Чугун

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к чугунам для изготовления дотдлёй. работающих в условиях сложнонапряженного сост;ояния. Цель изобретения -повышение предела прочности при изгибе, демпфирующей способности при сложнонапряженном состоянии и кавитационной стойкости. Предложенный чугун дополни-^ тельно содержит титанЧ1 >&1иобий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2.5-3.3; кремний 1.2-2.3; марганец 0.8-1,5; хром 0.3-0.7; никель 0.6-1.3; молибден 0.2-0.8; алюминий 0.1-0.4; медь 0.2-0.8; олово 0.002-0,015;фосфор 0.02-0.08; кальций 0.0'<!-0.0ъ; лантан 0.02-0.07; титан 6.7-1,5; ниобий 0.03-0.1 и железо остальное. 2 табл. ,•

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 22 С 37/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР

К AQTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4802154/02 (22) 18,01;90 (46) 15,02.92.. Бюл. г В 6 (75) M,È. Карпенка (53) 669.15-196 (088,8), (56) Авторское свидетельство СССР

hb 707987, кл. С 22 С 37/08, 1980.

Авторское свидетельство СССР

- Иб 824146, кл. С 22 С 37/10, 1980, (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к чугунам для изготовления деталей, работающих в условиях сложнонапряженного состояния. Цель изобретения—

Изобретение относится к металлургии, в частности к изготовлению серых йзносостойких. чугунов, работающих в условиях сложнонапряженного состояния, например во втулках двигателей внутреннего егерания.

- Известен чугун следующего химичерщго состава, мас. :

Углерод 2,8-3,8

Кремний . До 0,9

Марганец „до 0;9

Хром 0,25-5,6

Молибден 0,30-5,6

Медь До0,5

Фосфор . 0.1 1,0

Сера 0,01-9,1

Алюминий 2,5-4,0

Железо Остальное

Этот чугун имеет повышенный отбвл, низкие пластические и эксплуатацэвиные свойегва в литых изделиях. Отмечаютаа низкая сопротивляемость задиру и недостаФочная демпфирующая способность.

- Ж 1712449 А1 повышение предела прочности при изгибе, демпфирующей способности при сложнонапряженном состоянии и кавитационной стойкости. Предложенный чугун дополнительно содержит титан и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.б/б: углерод 2,5-3,3; кремний 1,2-2,3; марганец

0,8 — 1,5; хром 0,3-0,7; никель 0,6-1,3; молибден 0,2-0,8; алюминий 0,.1-0,4; медь 0,2 — 0,8; олово 0,002-0,01 5;фосфор 0,02-0.08; кальций 0,02-0,Й, лантан 0,02-0.07; титан 0,7-1,5; ниобий 0,03-0,1 и железо остальное. 2 табл. (Л

Известен чугун, который после горячей деформации содержит компоненты в следующем соотношении,.мас.. :

Углерод 1,8-2,8

Кремний 0,4-0,6

Марганец 5,0-10,0

aaak

Никель 0,1-2ьО 4

Хром 0,5 — 2,0 аакемй

Ванадий 0,2 — 0,4 (и

Титан . 0,03-0.1

Железо Остальное

Известный чугун обладает высоким отделом. недостатоуной стабильностью механических свойств и низкой демпфируюогей способностью.

Наиболее близким к предлагаемому яа- а ляется чугун следующего химического состава, мас. :

Углерод Р,7-3,2

Кремний 1.2 — 2,0

Марганец 0,7-1,0

Хром 0,3-0,5

Никель 0,6-1,2

Молибден 0,3-0,6

1712449

Фосфор 0,02-0,15

Медь 0,3-1,2

Кальций 0,01-0,08

Олово 0,02-0.1

Алюминий 0,05-0,4

Железо Остальное

Известный чугун обладает следующими физико-механическими свойствами;

Предел прочности при изгибе, МПа 840-930

Износ, Mr/100 ч 51,2-61,4

Предел коррозионной усталости, МПа 315 375

Стрела прогиба, мм 3,3-3,6

Демпфирующая способность 51-60

Кавитационная стойкость, ч 63-75

Данный чугун обладает хорошими литейными свойствами, характеризуется равномерным и благоприятным расположением графита, но имеет недостаточную демпфирующую способность при сложнонапряженном состоянии. Отмечается недостаточная кавитационная стойкость известного чугуна в отливках, Цель изобретения — повышение предела прочности при изгибе, демпфирующей способности при сложнонапряженном состоянии и кавитационной стойкости.

Поставленная цельдостигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, алюминий, медь, фосфор, олово, кальций и железо, дополнительно содержит титан, ниобий, лантан при следующем соотношении компонентов, мас. :

Углерод 2,5-3,3

Кремний 1,2-2,3

Марганец 0,8-1,5 .Хром 0,3-0,7

Никель 0,6-1,3

Медь 0,2-0;8

Алюминий 0,1-0,4

Молибден 0,2-0,8

Олово 0,02-0,07

Фосфор 0,002-0,015

Титан 0,7-1,5

Кальций 0,02-0,05

Ниобий 0,03-0,1

Лантан 0,02-0;07

Железо Остальное

Введение легирующих компонентов— ниобия 0,03-0,1 мас.% и титана 0,7-1„5 мас.%, и модифицирование структуры лан.таном в количестве 0,02 — 0,07 мас., существенно повышает предел прочности при изгибе, кавитацион ную стойкость и демпфирующую способность. Титан в количестве 0,70-1,5 мас. снижаег отбел, ускоряет процесс графитизации и бейнитного превращения, обеспечивает измельчение структуры, повышает прочностные и пластические свойства, что приводит к существенному повышению демпфирующей способности. При введении его в чугун в

5 количестве менее 0,70 мас. изменение структуры и свойств незначительны, а при увеличении его концентрации более 1,5 мас.$ увеличивается отбел и снижается демпфирующая способность и предел прочно10 сти при изгибе.

При содержании в чугуне 0,7-1,5 мас. титана повышается однородность и стабильность структуры и механических свойств, уменьшается отбел, повышается

15 износостойкость, предел прочности при изгибе и демпфирующая способность чугуна.

При введении его до 0,7 мас.% положительное влияние проявляется незначительно, а при увеличении его содержания более 1 5

20 мас. увеличивается охрупчивающее влияние, в результате чего снижается пластичность и вязкость чугуна, его демпфирующая способность.

Присутствие в чугуне олова в количестве

25 0,002-0,015 мас.% микролегирует матрицу, улучшает распределение графита и неметаллических включений, повышает плотность и герметичность чугуна, его сопротивляемость воздействию кавитации,30 что обеспечивает повышение демпфирующей способности несущественно, а при концентрации более 0,015 мас. увеличивается отбел, снижаются пластические свойства чугуна, предел выносливости

35 при изгибе, Микролегирование чугуна медью в количестве 0,2-0,8 мас, повышает его стойкость против коррозии, снижает угар и необходимое количество вводимых модификаторов, облегчает процесс образо40 вания и роста графитных центров, способствует кристаллизации тонкопластинчатого графита в отливках, повышению механических свойств чугуна, герметичности и демпфирующей способности. Ее содержание

45 принято от концентраций, при которых начинает проявляться влияние на коррозионную стойкость, до концентраций, при которых снижаются пластические свойства чугуна. Кальций в количестве 0,02-0,05

50 мас.% очищает грани зерен, уменьшает отбел, активизирует процесс графитизации, являясь центрами кристаллизации улучаает форму графита, уменьшает графитную пористость и обратный отбел е центробежных

55 изделиях, способствует направленному затвердеваниюотливки, в результате повышается демпфирующая способность и пластические свойства чугуна При содержании кальция до 0,02 мас,ф, эффект повышения демпфирующей .способности

1712449 проявляется слабо, а при концентрации кальция более 0,05 мас.% он начинает располагаться и по границам литого зерна, усиливаются ликвационные процесСы, .и укрупнение неметаллических включений, что снижает механические свойства; де-мпфирующую способность и коррозионную стойкость чугуна. Дополнительное введение ниобия в количестве 0,03-0,1 мас.$ измельчает графит, упрочняет матрицу, повышает задиростойкость при сохраненйи стабильности демпфирующей способности.

При концентрации ниобия до 0,03 мас.% износостойкость и демпфирующая способность недостаточны, а при увеличении нирбия более 0,1 мас.% увеличивается отбел и снижается пластичность и демпфирующая способность.

Содержание основных элементов (угле-, рода, кремния и марганца) и легирующих. добавок (хром, никель, молибден) в чугуне определено экспериментально для обеспечения оптимальной демпфирующей способности и сохранения кавитационной стойкости, износостойкости механических свойств на высоком уровне. Увеличение содержания легирующих добавок выше верхних пределов снижает демпфирующую способность.

Верхний предел содержания, углерода увеличен до 3,3 мас.% и кремния до 2,3 мас., что снижает отбел и повышает демпфирующую способность, При уменьшении содержания углерода менее 2,5 мас.% и при повышенном содержании марганца более 1,5 мас.% и хрома более 0,7 мас.% значительно увеличивается отбел, в структуре выделяются участки. цементита при литье в кокиль, и снижаЮтся стабильность структуры, демпфирующая способность и механические свойства. Концентрация фосфора ограничена пределами

0,02 — 0,08 мас,%. При такой концентрации фосфора не снижается существенно демпфирующая способность, предел выносливости, при изгибе, а износостойкость сохраняется на достаточном уровне.

Введение в расплав алюминия основано на его высоком сродстве к кислороду-и сере. Его нижний предел концентрацйи,(0,1 мас.%) принят от содержания, при котором отмечается его влияние на очищение границ зерен и измельчение графита, и огранйчено концентрацией (0,4 мас.%). выше которой увеличивается количество неметааличЕСких включений и снижаются пластичность,:кавитационная стойкость отливок; предел выносливости при изгибе и стабильйость демпфирующей способности в условиях сложнонапряженного состояния.

Чугун выплавляют известным способом в открытых индукционных печах из шихты

5 на основе стальных отходов, боя электродов, стружки, литейных чугунов. ферросплавов, микролвгирующих и модифицирующих присадок, Никель, ферромолибден и феррохром вводят в печь, а ферросиликониобий.

10 титан, лантан и другие модифицирующие добавки — в ковш при выпуске чугуна с температурой 1480-1500 C. Отливки втулок цилиндров производят в,кокиль. Отливки и образцы подвергают изотермической вы15 держке при 350-410 С.

В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок, а. в табл. 2механические свойства чугунов в отливках.

Предел прочности при изгибе, предел

20 коррозионной усталости и демпфирующая способность определены на образцах, вырезанных из пробных отливок согласно

ГОСТ 7293-85, отбел — на клиновых пробах, а кавитационная .стойкость и износостой25 кость — на отливках втулок цилиндров двигателей внутреннего сгорания, отлитых в кокиль.

Как видно из табл. 2, предложенный чугун обладает более высокими показателями

30 демпфирующей способности и кавитационной стойкости, чем базовый объект.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, алюми35 ний, медь, олово, фосфор, кальций, лантан и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения предела прочности при изгибе демпфирующей способности при сложно напряженном состоянии и кавита40 цианной стойкости, он.дополнительно содержит титан и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод . 2,5-3,5

Кремний .. 1,2-2,3

45 Марганец 0,8-1,5

Хром . 0,3-0,7

Никель . 0,6-1,3

Молибден 0,2-0,8

Алюминий 0,1-0,4

50 Медь 0,2-0,8

Олово 0,002-0,015

Фосфор . - 0,02-0,08

Кальций 0,02-0,05

Лантан 0,02-0,07

55 Титан О.7-1,,5

Ниобий 0,03-0,1

Железо Остальное

1712449

Таблица1

Компонент

П е оженный

Известн.

2,5

-2,3

3.6

З,З

3,0

3,0

2,3

2,6

1,7

О,S

0,6

0,8

0,7

0,2

0,5

0,8

0,5

0,5

0,9

0,1

0,8

1,0

О,З

0,2

0,3

Медь

0,05

0,4

0.6. 0,3

0,4 .

1;8

0,5

1,2

0,7

1,5

0,2

0,8

0,05

0,5

0,6

0,1

0,02

0.12

0.06

0,03

0,ОО1

0 015

0,06

0,002

0,005

0,08

Олово

0,09

0,01

0,08

0;05

0,15

0,01

0.09

0,05

0,03

0,02

О,ОВ

0,1

0,01

Остал ьнов

Железо

Таблица2

Углерод

Кремний

Марганец

Хром Никель

Алюминий

Титан

Молибден

Ниобий

Фосфор

Кальций

Лантэн

Химический состав ч нов в отливках мас.

1712449

Продолжение табл. 2

Состаеюеав» С.Деркачев

Редактор ЛЛчолинская Техред М.Мо@гентал Корректор M.Ëîæî

Заказ 512 Тираж Подписное

ВКИИПИ Государственного комитеЮ ю изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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