Чугун

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<ц960300

Союз Советскик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 189381 (21) 3261171/22-02

Р М К з

С 22 С 37/10 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СС.СР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 23. 09. 82оюллетень ¹ 35 (53) УДК 669 ° 13-.

-018 .2(088.8) Дата опубликования описания 230982 В.Д.Краля, Ю.С.Потапов, И.В Булат и A.II Кор отцль

Ц=чп

I

Научно-исследовательская лаборатория авт транспорта Молдавской CCP (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЧУГУН

3,2-3,8 3,3-4,5

0,6-0,9

1 -2,5

0,5-.1, 5

0,07-0,25

0,05-1, 5

0,005-0,1, 0,005-0,1

О, 01-0, 2

Ою025 0 08

0 01-0 15

0,2-0,95

0,001-0,08

0,01-0,25

Остальное!

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к литейному, производству и может быть использовано для получения износостойких чугунов, испытывакщих ударно-циклические 5 нагрузки.

Известен высбкопрочный чугун, содержащий,вес.В:

Углерод. 2, 8-3,8

Кремний 2,2-3,5 10

Марганец 0,3-0,9

Медь 0,15 -0,75

Никель 0,05-0,25

Хром 0,05-0,25

Титан 0,05-0,12

Ванадий 0,01-0,1

Кобальт О, 901-0, 015

Молибден 0,001-0,015

Ниобий 0,001-0,005

Вольфрам 0,001-0,015 20

Олово ф,001-0,01

Магний 0,02 -0,08

Церий 0,001-0,003

Кальций 0 015-0, О 35

Алюминий, 0,01 -0,05 25

Железо Остальное

Известный чугун обладает повышенной вязкостью и пластичностью P1).

Однако износостойкость его из-за низкого содержания легирующих элементов незначительна.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является чугун следующего химического состава, вес.%:

Углерод

Кремний

Марганец

Медь

Никель

Хром

Алюминий

Барий.

Стронций

Редкоземельные металлы

Магний

Кальций

Молибден

Бор

Олово

Железо

Известный из носостойкий чугун обладает следуккцими свойствами.

Предел прочности при растяжении, кг/мм 94,8-96,2

Относительное удли нение, % 7-8, Ударная вязкость, кгм/см . 9,2-9,6.960 300

285-295

Твердость, НВ

Относительная .износостойкость,1,48- 1 75

Известный состав чугуна применяется для отливок, к которым предъявляются требования по износостойкос-. ти и механическим свойствам (2 1.

Недостатком данного чугуна является незначительная его износостойкость при работе в гидроабразивных условиях.

Целью изобретения является повышение износостойкости чугуна при сохранении механических свойств.

Цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, никель, хром, алюминий,, барий, стронций, редкоземельные металлы, магйий, кальций, молибден, бор, олово и железо, дополнительно содержит цирконий, ванадий, вольфрам Е при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Углерод . 3 2-3,8

Кремний 3, 3-4, 5

Марганец

Медь 1 -2,5

Никель 0,5-1,5

Хром О, 07-0, 25

Алюминий 0,05-1, 5

Барий 0,005-0,1

Стронций 0,005-0ф 1

Редкоземельные металлы О, 01-0, 2

Магний 0,025-0, 08

Кальций 0,01-0, 15

Молибден 0,2 -0,85 .35

Бор 0,001-0,08

Олово 0,01 -0,25

Цирконий 0,1 -0,5

Вольфрам 0,01 -0,3

Ванадий 0,01 -0,3 40

Железо Остальное

Чугун в качестве примесей содержит, вес.%."

Серу 0,01-0,001

Фосфор 0,01-0,05 45

Дополнительное введение в состав чугуна легирующих элементов циркония 0,1-0,5%, ванадия 0,01-0,3%, и вольфрама 0,01-0,3% способствует упрочнению металлической матрицы, повышению его износостойкости.

Цирконий в составе чугуна способствует измельчению перлитной структуры чугуна. Он вызывает измельчение и одновременно увеличение включений шаровидного графита в чугуне, что в свою очередь повышает физико-механические свойства чугуна. Он энергично соединяется в жидком чугуне с кислородом, серой; азотом, связывая их в тугоплавкие соединения, что также способствует увеличению износостойкости. Особенно эффективно в этом направлении влияние циркония совместно с медью и модифицирующими элементами .- редкоземельными металлами, магнием и барием, способствующими равномерному его распределению в структуре матрицы. Нижний предел содержания циркония в чугуне 0,1% ограничивается тем, что при наличии

его в составе менее 0,1% его влияние на иэмельчение металлической основы чугуна и включений шаровидного графита и на их увеличение не проявляется. При содержании в чугуне 0,1% циркония.совместно с 0,2% редкоземельных металлов при наличии бария, кальция и магния происходит значительное измельчение металлической матрицы чугуна, графита и увеличение количества его. При содержании в чугуне более 0,5% иркония в чугуне появляются первичные карбиды, отбел, что вызывает значительное понижение его физико-механических свойств.

Введение в состав чугуна вольфрама и ванадия в количествах по 0,01-0,3% способствует упрочнению металлической матрицы чугуна, получению более высокой твердости, повышая при этом износостойкость чугуна.. При этом их присадка в чугун одновременно увеличи- вает сопротивление хрупкому разруше- нию чугуна.

При содержании в чугуне менее 0,01% ванадия и вольфрама их действие на упрочнение матрицы чугуна и на увели-. чение его износостойкости не проявляется, Наличие в чугуне более 0,3% ванадия и вольфрама вызывает образование первичных карбидов и отбел чугуна, что вызывает ухудшение свойств чугу На

Медь, никель, молибден, олово, бор в составе чугуна вызывают повышение его физико-механических свойств, способствуют увеличению его износостойкости.

Модифицирующие элементы - кальций, магний, барий, стронций и редкоземельные металлы способствуют рафинированию, дегазации и десульфурации чугуна, а также получению в нем шаровидной формы графита.

Составы расплавленных и испытанных чугунов приведены в табл. 1. о фе в! о с о а в о о

ФЧ в о.а

«! .!ч в а о о

IA а

IH о и

\ с о. о

43 о в о е ! м!

Ф! ф м о .о

Ю!

IO !

ФЯ о с о

Ю «! «Е а с о о

1 Ъ в о

IA Э о

В в о а ч

О И в с о а

° ФЧ в о

М о

Ф. IA а о .с с о о н о л с с о о

М ь с

М. о

Ю о о

\ о

IA ч а в а

Ф«!

° ч о в с о о

О о е! о

О с о

AI о

\ о

° ° с о

Ih Ф с в

ФФ- о

lA о о в а е4

lA !! в в а о! ° о в . в о о

«!! о с в .и н

IA с о

«!Ф IA в с

«! еч

IA м

IO Ф в в а о! с. в ° о!

«! в в !

«3 ФЪ

CV IO в °

I«l ФЪ

Щ фФ!

Л ф

9б0300

° « IA о ч в ° . о о

ЦЪ

М с о ч. о а

О.

С0 в

960300

Чугуны выплавляют в индукционной печи емкостью 30 кг. Предлагаеьий состав чугуна получают путем выплавки исходного чугуна с добавкой в него легирующих элементов никеля, меди, алюминия, молибдена, бора, олова, циркония, вольфрама, ванадия и последующего его модифицирования комплексным модификатором, содержащим, вес.Ъ: магний 8, кальций 12, 5 барий 2, стронциЯ 1 5 редкоземельные метал- 10 лы 1,5, кремний 46, остальное - железо. Чугун вторичйб. модифицируют

ФС 75 в количестве 13 от веса жидкого чугуна. . 15

Для исследования структуры, меха-, нических свойств и износостойкости чугуна заливают трефовидные пробы и клинья, которые проходят термическую обработку - нормализацию по режиму: эп нагрев до 950©С, выдержку 1,5 ч, охлаждение на воздухе, с последующим отпуском при 620 С в течение 1 ч.

Иеханические свойства и микроструктуру чугуна исследуют на образцах, вырезанных из трефовидных проб. Гкдроабразивную износостойкость чугуна испытуют на образцах в виде пластин размером 60 30 3 мм в воде с содержанием абразива (песка) до 10%.

После испытаний по потере веса пластин определяют скорость износа материала (в r/÷).

Износостойкость чугунов при сухом трении определяют на образцах диаметром 6 мм, высотой 15 мм, на машине трения ИТ-62И.условия испытания на нзносостойкосты скорость вращения образцов Ч 8 м/с прн удельном давлении Р 50 кг/см, время испытания 200 мин.

По потере веса образцов до и после испытаний определяют износостойкость чугуна.

Иеханические свойства, износостойкость и микроструктура испытываемых чугунбв приведены в табл. 2.

И

I 33!

1 3 х

I Я

v о.

Р о о н х

О п о о

Е 4 о х

w x ох х х Ф аа и н

1

1

3

С») C) М

° Ф

1О

М 1

А н

v о

Х х о н о о о о х

6I а ь»

О

t6 и о а

Cf х

LA

CO ь ь ь

» ь

Ю ь ь

3 ь

Ю и о о

ЦЮ

aж

Ф х

»

CA

00 3 ь

М Ф

33

i!I

»(у о

I3»» о

3Ц

Ф g

Х о

Ф .Р х х

t6 х

Ф

rVe

ОО

° Ф

Ф

° 3

»

1 !

l A

СЧ CO Ф с с с Ф Ф»Ф

М

Ю

1О Ф 1О

\ М М

1О 1

Ch dl Ю

< 3

3

Ю х

> и > !

ft

v е

Ф

Г

1

1

1

1Хй I

1 3I.V X ! х оо

axe 1

1 CIimg 1

Ц Ы

I XX

\- — — — — — л

1„!

Ql gdP н ц х ц о»е хех иое охх

l 1

Р 1

3хх

" хе I

1 3

Фхмх!

Ое!Н Н

ao e

Aхa

960 300 х м о

Х 333 о м а Р и о о н н х х

e e

33 !4 а о

Ф Д 34 ф х

33 y) д

О 33 О

n,,34

10 33

8 н н е о е

33 а е

34 Î О, и. 3 О

% Ф»3

a I

g I

3С 1 о

3I I

Ц 1

Х I

Е I

1

1

1

1

1

1

1

1

I

1

1

1

1

I

I

I

I

I

I

1

1

1

I ..

1

1

I

1 ,!

960300

Формула изобретения

Составитель Г.Дудик

Редактор Н.Гунько Техред Ж.Кастелевич Корректор,О.Билак

Заказ 7156/33 Тираж 660 Подписное. ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

Сравнительные испытания предлагае-, мого состава чугуна показывают, что износостойкость его в гидроабразивной среде увеличивается на 1525%, а износостойкость при сухом трении на 10-15% (по сравнению с известным).

При этом механические свойства предлагаемого состава чугуна находятся на достаточно высоком уровне.

Предел прочности при растяжении, кг/мм 96 4-97,6

Относительное длинение, В 4, 2-5, 0 дарная вязкость, . к,rc/см 4, Q-4, 8

Твердость, НВ 310-312

По предварительным расчетам технико-экономический эффект от применения предлагаемого состава чугуна составит 10-15 руб. на 1 т отливок за счет повышения гидроабразивной иэносостойкости;чугуна на 15-25%, что и соответственно увеличит срок службы деталей машин, работакв их в гидроабразивных средах.

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, никель, хром, .алюминий, барий, стронций, редкоземельные металлы, магний, кальций, . молибден, бор, олово и железо, о тл и ч а ю шийся тем, что, с. целью повышения иэносостойкости чугуна при сохранении механических свойств, он дополнительно содержит цирконий, вольфрам и ванадий при следукв ем соотношении компонентов, в вес.%:

Углерод 3,2-3,8

Кремний 3,3-4,5

Марганец : 0,6-1,5—

10 Медь 1 -2,5

Никель .D 5-1,5

ХРоМ 0,07-0,25

Алюминий 0,05-1,5

Барий . 0,005-0,1

35 Стронций 0,005-0,1

Редкоземельные -, ) металлы 0,01-0,2

Магний 0,025-0,08

Кальций .0,01-0,15

;щ Молибден 0,2-0,85

Бор 0,001-0,08

Олово 0 01 0т25.

Цирконий О, 1-0, 5

Вольфрам 0 01-0,3

Ванадий. 0,01-9, 3

Железо Остальное

Источники информации, принятые во- внимание при экспертизе

1. Авторское сввщетельство СССР

Р 735923, кл. С 22 С 37/04, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2942575/22-02/, кл. С 22 С 37/10, 1980.