Фосфористый чугун

 

Фосфористый изностойкий чугун относится к металлургии С целью повышения контактно-усталостной долговечности и износостойкости он дополнительно содержит ниобий, хром и азот при следующем соотношении , компонентов, мас,%: углерод 3,3 - 4,3; кремний 2,2 - 3,1; марганец 0,5 - 1,5; титан 0,03 - 0,4; алюминий 0,05 - 0,7; медь 0,05 - 0,7; фосфор 0,2 - 1,2; кальций 0,01 - 0.5; РЗМ 0,02 - 0,06, ниобий 0,0 4- 0,8; хром 0,05 - 0.38; азот 0,05 - 0,3 и железо - остальное . Хрупкая прочность чугуна после ста теплосмен с нагревом до 900°С составляет 630 - 645 МПа; износостойкость 0,21 - 0,36 мг; контактно-усталостная долговечность 732 - 795 МПа; сопротивление образованию сетки разгара 131 - 161 цикл и ударная вязкость 65 - 85 Дж/см2. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 С 22 С 3? /10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С)

M (л

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4787108/02 (22) 25.12.89 (46) 23.10.91. Бюл. ¹ 39 (71) Всесоюзный заочный политехнический институт (72) Б.К.Святкин, M,È,Êýðïåíêo, M.Á.Åãîðîва, С.М.Бадюкова и А.М.Цейтлин (53) 669,15-196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 834206, кл. С 22 С 37/10, 1979.

Авторское свидетельство СССР №

735652, кл. С 22 С.37/.10, 1980. (54) ФОСФОРИСТЫЙ ЧУГУН (57) Фосфористый изностойкий чугун относится к металлургии. С целью повышения

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов износостойкого фосфористого чугуна для литых изделий, работающих в условиях сухого трения и ударных нагрузок.

Цель изобретения — повышение контактно-усталостной долговечности и износостой кости.

Выбор граничных пределов содержания компонентов в составе предложенного чугуна обусловлен следующими факторами.

Углерод и кремний являются основными элементами, определяющими структуру и комплекс свойств чугуна различного назначения, в том числе и для работы в условиях высоких контактных нагрузок и интенсивного износа, При концентрации углерода 3,3 — 4,3 мас. икремния 2,,2 — 3 1 мас. создаются наиболее благоприятные условия для формирования аустенитно-бейнитной структуры, наиболее благоприятной

„„RJ ÄÄ 1686025 А1 контактно-усталостной долговечности и износостойкости он дополнительно содержит ниобий, хром и азот при следующем соотношении, компонентов, мас, : углерод 3,3—

4,3; кремний 2,2 — 3,1; марганец 0,5 — 1,5; титан 0,03 — 0,4; алюминий 0,05 — 0,7; медь

0,05 — 0,7; фосфор 0,2 — 1,2; кальций 0,01—

0,5; Р3М 0,02 — 0,06; ниобий 0,0 4- 0,8; хром

0,05 — 0,38; азот 0,05 — 0,3 и железо — остальное. Хрупкая прочность чугуна после ста теплосмен с нагревом до 900 С составляет

630 — 645 МПа; износостойкость 0,21 — 0,36 мг; контактно-усталостная долговечность

732-795 МПа; сопротивление образованию сетки разгара 131 — 161 цикл и ударная вязкость 65 — 85 Дж/см . 2 табл. для обеспечения высокой контактной выносливости и упругопластических свойств.

При концентрации углерода до 3,3 мас. и кремния до 2,2 мас. увеличивается содержание цементита и снижается содержание бейнита, уменьшается склонность чугуна к бейнитовому превращению, падает вязкость, снижаются хрупкая прочность и контактная выносливость. При увеличении концентрации углерода больше 4,3 мас. u кремния сверх 3,1 мас,.$ снижаются твердость, хрупкая прочность, износостойкость и контактная выносливость.

Дополнительное введение ниобия повышает твердость и термическую стойкость, измельчает структуру легированной матрицы, что повышает хрупкую прочность и контактную выносливость чугуна. При содержании ниобия до 0,04 йас. повышение этих характеристик недостаточное, а при увеличении концентрации ниобия сверх

1686025

0,8 мас. удлиняется продолжительность изотермической выдержки при термообработке чугуна, повышается концентрация аустенита, снижается содержание бейнита, что приводит к уменьшению хрупкой прочности и упругопластических свойств.

Введение хрома обеспечивает получение высоких прочностных характеристик, повышение фрикционной износостойкости и контактной выносливости при одновременном измельчении структуры металлической матрицы. При содержании хрома до

0,05 мас. повышение этих характеристик чугуна недостаточное, а соответственно увеличение содержания хрома сверх 0,38 ведет к резкому увеличению в матрице цементита, ухудшению износостойких характеристик и увеличению продолжительности термической обработки для графитизации связанного углерода.Микролегирование чугуна азотом обусловлено измельчением аустенитно-бейнитной структуры, повышением ее стабильности, что способствует увеличению механических свойств и контактной выносливости, Его влияние начинает сказываться с концентрации 0,05 мас.$, а при увеличении содержания более 0,3 мас. $ повышается концентрация неметаллических включений по границам зерен, снижак>тся контактно-усталостная долговечность, уп.pyro-пластические свойства и хрупкая прочность чугуна.

Введение Р3М обусловлено его высокой модифицирующеи способностью при сохранении термической стойкости и фрикционных свойств и повышении прочности, контактной выносливости и пластических свойств чугуна. Концентрация Р3М в чугуне до 0,002 мас. недостаточна для модифицирующей и сфероидизирующей его способности. При увеличении его содержания сверх 0,006 мас. повышается концентрация неметаллических включений в чугуне, укрупняются графитовые выделения, снижаются хрупкая прочность и эксплуатационная стойкость литых чугунных деталей.

Концентрация легирующих компонентов (фосфор 0,2 — 1,2 мас., алюминия, 0,05 . — 0,7 мас. ф„медь 0,05-- 0,7 мас. Я„марганец

0,5 — 1,5 мас., титан 0,03 — 0,4 мас. ) обеспечивает получение высоких прочностных характеристик, повышенной фрикционной износостойкости и контактной выносливости. При увеличении их концентрации выше верхних пределов повышается содержание в структуре аустенита, что снижает. упругопластические свойства и хрупкую прочность, а сни:жение концентрации ниже нижних пределов твердость, прочность и контактная выносливость чугуна недостаточны, существенно снижается и износостойкостьь.

Пример. Опытные плавки чугуна

5 проводят дуплекс-процессом вагранка— электропечь. В вагранке выплавляют высокоуглеродистый чугун с температурой на желобе 1380 — 1400 С, используя литейный и .передельный чугуны, чугунный лом, возврат

10 собственного производства, известняк и плавиковый шпат. Далее расплав перегревают в электропечи до 1480 — 1490 С и осуществляют процессы легирования и доводки его химического состава по содер15 жанию компонентов до заданного. В качестве легирующих компонентов используют феррониобий ФНб50 (ГОСТ 16773 — 86), содержащий 3 — 8 мас.% алюминия, 0,4-0,5 мас. фосфора и 0,8 — 1,0 мас,7; меди; фер20 ромарганец азотированный фосфористый

ФМн55ФН (ТУ 14 — 5 — 5 — 81) и феррохром

ФХ25ОН (Ч М ТУ 5 — 3 — 80), Модифицирование чугуна проводят в ковше присадкой силикокальция CK — 30, ферроцерия и

25 ферротитана.

В табл,1 приведены химические составы чугунов опытных плавок.

Заливку расплава чугуна при 1380;1400 С производят в песчано-глинистые

30 формы по сырому.

Образцы для механических испытаний и отливки подвергают термической обработке с использование изотермической вы.держки при 370 — 410 С. Статические и

35 повторно-статические испытания проводят на машине У10М. Ударную вязкость определяют на образцах типа 8 по ГОСТ 9454 — 78, а хрупкую прочность — после 100 циклов теплосмен с нагревом до 900 С. Усталост40 ные испытания проводят на машине УРМ—

2000 при частоте нагружения 40 Гц.

В табл.2 приведены результаты механических и технологических испытаний известного и предложенного чугунов.

45 Как видно из табл.2, предложенный чугун обладает более высокими характеристиками износостойкости, хрупкой прочности, контактной выносливостью и прочностными свойствами по сравнению с известным фос50 фористым чугуном. Зкономический эффект от внедрения изобретения в народное хозяйство для использования чугуна в литых деталях, имеющих быстрый износ (технологическая литейная оснастка, детали различ55 ных машин); составит 96000 руб в год, благодаря дополнительному вводу Nb, Сг и

N в его состав предлагаемый чугун обладает по сравнению с известным повышенной в

1,05 — 1,1 раза контактно-усталостной дол1686025

0,5 — 1,5

0,03 — 0,4

0,05 — 0,7

0,05 — 0,7

0,2 — 1,2

0,01 — 0,5

0,002 — 0,006

0,04 — 0,8

0,05 — 0,38

0,05 — 0,3

Остальное

Таблица 1

Таблица 2

Составитель Г;Дудик

Редактор И.Шмакова Техред М.Моргентал Корректор Э-.Лончакова

Заказ 3578 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 говечностью и улучшенной в 1,62 — 1,86 раза износостойкостью.

Формула изобретения

Фосфористый чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, титан, алюминий, 5 медь, фосфор, кальций, редкоземельные элементы и железо; отличающийся тем, что, с целью повышения контактно-усталостной долговечности и изностойкости, он дополнительно содержит ниобий, хром и 10 азот при следующем соотношении компонентов, мас. :

Углерод 3,3- 4,3

Кремний 2,2 — 3,1

Марганец

Титан

Алюминий

Медь

Фосфор

Кальций

Редкоземельные элементы

Ниобий

Хром

Азот

Железо