Чугун

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении чугунных деталей, работающих в условиях низких температур до - 40°С. Цель изобретения - повышение хладостойкости. Новый чугун содержит, мас.%: C 3,15-4,05

SI 2,02-2,73

MN 0,15-0,45

NI 0,01-0,20

РЗМ 0,005-0,060

MG 0,008-0,05

AL 0,012-0,092

CU 0,02-0,14

CA 0,003-0,04

TI 0,008-0,084

ZR 0,001-0,012

B 0,0004-0,0029 и FE-остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна TI, ZR и B позволил повысить хладостойкость (при T= -40°С) в 1,38-1,69 раза и трещиностойкость - в 1,42-1,8 раза. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 437184?/31-02. (22) 26.01.88 (46) 28.02.90; Бюл. У 8 (71) Институт проблем литья АН УССР (?2) В.И.Литонка, Н.Н.Бех, В.В.Венгер, И.В.Ткачук, С .П.Димитриев, Е.А.Ерышканов и Ю.П.Щитков (53) 669.15-196(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР В 998561, кл. С 22 С 37/00, 1981.

Авторское свидетельство. СССР

У 773121, кл. С 22 С 37/10, 1979. (54 ) ЧУГУН (») Изобретение относится к металлургии и может быть использовано

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для деталей, рабо- тающих в условиях пониженных температур.

Цель изобретения — повьппение хладостойкости и трещиностойкости.

Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предложенного состава обусловлен следующим.

Содержание углерода в чугуне выбрано из необходимости наилучшего со» четания литейных и эксплуатационных свойств металла: при менее 3 1 5 мас. Ж углерода появляется опасйость появления усадочных раковин, а верхний предел этого элемента (4,05 мас.Х) ограничен реальным его содержанием в чугуне при различных вариантах шихты.

„„80„„154651 1 при изготовлении чугунных деталей, работающих н условиях низких темпео ратур до -40 С. Цель изобретения— повьппение хладостойкости. Новый чугун содержит, мас,Х: С 3,15-4,05

Si 2,02-2,73; Мп 0,15-0,45; Ni 0,01 —.

0,20; Р3М 0,005-0,060; Mg 0,0080,05уAl Ор01 2 — Оу 092;.CuОу02-Оу1 4 у

Са 0,003-0,04; Т1 0,008-0,084,у

Zr 0,001-0,012; В 0,0004-0,0029 и Ге остальное. Дополнительный ввод н состав чугуна Ti Zr и В позволил повысить хладостойкость (при +

-40 С) н 1,38-1,69 раза и трециностойкость — в l 42-1,8 раза, 2 табл, Пределы содержания кремния выбраны для обеспечения устранения отбела отливок, большого количества феррита, повышения плотности и высоких

СЛ значений хладостойкости и трещиностойкости. При менее 2,02 мас.X кремния появляются усадочные дефекты и повышается доля перлитной составля- © ющей структуры, что снижает уровень рассматриваемых свойств металла.

Верхний предел содержания кремния (?у 73 мас.Е) ограничен из-эа опасности появления силицидон железа, которые, несмотря на большое количество феррита, уменьшают хладостойкость и, являясь концентраторами

Ь напряжений, понижают трешиностойкость чугуна.

При содержании и чугуне марганца менее О, 15 мас. i! заметно снижается сопротивление материала разрушению

1546511 из-эа слабого легирования феррита, а при более 0,45 мас.% марганца увеличивается доля перлита, что охрупчивает чугун и снижает его хладостойкость и трещиностойкость, Никель повышает квазиизотропность и, упрочняя феррит, вызывает увеличение разрушающих нагрузок чугуна.

Этот эффект начинает пронвг ятьсн при

0,О1 мас.Х данного элемента, а при более 0,020 мас.% никеля вследствие его перлитизирующего действия снижаются хладостойкость и трещиностойкость, 15

Медь, как и никелЬ, легирует чугун и повышает сопротивляемость его нагрузкам, в том числе ударным, однако при более 0,14 мас.% этот эффект заметно снижается иэ-за увели20 чения доли перлита в структуре.

Редкоземельные металлы (РЗМ) нейтрализуют влияние предных примесей и стабилизируют получение чугуна с высокими эксплуатационными характеристиками . в предлагаемых количествах (0,005-0,06 мас.%) РЗИ увеличивают число центров графитизации, а при более 0,06 мас,X проявляется обратное влияние РЗМ вЂ” отбеливаю"

ЗО щее, вызывающее снижение хладостойкости и ударостойкости чугуна, Иагний в выбранных количествах (0,008-0,05 мас.X) обеспечивает совместно с РЗМ, кальцием и цирконием. изменение формы графита от пластинчатой до компактной и шаровидной.

При этом нижний предел магния явлнется достаточным для получения высокопрочного чугуна при содержании

РЗИ около верхнего предела. Верхний предел магния ограничен опасно" стью появления отбела, хрупкостью и снижением хладостойкости.и..трещиностойкости материала, Титан и алюминий, являясь графи45 тизирующими элементами, ув еличивают количество феррита в структуре чугуна и, обладая. химическим сродством к кислороду, рафинируют расплав, вызывая повышение пластичности и сопротивление разрушению металла.

Титан, кроме того, измельчает струк-, туру, повышая уровень прочности чугуна. При количествах менее

0,008 мас.% титана и 0,012 мас.X алю«55 миния влияние их на работоспособность чугуна не заметно, а при более 0,084 мас.% титана и 0,092 мас. X алюминия появляется опасность их десфероидиэирующего действия, появления неметаллических включений и как следствие, снижение механических характеристик чугуна.

Кальций рафинирует чугун и увеличивает число центров кристаллизации, благодаря чему повышается коли- . чество феррита и растут хладостойкость и трещиностойкость чугуна, При менее О, 003 мас.% этого элемента его положительное влияние не проявляется, а при более 0,04 иас.% кальция в чугуне трудно достичь необходимых свойств из-за,его ничтожной растворимости и большого химического сродства к кислороду, сере и другим компонентам состава чугуна.

Цирконий в предлагаемых количествах> как и кальций, измельчают кристаллическую структуру чугуна, повышая сопротивляемость последнего разрушению при отрицательных температурах и препятствуя распространению трещин. При менее 0,001 мас.X цирконин его действие незначительно, а превьш ение его содержания

0,012 мас.% вызывает затвердевание чугуна с образованием охрупчивающих фаэ, снижающих работоспособность изделий.

Бор действует как присадка, измельчающая зерно, раскисляющая и дегазирующая расплав. При менее

0,0004 мас.% бора его действие не проявляется, а при более 0,0029 мас.X появляется опасность охрупчивания

;из-за образования карбидов и карбоборидов.

Чугуны выплавляли в электропечи, необходимые добавки ферросплавов (ферросилиций, ферромарганец, ферросиликоРЗМ, ферротитан, силикокальций, ферросиликоцирконий, ферробор) и легирующих материалов (никель, медь, алюминий) вводили в печь или ковш при выпуске металла иэ печи, а модифицирование проводили в литейных формах — лигатуру типа ФСМг: (ТУ14-5-134"86) измельчали до фракций 1 -5 мм и помещали в реакционных камерах литниковой системы.

В качестве показателя хладостойкости чугуна применяли величину его ударной вязкости при температуре минус 40 С, которую определяли на о

1, стандартных образцах. сечением 1 0

«10.мм, длиной 55 мм, беэ надреза

1546511 ные металлы, магний, алюминий, медь, ! кальций и железо, о т л и ч а ю

m и и с я тем, что, с целью повышения хладостойкости и трещиностойкости, он дополнительно содержит титан, цирконий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.X:

Таблоllsl

Сода рнанна компонентов, нас. 2

Са ТТ Zr В S P

Предлонанньо!

0,014 0,02

0,012 0,14

0,070 0,09

0>092 0,04

О, 044 0,06

0,057 0,08

О, 088 0,05

О, 009 О, 013 О, 005 О, 0029 0,011 О, 07 О, l l Остальное

Э ° 57 2,42 0,15

3 ° 15 2,68 0,31

3,89 2,02 0,19

4,05 2,14 0,30

3,68 2 35 0 45

Э,18 2 ° 73 0,22

3,70 2, 61 0,19

0>031

0,020

О, О! 9

О, 050

О,О34

О,ОО8

0,0! 1

0,20 0,011

0,09 0,023

0,01 0,017

О,!2 0,005

0>03 0,010

0>II 0,055

О,04 О,О6О

О, 013

0,022

О, 003

0,032

0,040

0,030

Яввествы!!

0,008 0,06 0,39

0,012 0,03 0,08

О08 0012 0030 0014 045 0047

095 0124 0083 028 065 0020

4201 ° 5025

2,84 3,4 1 ° 11.Т аб лица 2

Предложенный

2

4

6 . 7

Известный

74

66

76

68

62

ЬО

79

76

83

78

72

42

49

5 (ГОСТ 9454-78). Образцы вырезали из клиновидных проб (ГОСТ 7293-85).

Трещиностойкость чугунов изучали на образцах сечением 20"40 мм, длиной 180 мм, с шевронным надрезом, в котором предварительно выращивали усталостную трещину. Иснытания о образцов при температуре минус 40 С проводили на машине ПД-10, оборудованной специальной камерой для охлаждения образцов.

Химические составы известного и предложенного чугуна и уровень их свойств приведены в табл. 1 и 2, Как следует из табл. 1 и 2, дополнительный ввод в состав предложенного чугуна Ti Ег и В позволил по сравнению с известным чугуном повысить ударную вязкость (КС) при низкой температуре -40 С в 1,381, 69 раза и трещиностойкость К!с .1,42-1,8 раза.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, редкоземельУглерод

Кремний

Марганец

Никель

Редкоземельные металлы 0,005-0,060

Магний 0 008-О 050

Алюминий О, 012-0, 092

Медь О, 02-0, 14

Кальций 09003 0,04

Титан О, 008-0, 084

Цирконий О, 001-0, 01 2

Бор 0,0004-0,0029

Железо Остальное

В качестве примеси чугун содержит серу менее 0,01 5Хв фосфора менее 0,1 2Х и хрома менее О, 237..

0,084 0,009 0,0004 0 009 О,!2 0 17

О, 008 О, 001 О, 001 3 О. О! 0 О, 04 О, 03

О, 024 0, 003 О, 0011 О, 01 5 О, 03 О, 06

0,061 0.012 0,0017 0,012 0,06 0,14

0,038 0,007 0,0009 0,013 0,08 0,13

О, 065 О, 006 О, 001 6 0 01 1 О, 04 0 23