Чугун

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве чугунных отливок. Цель изобретения - повышение работы зарождения трещин и уменьшение ударно-эрозионного износа. Новый чугун содержит, мас.%: С 2,6 - 3,2

SI 0,8 - 1,4

MN 0,4 - 1,2

CR 10 - 15

N 0,01 - 0,02

V 0,4 - 0,8

РЗМ 0,013 - 0,055

NI 0,4 - 1,0

TI 0,05 - 0,1 и FE остальное. Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна TI и NI позволил повысить работу зарождения трещин в 1,3 - 2,08 раза и уменьшить ударно-эррозионный износ в 1,25 - 2,08 раза. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„;, 1574669 (g))g С 22 С 37/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР

1 (21 ) 4377562/31-02 (22) 11.02.88 (46) 30.06.90. Бюл. Р 24 (71) Белорусский политехнический институт (72 ) P.È.Тумасян, В.Ф.Соболев, В.С.Оганесян, М;М.Бондарев, В.M,MèõàéëîBñêèé и Е.И.111итов (53) 669.13-196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 618442, кл. С 22 С 37/08, 1974.

Авторское свидетельство СССР

Р 494427, кл. С 22 С 37/06, 1974.

Изобретение относится к металлургии, в частности к составу чугуна для отливок, работающих в услввиях повышенных ударных нагрузок и ударноэрозионного износа.

Цель изобретения — повышение рабо. ты заро;бдения трещин при ударном нагружении и уменьшение ударно-эрозионного износа.

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

Нижние пределы углерода и кремния (2,6 и 0,8 мас.Х) выбраны исходя из технологичности сплава — обеспечения достаточной жидкотекучести (как пра-. вило сплав идет на изготовление тонкостенного литья — дробеметные лопатки, импеллера и т.д., толщина стенок которых не превышает 5-10 мм (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве чугунных отливок. Цель изобретения — повышение работы зарождения трещин и уменьшение ударнозрозионного износа. Новый чугун содержит, мас.Е: С 2,6-3,2; Si 0,8-1,4;

Мп 0,4-1,2; Cr 10-15; М 0,01-0,62;

V 0,4-0,8; РЗМ 0,013-0 055; Ni 0,41,0; Ti 0,05-0,1 и Fe остальное..

Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна Ti u Ni позволяет повысить работу зарождения трещин в

1,3-2,08 раза и уменьшить ударноэррозионный износ в 1,25-2,08 раза.

1 табл. и поэтому обеспечение хорошей жидкотекучести является важным фактором получения качественного литья). Верхние пределы (3,2 и 1,4 мас.7) соответственно выбраны исходя из обеспечения требуемой стойкости и износостойкости вследствие образования при превышении верхнего предела хрупких сложных эвтектических карбидов и менее термостойкого карбида типа Ме С.

Марганец — карбидостабилизирующий элемент, упрочняющий сплав, При этом он не образует собственных карбидов, в связи с чем содержание марганца ограничено в пределах 0,4-1,2 мас.

При содержании марганца ниже нижнего предела образовавшийся при кристаллизации аустенит в случае быстрого охлаждения, что имеет место при изготовлении тонкостенных отливок, 1574669 частично распадается на перлит и мартенсит, Наличие перлита s структуре чугуна ведет к резкому повышению темпа ударно-эрозионного износа деталей.

Присадка марганца выше верхнего предела не приводит к существенному упрочнению сплава.

Содержание хрома в пределах 1015 мас.X обеспечивает кристаллизацию сплава по метастабильной диаграмме. Хром", а также ванадий — сильные карбидостабилиэирующие элементы. Причем их собственные карбиды обладают значительно. большей микротвердостью, чем карбиды железа, и оказывают значительное влияние на твердость и износостойкость чугунов. Нижний предел по содержанию хрома (10 мас.X) гарантирует требуемую микроструктуру спла-. ва (достаточное количество и распре.деление карбидов, для обеспечения износостойкости) ° Выше верхнего предела (15 мас.X) ухудшается форма и ,. происходит укрупнение карбидов, что обусловливает снижение сопротивления ударно-эрозионному износу, Ванадий в составе чугуна в количес. твах 0,4-0,8 мас,Х способствует образованию карбидов и карбонитридов, которые равномерно расположены в металлической матрице сплава. Карбиды и карбонитриды ванадия характеризуются высокой дисперсностью (5-10 мкм) и микротвердостью (Нкв. 9000—

10000 МПа), что способствует повы- 35 шению износостойкости сплава.

Никель — сильный упрочняющий элемент. Нижний предел 0,4 мас.7 обеспечивает достаточное упрочнение металлической матрицы. При верхнем пре- 40 деле- 1,0 мас.X в сочетании с суммарным содержанием ванадия, титана, марганца и хрома обеспечивается максимальный упрочняющий эффект — работа зарождения трещин повышается °

Титан — рафинирующий элемент, связывая 0, 8 и P неметаллические включения, способствует частично удалению их из расплава. Нижний предел

0 05 мас.ь титана установлен доста- 50 точным рафинирующнм воздействием, верхнее ограничение О, 1 мас.Ж в связи со стабилизацией рафинирующего эффекта.

Азот - элемент, образующий проч- 55 ные соединения с титаном, ванадием, такие как нитриды и карбонитриды, равномерно располагаясь в матрице, они способствуют увеличению общей твердости чугуна и особенно износостойкости в условиях ударно-эрозионного воздействия. Нижний предел его содержания 0,01 мас.Х обеспечивает достаточное количество нитридов и карбонитридов для повышения износо-, стойкости сплава. Верхний предел (0,02 мас.Ж) установпен исходя из ограниченной растворимости азота в жидких железоуглеродистых спл; вах.

Применение репкоземельных элементов Се, La, Nd, Pr u Sm основано на их рафинирующем действии. Связывая

О, S u P в неметаллические вклк ения, изменяют топографию расположения неметаллических включений, вытесняя их с границ зерен и переводят последние непосредственно внутрь зерна. При этом очищаются границы зерен, значительно повьш аются силы молекулярномеханического сцепления, что является важным, так как неметаллические включения, располагаясь по границам зерен, тормозят движение дислокаций при пластической деформации металла, вызывая его разрушение, Работа зарождения трещин при ударном нагруже нии повышается. Нижнее ограничение по Се, Lа, Nd, Pr u Sm (0,005; 0,0019

0,001; 0,005; 0,001 мас.7) связано с малой эффективностью их действия.

Верхний предел (0,02; 0,01; 0,01;

0,01; 0,005 мас.7) соответственно обусловлен увеличением степени переохлаждения и опасностью их отбеливающего действия на чугун. Действие этих элементов. особенно эффективно при совместном их вводе, устраняется зернограничная сегрегация фосфора, снижается микроликвация кремния, что положительно сказывается на показателях работы зарождения трещин.

Плавку чугуна осуществляли в индукционной тигельной печи емкостью

50 кг с кислой футеровкой тигля. о

После перегрева расплава до 1450 С осуществляли доводку сплава по основным и легирующим элементам. В качестве ферросплавов и специальных присадок использовали: азотированный феррохром ФХ 400Н, ГОСТ 4757-67, (Cr-687., N-5X); ферромарганец CNn

0,5, ГОСТ 4755-70, (Ип-352); ферротитан THI ГОСТ 4761-67, (Tl. ЗОБ); феррованадий Вд?, ГОСТ 4760-69, (V — 40_#_); электролнтический никель, цериевый мишметалл Ml(-40, !Ц!ТУ-05-20-67, (Се 36Х). Усвоение элементов

74669

Результаты сравнительного анализа свойств чугуна известного и предложенного составов

Химический состав, мас. X

Чугун

С Si Mn Cr

Мо

Р3М

V Al

2 1 1 0 1 0 19 0 0 45 0 5

2,6 0,8 0,4 10 0,4

2,9 1,1 0,8 12 0,6

3,2 1,4 1,2 15 0,8

1,0

0,17

0i 013

0,034

0,055

Известный

Нредложенный

5 1,5 из ферросплавов, Я: Cr 70-85; N 65"

75; Мп 85-90; V 70; Ti 60-70. Усвоение Ni равно 85-90Х, Се, Ьа, М

Pr и Бш — 70-90Х. Достижение равных концентраций по неодиму, лантану и праэеодиму осуществляли вводом в чугун чистых элементов неодима, лантана и праэеодима °

Пробы для изготовления образцов на механические испытания отливали в сухой песчаной форме (тип II no

ГОСТ 7293-79). Затем иэ них вырезались стандартные образцы сечением

10х10х55 мм без надреза для испыта" ний на ударный изгиб. Ударные испытания проводили по ГОСТ 9454-78 на ротационном копре типа PCO с осциллографированием процесса разрушения, позволяющем с помощью диаграмм ударного разрушения оценить работу зарождения трещин.

Ударно-эрозионный износ исследовали на ударно-эрозионной установке при встречной скорости струи 70 м/с с образцом диаметром 8 мм при напоре водопроводной воды 0,2 ати.

Ударно-эроэионный износ оценивали по потере массы испытуемых образцов.

Химические составы исследуемых чугунов, показатели работы эарождения трещин и ударно-эрозионного износа представлены в таблице.

Как следует из таблицы дополнительный ввод в состав предложенного чугуна Ti u Ni позволяет по сравнению с извес гным чугуном повысить работу зарождения трещин в 1,3-2,08 раза и уменьшить ударно-эрозионный износ в 1,25-2,08 раза.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, крем= ний, марганец, хром, азот, ванадий, редкоземельные металлы и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения работы зарождения трещин и уменьшения ударно-эрозион20 ного износа, он дополнительно содержит никель и титан при следующем соотношении компонентов, мас.7.:

Углерод 2-,6-3, 2

Кремний 0,8-1,4

25 Марганец 0,4-1, 2

Хром i 0-15

Азот 0,01-0,02

Ванадий 0,4-0,8

Редкоземельные металлы

Никель

Титан

Железо

1574669

Продолжение таблицы

Химический состав, мас.Я

Свойства

Чугун

Работа зарождения трещин, КДж

Известный

Предложенный

Составитель И.. Косторной

Техред 5, Сердюкова Корректор В. Кабаций

Л.Пчолинская.

Заказ 1759

Тираж 484

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина, 101

0,05.

0,01

0,015

0,02

0,4 0,7

1,0

Ост.

0,05 Ост.

0,07 Ост.

0,1 Ост.

Ударно эрозионный износ мг/.м ° ч

Ю

О, 75х10

P 6 104 р,45х1р

0,36х10

0,45

0,60

0,75

0,80