Высокопрочный чугун

 

Изобретение относится к высокопрочным чугунам преимущественно для массивных отливок. Целью изобретения является повышение технологических свойств и улучшение структурных характеристик чугуна. Высокопрочный чугун содержит, мас.%: 3,4-3,7 С; 1,8-2,2 SI; 0,38-0,78 Мп; 1,15-3,30 NI; 0,05 0,08 Mg. 0,36-0,98 V; 0,02-0,06 Cr; 2,01-3,03 Mo; 0,005-0,02 Y; 0,003 -0,04 Cu; 0,002-0,01 Ce; 0,003-0,02 Ca; 0,003-0,02 Al; 0,005-0, 0,001-0.05 Sb: 0,003-0,05 Bi; 0,002-0,01 La; 0,012-0,05 NbfC.N), остальное - железо. Изобретение позволяет повысить (7В в отливках толщиной 300, 550 и 700 мм соответственно до 721 -760, 685- 735 и 582-646 МПэ, ударную вязкость, технологическую пластичность, трещиностойкость при термоциклировании в интервале 20;pi100G0C, при этом уменьшается склонность к образованию микропустот и пор и уровень остаточных напряжений Кроме того, увеличивается количестоо шаровидного /рафита, диаметр графитных включений составляет 250-400 мкм 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК.а )з С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4754781/02 (22) 22,08.89 (46) 23.09.91. Бюл, М 35 (75) M.È.Êàðïeíêî, Е.И.Марукович, С. М, Бадюкова и Е.M. Назарчук (53) 669,13.018.2(088;8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1446188, кл. С 22 С 37/10. 1988.

Авторское свидетельство СССР

М 1585374, кл. С 22 С 37/10, 1988. (54) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к высокопрочным чугунам преимущественно для массивных отливок. Целью изобретения является повышение технологических свойств и улучшение структурных характеристик чугуна.

Высокопрочный чугун содержит, мас.,ь;

3,4 — 3,7 С; 1,8 — 2,2 Sl; 0,38-0,78 Мп; 1,15 — 3,30

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам высокопрочных чугунов для массивных отливок, Цель изобретения — повышение технологических свойств и улучшение структурных характеристик высокопрочного чугуна.

Чугун содержит компоненты при следующем соотношении, мас. (,:

Углерод 3,4-3,7

Кремний 1,8 — 2,2

Марганец 0,38 — 0,78

Никель 1,15 — 3,30

Магний 0,05-0,08

Хром 0,02 — 0,06

Ванадий 0,36 — 0,98

Молибден 2,01 — 3,08

„„ЬЦ„„)О78891 Al й1; 0,05--0,08 Mg; 0,36 — 0,98 V, 0,02 — 0,06 Cr;

2,01 — 3,08 Мо; 0,005 — 0,02 У; 0,003 — 0,04 Со;

0,002-0,01 Се; 0,003-0,02 Са; 0.003-0,02 РЛ;

0,005 — 0,05TIBz; 0.001 — 0,05 Sb; 0,003-0,05

Б ; 0,002 — 0,01 | a; 0,012-0,05 Nb(C,N), остальное — железо. Изобретение позволяет повь.сить 0 В в отливках толщиной 300, 550 и 700 мм соответственно до 721 — 760, 685735 и 582 — 646 МПа, ударную вязкость, технологическую пластичность, трещинастойкость при термоциклировании в интервале 20 1000 С, при этом уменьшается

cKfioHHocTb к образовани а микропустот и пор и уровень остаточных напряжений. Кроме того, увеличивается количество шаровидного графита, диаметр графитных включений составляет 250-400 мкм. 2 табл, Сурьма 0,001 — 0,05

Иттрий 0,005 — 0,02

Медь 0,003-0,04

Церий 0,002 — 0,01

Карбанитриды 0,012 — 0,05

Дибориды 0,005 — 0,05

Дибориды титана 0,005 — 0,05

Кальций 0,003 — 0,02

Алюминий 0,003-0,02

Лантан 0,002 — 0,01

Висмут 0,003 — 0,005

Железа Остальное

Кальций используется а составе чугуна в качестве раскисляющей и л1икролегирующей добавки, очищающей границы зерен и повышающей гомогенностью структуры и

1678891

ЗО

50 свойств чугуна. При концентрации кальция до 0,003 его микролегирующий эффект недостаточен, а технологические свойства чугуна низкие, а при концентрации кальция более 0,02 снижается гомогенность структуры и однородность свойств в толстостенных отливках.

Введение ванадия в количестве 0,360,98 мас.% микролегирует матрицу, снижает микропористость, повышает однородность и плотность чугуна, усталостную прочность, стабильность технологических и механических свойств, При концентрации ванадия до 0,36 мас. микролегирующий эффект и повышение прочности и технологических свойств проявляются слабо, а верхний предел содержания ванадия обусловлен увеличением склонности к трещинам и снижением в огливках 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 повышает пластические и технологические свойства. Влияние меди и никеля усиливается в присутствии следующих компонентов, мас. : молибден 2,01-3,08; хром

0,О2 — 0,06, сурьма 0,001 — 0,05; висмут 0,003—

0,005; церий 0,002-0,01. Однако при увеличении их концентрации усиливается отбел

HB поверхности отливок, снижаются однородность структуры, технологические свойства, э при концентрации менее нижних пределов их влияние на механические и технологические свойства незначительно. При увеличении содер>кания 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.% незначителен, а при содержании более 0,01 мас, снижается технологическая пластичность и повышается угар модификатора, включая и магний, содержание которого принято в обычных количествах.

Висмут вводят как поверхностно-активную добавку, усиливающую стабильность эффекта от легирования карбонитридами ниобия и диборидами титана. При содержании висмута до 0.003 мэс;% эффект незначителен, а при увеличении содержания (более 0,005 мас,%) снижается стабильность структуры, ухудшается форма графита и технологические свойства, Введение диборидов титана стабилизирует процесс модифицирования и повышает гомогенность чугуна в толстостенных отливках, измельчает структуру и повышает технологическую пластичность, При концентрации диборидов титана до 0,005 мас, гомогенность чугуна в толстостенных отливках и его технологические свойства недостаточны, а при концентрации более 0,05 мас. снижаются упругопластические свойства, трещиностойкость и технологическая пластичность.

Никель (1,15 — 3,30 мас.%) микролегирует матрицу, повышает прочность, плотность, дисперсность и однородность структуры, технологические и пластические свойства в отливках, что обеспечивает стабильность упругопластических и эксплуатационных свойств. При концентрации до 1.15 мас,%> легирующее влияние на стабильность структуры и механические свойства проявляются слабо, а при увеличении содержания никеля (более 3,3 мас.%) снижаются ударная вязкость, трещиностойкость и технологическая пластичность.

Карбонитриды ниобия вводят в высокопрочный чугун для снижения микропористости, повышения стабильности структуры в толстостенных отливках и технологических свойств, При концентрации их до 0,012 мас.% однородность и дисперсность структуры чугуна в отливках недостаточны, а при повышении концентрации карбонитридов ниобия (более 0,05 мас.%) отмечается снижение технологической пластичности, стойкости чугуна в условиях ударных нагрузок, жидкотекучести, трещиностойкости, что приводит к уменьшению эксплуатационной стойкости массивных литых деталей.

Предлагаемый чугун выплавляют в открытых индукционных печах с использованием литейных чугунов, стального и чугунного лома, возврата прессового цеха, никеля, феррованадия, ферромарганца, меди, феррохрома, металлической сурьмы, карбонитридов ниобия, брикетов диборидов титана, ферролантана, иттрия, ферроцерия и других ферросплавов, Феррохром, марганцовистый никель, брикеты диборидов титана, сурьму, карбонитриды ниобия, ванадия и ферромарганец вводят в электропечь, а висмут, иттрий, церий и магний — в литейные ковши. Заливку модифицированного расплава производят в песчано-глинистые формы. Усвоение диборидов титана

80-84%, карбонитридов ниобия 81 — 867;; кальция 66-70%. Угар ванадия 8-10, висмута 32 — 37%, лантана 29 — 32%, сурьмы 1719%, магния 44 — 48%. Температура чугуна при заливке форм 1370-1380 С.

1678891

Химический состав чугунов опытных плавок приведен в табл, 1; механические и технологические свойства чугунов — в табл. 2.

Остаточные напряжения определяют на 5 решетчатых технологических пробах, а жидкотекучесть, трещиностойкость и технологическую пластичность — на стандартных технологических пробах. Образцы для механических испытаний и исследования струк- 10 туры вырезают непосредственно из отливок с толщиной стенок 100 — 400 мм. Эталоном при исследовании структуры и технологических свойств служит высокопрочный чугун

ВЧ 45. 15

Результаты по технологическим свойствам чугуна были получены при повышенных температурах, а также в условиях термоциклирования в интервале 20-1000 С.

Как видно из табл. 2, технологические 20 свойства предлагаемого BblcoKoflpo÷íîão чугуна выше, чем у известного, он обеспечивает более высокую прочность в толстостенных отливках, ударную вязкость, технологическую пластичность, при этом 25 уровень остаточных термических напряжений в отливках снижается. Кроме того, содержание шаровидного графита повышается, при этом диаметр графитных включений снижается до 250 — 400 мкм, 30

Таким образом, изобретение позволяет существенно повысить технологические свойства и улучшить структурные характе ристики высокопрочного чугуна.

Формула изобретения

Высокопрочный чугун, преимущественно для массивных отливок, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, магний, ванадий, хром, молибден, иттрий, медь. церий, кальций, алюминий, дибориды титана и железо,отлича ю щийс ятем, что, сцелью повышения технологических свойств и улучшения структурных характеристик, он дополнительно содержит сурьму, висмут, лантан и карбонитриды ниобия при следующем соотношении компонентов. мас. $:

Углерод 3,4-3,7

Кремний 1,8 — 2,2

Марганец 0,38-0,78

Никель 1,15 — 3,30

Магний 0,05 — 0,08

Ванадий 0,36 — 0,98

Хром 0,02--0,06

Молибден 2,01 — 3,08

Иттрий 0,005 — 0,02

Медь 0,003 — 0,04

Церий 0,002 — 0.01

Кальций 0.003 — 0,02

Алюминий 0,003 — 0,02

Дибориды титана 0,005-0,05

Сурьма 0.001 — 0,05

Висмут 0,003 — 0,005

Лантан 0,002 — 0,01

Карбонитриды ниобия 0,012-0,050

Железо Остальное (. !

C

С)

Г

Ю (: (Q

С>

r.) Ю (1

Г) Г

Г ! !

Ю 1

) (I .1 С)

О С) 1

I Г) Гl

C ("

C I

l!

1

С . с>

Г) ! \

1 1,C) "I .1 I 1

Ю

lr1

) (Ю

Г) Г 1

i>

\ с>

1)

Ю

C) I! 1

С) с ) 1.

С)

1! (1

1„1

Г)

Ю

С>

Г)

С>

С> с! и

) с

СI С) о

) Г)

С> 1 (Г) fr)

Г) 1

)() ) 1 с ))

))

Ю с-) ()> Г()

О Ю

1 1

1678891

Таблида 2

Свойства чугуна

Временное сопротивление, МПа, при толщине стенок, мм:

620

300

730

760

721

570

721

550

735

685

490

700

617

646

582 ударная вязкость, Дж/см, при толщине стенок, мм:

54

300

68

46

550

700

51

Склонность к образованию микропустот, 7

94-9 7 87-91

93-98

92-95

Показатель трещиностойкости, мм

17-21 28-32

16-19

18-22 диаметр включ ений графита, мкм

Величина остаточных термических напряжений в отливках, МПа

15-18 25-29

14-17

19-22

Содержание шаровидного графита, 7 89-95

91-94 66-71

9 2-96

Относительная техСоставитель Л. Касарева

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M.Øàðîøè

Редактор Н. Гунько

Заказ 3185 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 нологическая пластичность, Х

320-400 270-350. 250-340 410-500

131-136 138-142 135-141 116-118„