуемой графитиэации сплава. Минимальное их содержание обес-

„„SU„„1468957 А1 повышение критической нагрузки, вызывающей пластическую деформацию в интервалах температур 673-813К, износостойкости, термостойкости и жидкотекучести. Предлагаемый чугун содержит компоненты в..следующем соотношении, мас.Ж: С 3,0-3,6; 8i 1,82,4;.Мп 0,005-0,04; Ч 0,05-0,14;

Мо 0,1-0,5; Al 0,1-0,5; Ni 0,1-0,6;

Cr О, 1-0,5; Та и/или Nb 0,15-0,35;

Ti 0,01-0,50; 7r 0,2-0,8; Sb 0,050,10; As 0,1-0,4; Fe ост. Чугун имеет следующие свойства:..жидкотекучесть

128-135 мм; износ 0,093-0,0132 r, термостойкость 52-.60 циклов до раэру шения, критическая нагрузка пласти- а ф ческой деформации при 673 К 301368 МПа, при 873 К 278-346 МПа.

2 табл.

С:

2 пЕчивает получение в чугуне при максимальном содержании карбидообразующих элементов, не более 10Х структурносвободных карбидов. Максимальное содержание углерода и кремния дбусловлено снижением износостойкостн и величины критической нагрузки, вызывающей пластическую. деформацию при содержании легирующих элементов на нижнем уровне, так и в термообработанном виде. Минимальное содержание ванадия и молибдена обеспечивает требуемый запас прочности и износостойкости при высоких температурах. Верхние пределы содержания этих элементов ограничены вследствие

1468957 их сильного отбеливающего действия, из-за чего снижается критическая нагрузка, вызывающая пластическую деформацию.

Сурьма в чугуне в количествах

0,05-0,17 способствует получению высокодисперсной перлитной структуры с количеством феррита не более 107..

Содержание сурьмы менее 0,05 приводит к ферритизации металлической основы чугуна, а выше 0 1Х огрубляет перлитную составляющую и снижает износостойкость и приводит к уменьшению критической нагрузки при пластической деформации.

Алюминий в составе сплава являтся сильным графитизатогом. Оксиды алюминия являются подложками для кристаллизации графита. Добавка алю- 2р миния нюше 0,57 приводит к сильной ферритизации матрицы, а ниже О, 17. не оказывает влияния на эффект графитизации. Содержание алюминия в пределах 0,1-0,57 йзмельчает включения 25 графита. Положительное влияние алюминия на износостойкость связано с появлением в составе чугуна эвтектоида структуры сложного карбида

Fe А1С„ взамен цементита. Присутствие 3р алюминия н пределах 0,1-0,57. исключает также образование газовой пористости н отливках.

Никель, введенный н сплав в количестве 0,1-0,6% за счет снижения температуры !! - ы превращения замедляет диффузию атомов углерода и образование графита н процессе перлитного превращения, тем самым поньппая прочность и "горячун" твер-. дость сплава.

Наличие н сплава указанного элемента способствует, кроме того, более равномерному распределению свойств по сечению отливки.

Ниобий и тантал очень близки между собой как по химическим свойствам, так и по влиянию на свойства сплавов системы Fe-С. Введение в состав чугуна ниобия и тантала способствует нерлитизации металлической матрицы и повышает дисперсность фаэ за счет образования сложных устойчивых карбидон Nb„C6 и Та „С, тнердость которых соответственно равна 83 и

82 ед HRA. Располагаясь .вдоль границ энтектических зерен, они препятствуют их росту, что повьппает критическую нагрузку пластической деформации и способствует снижению износостойкости чугуна. Содержание ниобия или (и) тантала на уровне 0,157 соответствует существенному увеличению порога начала пластической деформации. При содержании свыше 0,35 данные элементы ухудшают жидкотекучесть и износостойкость сплава вследствие образования сплошной сетки карбидов, Титан, начиная с добавок 0,017 оказывает сильное графитизирующее действие на чугун, Обладая большим сродством к азоту и кислороду, растворенным в чугуне, он образует многочисленные подложки для кристаллизации графитной фазы, измельчая графит.

При содержании свьш е 0,5 титан способствует образованию первичных карбидов, снижающих критическую нагрузку пластической деформации.

Хром при содержании до 0,5Х упроч,няет металлическую основу чугуна.

При концентрации свьппе 0,5Х хром повышает износостойкость, но снижает жидкотекучесть и критическую нагрузку пластической деформации за счет образования большого числа карбидов СГ23 6 H Cr7тС имеющих кубичес кую форму и служащих концентраторами напряжений при деформации и ухудшающих течение расплава по каналам литейной формы-.

Цирконий при вводе его в чугун в количестве 0,2-0,8 измельчает включение графита и оказывает положительное воздействие на металлическую основу чугуна. Повышение дисперсности матрицы и ее гомогениэации приводят к повышению критической нагрузки пластической деформации и износостойкости. При содержании свыше 0,8/ цирконий приводит к образованию карбидов, Такая структура способствует снижению прочностных свойств сплава при высоких температурах, Добавка циркония менее 0,27. способствует измельчению включений графита, но не упрочняет металлическую основу сплава.

Ввод мышьяка н количестве 0,10 4Х вызывает снижение температуры эвтектического превращения на 293 К и повышает температуру эвтектоидного превращения на 288 К и тем самым оказывает существенное влияние не только на графитообразование, но и

1468957 диаметром 16 мми высотой 100 мм по следующей методике.

Образец, закрепленный в приспособ-. ление, нагружают последовательно при одновременном нагреве по центру (673-873 К) и фиксируют нагрузку, при которой происходит деформация чугуна.

10 Свойства сплавов представлены в табл.2. Как видно из табл.2, введение в состав сплава мьппьяка и циркония повышает жндкотекучесть, критическую нагрузку пластической деформа15 ции сплава, а также его износостойкость и термостойкость.

20 Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, ванадий, молибден, алюминий, никель, хром, ниобий и!или тантал, титан, цирконий и железо, отличающийся тем, что, 25 с целью повышения критической нагрузки, вызывающей пластическую деформацию в интервале 673-873 К, износостойкости, термостойкости и жидкотекучести, он дополнительно со30 держит сурьму и мышьяк при следующем соотношении ингредиентов, мас,X:

Углерод 3,0-3,6

Кремний 1,8-2,4

Марганец 0 005-0,04

35 0,05-0,14

Молибден O,I-0,5

Алюминий 0,1-0,5

Никель 0,1-0,6

Хром 0,1-0 5

40 Тантал и/или ниобий

Титан

Цирконий

Сурьма

Мышьяк

Железо

0,15-0,35

0,01-0,50

0,2-0,8

0,05-0,10

0,1-0,4

0cтальное

Критическую нагрузку пластической 45 деформации определяют на образцах. на металлическую основу чугуна, что позволяет существенно повысить износостойкость, жидкотекучесть и термостойкость сплава, а также увеличить критическую нагрузку, при которой начинается пластическая деформация.

Выплавку чугунов производят в тигельной печи ЛПЗ-67. В качестве шихтовых материалов применяют металлиэованные окатьппи, возврат собственного производства, электродный бой, кристаллический кремний и ферросплавы. После расплавления окатышей и скачивании шлака в жидкую ванну догружают возврат и расплав перегревают до температуры 1723-1753 К.

Хром, молибден, ванадий и мышьяк вводят в расплав в виде ферросплавов

ФМЕ (58X Мо) и Bg — 1 (35X Ч), ферромьш ьяка (32% Лп) и феррохрома ФХ.

Цирконий, сурьму, алюминий и никель в виде кристаллической сурьмы СуО, электролитического никеля Н-З, алюминия АВ97 и циркония.

Расчет шихты для получеиия чугуна предлагаемого состава осуществляется с учетом усвоения кремния сурьмы, циркония и алюминия на уровне 85-90%, хрома, ванадия, никеля и молибденана уровне 75-SOX. Ниобий и тантал и сплав вводят в виде лигатуры ЖНБ (ВТУ)(КЗФ-6-67) с содержанием Nb+Ta — 25%. Усвоение лигатуры ЖНБ при температуре 1753 К составляет 65%.

Усвоение мышьяка из ферромышьяка составляет 70-80%.

Составы чугунов приведены в табл.1.

Испытания на износостойкость вроводят в режиме сухого трения скольжения (Ч = 1,2 м/с, Р = 30 кг/см ) и на машине NT-2, Ф о р м у л а изобретения

)468957

gi g е1! ! I

cp e В Ф В

O ел мм оо о б б ° Э В ! OOOOO о б о о

В о !

Ю о б о а б о !! !! с омае в б В ° ° б 1 оооооо ф 10

oоме

1 1 1 1 оооо ое

° б оо eюее е !!ео

1 б б. Э б б

OOO COO

Щ . ю . м о а

° 1 Э В б б

OO OOOO е «!! м е в е б б б б б б ac aoa

М е ее о-евое б 1 Э 1 В ° о о оооо е е ееое

° ° 1 1 б В оооооо алло ее ло -oВ 1 1 1 1 б оооооо

ngevwg g

° В 1 Э 1 Э оеооо

° Ю мв-wåå

° б 1 Э б Э ммм

an лоееол б 1 б 1 1 1

ФФ ln юъ ю Фъ Pl мmчвее

ln м1 м той б б б б б .I OOOQO

1468957

f à á ë è ö à 2

Критическая нагрузка пластической деформации, МПа

Износ, r

Состав чугуна

873 К

673 К

l (2) 105

270

О,!28 295

Составитель А.Османцев

Редактор И. Сегляник Техред !.яндык Корректор О Кравцова

Заказ 1320/27 Тира к 576 Подписное

ВЯИИПИ Государственного коыитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1!3035, Иосква, N-35, Рауаская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.уагород, ул. Гагарина,101

4

Жидкотекучесть, мм

132

128 !

41

ll7

0 0093 301

0 0l0l 319

0,0132 368

0,0120 287

0,0148 356

278

298

346

263

332

Термостойкость, количество циклов до разрушения

52

56

68