Чугун

Изобретение относится к металлургии, в частности к серым чугунам. Может применяться в машино- и судостроении для изготовления крупных цилиндрических отливок, работающих при значительных циклических нагрузках. Чугун содержит, мас.%: углерод 2,6-3,2; кремний 1,1-1,4; марганец 0,4-0,8; никель 0,4-0,8; молибден 0,5-0,9; медь 0,5-1,0; ванадий 0,07-0,20; титан 0,03-0,08; железо - остальное. Техническим результатом является получение высокой статической и циклической прочности одновременно. 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к серым чугунам, применяемым в машино- и судостроении для изготовления большой массы крупных цилиндровых отливок, работающих в эксплуатации со значительными циклическими нагрузками.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является чугун [1], содержащий (в масс.%):

углерод	3,0-4,0
кремний	1,7-3,0
марганец	0,5-1,5
никель	2,5-3,2
молибден	0,5-1,2
медь	0,3-1,0
железо	остальное

Недостатком данного чугуна является неоправданно высокое содержание никеля, кремния, углерода. Наши исследования показали, что никель оказывает относительно слабый эффект на повышение прочностных характеристик чугуна в крупногабаритных цилиндровых отливках большой массы и потому использование повышенного его содержания экономически нецелесообразно.

Цель изобретения - получение чугуна с одновременно высокой статической и циклической прочностью.

Для достижения указанной цели чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, молибден, медь, ванадий, титан и железо, содержит компоненты в следующем соотношении масс.%:

углерод	2,6-3,2
кремний	1,1-1,4
марганец	0,4-0,8
никель	0,4-0,8
молибден	0,5-0,9
медь	0,5-1,0
ванадий	0,07-0,20
титан	0,03-0,08
железо	остальное

Проблема в разработке состава чугуна, обеспечивающего указанные свойства, возникла в связи с тем, что с повышением цилиндровой мощности участились случаи преждевременного выхода из строя цилиндровых втулок вследствие образования в эксплуатации трещин.

Отличительной особенностью крупногабаритных отливок "цилиндровая втулка" большой массы является замедленная скорость охлаждения при затвердевании и в период эвтектоидного превращения, что сопровождается интенсивной графитизацией, образованием грубых включений графита и ферритно-карбидной смеси металлической основы. В связи с указанным, прочность чугунов традиционно применяемых составов оказывается невысокой (150...180 МПа).

Возникла необходимость повышать не только статическую, но и циклическую прочность. Практика показала, что в указанных условиях охлаждения отливок одновременное повышение статической и циклической прочности цилиндрового чугуна возможно только при комплексном легировании.

Обычно полагают, что чем выше статическая прочность материала, тем выше и его циклическая прочность. Однако было установлено, что с повышением статической прочности увеличение циклической прочности наблюдается только до определенного предела (в нашем случае до 280...290 МПа). При дальнейшем повышении статической прочности циклическая прочность снижается. Это не противоречит общеизвестному факту - повышение прочности материала сопровождается увеличением сопротивления зарождению трещин усталости, но "живучесть" материала зависит от его сопротивления развитию трещин, которое зависит еще и от пластичности материала.

Предлагаемый в изобретении химический состав чугуна при меньшем содержании кремния, марганца и особенно никеля позволил достичь статической прочности σ_в=340...350 МПа, циклической прочности σ_-1 порядка 150 МПа при относительном удлинении δ=2...2,5%. Если относительное удлинение составляло 1,0%, то несмотря на высокую статическую прочность σ_в=350 МПа, циклическая прочность снижалась до 100 МПа. В таблице приведены механические свойства ряда плавок предлагаемого чугуна при нижнем и верхнем содержании базовых компонентов.

Таблица
Состав, вес.%	Средние показатели
С	Si	Mn	Ni	Мо	Cu	V	Ti	МПа	δ, %	Тыс. ударов до разр.	НВ, МПа
σв	σ-1
3,0	1,39	0,76	0,46	0,52	0,54	0,14	0,03	302	97	1,0-1,5	97	2260
3,05	1,07	0,46	0,47	0,50	0,60	0,07	0,07	308	105	1,5-2,0	82	2260
3,19	1,35	0,62	0,53	0,90	1,00	0,10	0,02	397	127	1,5	142	2580
3,02	1,23	0,45	0,45	0,58	0,80	0,17	0,03	345	135	2,0-2,5	88	2230
2,62	1,25	0,46	0,40	0,61	0,69	0,15	0,05	345	151	2,0-2,5	151	2170
2,85	1,35	0,79	0,50	0,67	0,75	0,11	0,03	354	101	1,0	88	2290

Источник информации

1. Авторское свидетельство 456034.

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, молибден, медь, ванадий, титан и железо, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Углерод	2,6-3,2
Кремний	1,1-1,4
Марганец	0,4-0,8
Никель	0,4-0,8
Молибден	0,5-0,9
Медь	0,5-1,0
Ванадий	0,07-0,20
Титан	0,03-0,08
Железо	Остальное