Чугун

 

(i ii 985122

Союз Советских

Соцнапнстнческнх

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ8У (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 10.08.81(21) 3325396/22-02 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51)М. Кл.

С гг С 37/08

Гасударственный комитет

СССР ао делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.12.82. Бюллетень ¹ 48

Дата опубликования описания 02.01.83 (53) УЛK 669.13-196(088.8) М

Н.И. Щеглюк, О.Н. Магницкий, А.Д. СрыбниД, А.А. Косилов и Г.А.. Косников (" .

1 ."-"

1

1

1 (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) ЧУГУН

Изобретение относится к металлургии, а именно к высокопрочным чугунам с высокой конструкционной прочностью и вязкостью разрушения, оцениваемой критическим коэффициентом интенсивности k< и характеризующей способностью материала сопротивляться хрупкому разрушению.

Конструкционный чугун с вязкостью разрушения (1с1с) на уровне 200-3

280 кгс мм — может быть использован

2 при производстве изделии ответственного назначения взамен углеродистой стали, имеющей вязкость разрушения (1с ) на том же уровне, в отливках, поковках, штамповках с целью снижения трудоемкости изготовления деталей.

Известен чугун (1 1 следующего химического состава, вес.4:

Углерод 3,2-3,8

Кремний 2,2-2,9

Марганец 0,6-1,0

Хром 0,2-0,6

Никель 0,05-0,15

Медь 0,4-0,8

Фосфор 0,05-0 50

Р3М 0,01-0,05

Иттрий 0,04-0,20

Железо Остальное

Чугун имеет следующие свойства:

Предел прочности при растяжении, к гс/мм 5 1 8- 58 ° 0

Относительное удлинение, 7,0-9,0

Твердость НВ, кгс/мм 250-270

Установлено, что данный чугун имеет низкую вязкость разрушения К1

120-140 кгс/мм: -, невысокую удар-3 с ную вязкость ан = 3-5 кгс м/см

Известен также чугун (2 ) следую о щего химического состава, вес. :

Углерод 3,2 3,6

Кремний 1,6-2,6

Марганец О, 1-0,5

985122

0,02-0,05

0,01-0,05

0,02-0,10

0,05-0,15

251307

Вязкость разрушения (К4 ), кгс мм 90,0-110

Относительное удлинение, 4 1-3

Ударная вязкость„ кгс-м/см 1-3

Данный чугун также характеризуется низкой вязкостью разрушения и механическими свойствами, не отвечающими современным требованиям к конструкционным материалам.

Известен также чугун (3 ) следуют, 30 щего химического состава, вес.4:

Углерод 3,0-3,8

Марганец 0,1-0,8

Кремний 2,2-2,8

Медь 0,2-1,0

Никель 0,2-1,0

Магний 0,03-0,09

Хром 0,01-0, 10

Мышьяк 0,001-0,08

Железо Остальное

Чугун имеет следующие своиства:

Предел прочности при растяжении кгс/мм

Относительное удлинение, 2,6-3,1

Ударную вязкость, кгс м/см

Твердость НВ, кгс/мм 262-266

Недостатком этого чугуна также является низкая вязкость разрушения

3 (К ) 110-130 кгс мм —, пластич с 2 ность и ударная вязкость.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является чугун f4 ) следующего химического состава, вес.3:

85,6-100,0

2,7-3,0

Магний, Кальций

Медь

Алюминий

Редкоземельные 5 металлы 0,01-0,06

Железо Остальное

Чугун имеет следующие свойства:

Предел прочности при растяжении, о кгс/мм

Твердость НВ, кгс/мм 205-233

Модуль кольцевой прочности, кгс/мм 69-108 !

На чугуне данного состава определя. лись:

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Кальций

Редкоземельные металлы

Магний

Стронций

Алюминий.

Железо

Чугун имеет следу

Предел прочности при рвсТаееН,Krc/ 2

Относительное удлинение, 4

Ударная вязкость, кгс м/см

Твердость НВ, кгс/мм

3,1-3,8

2,3-3,2

0,45-0,90

0,1-0,4

0,01"0,1

0,003-0,1

0,02-0,08

0,005-0,12

0,005-0,20

Остальное ющие свойства:

52,2-61, 1

12,0-25,0

9,1-16,6

156-170

На чугуне данного состава определялось значение вязкости разрушения tК ), равное 1 30-170 кгс мм -3

К недостаткам известного чугуна относится то, что высокое содержание марганца (> 0,46) тормозит графитизацию чугуна, снижает вязкость разрушения (t<« ) пластичность и ударную вязкость, поэтому повышение содержания марганца до 0,9/ нецелесообразно; повышение содержания стронция (> 0,104 ) вследствие ограниченной растворимости в чугуне приводит к микроликвидации его по границам зерен, что отрицательно сказывается на механических свойствах чугуна; введение в высокопрочный чугун алюминия уже при содержании около 0,204 отрицательно влияет на образование шаровидного графита, способствует пленообразованию, снижает пластичность несмотря на увеличение количества феррита. Недостатками прототипа являются также низкие значения вязкости разрушения (К1с) и нестабильность механических свойств, что ограничивает его использование в качестве конструкционного материала взамен стали для изделий ответственного назначения.

Цель изобретения - повышение вязкости разрушения при сохранении стабильных значений прочности и пластичности на высоком уровне.

Указанная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, магний, кальций, по

5 9851 крайней мере один из элементов - церий или лантан и железо, дополнительно содержит иттрий, цирконий, медь и никель при следующем соотношении компонентов, вес.4: S

Углерод 1,8-3,6

Кремний 1,8-3,6

Марганец 0,1"0,4

Магний 0,02-0,06

Кальций О,ОО1-O,О5О 1в

По крайней мереодин из элементов:

Церий или лантан 0,01-0,15

Иттрий 0,001-0,10

Цирконий О, 01-0, 10

Медь 0,05-0,50

Никель 0 05-0,50

Железо Остальное

Введение иттрия в чугун увеличивает степень графитизации, улучшает форму графита, что приводит к значитель- 20 ному увеличению вязкости разрушения ("4c)

Цирконий способствует повышению степени графитизации чугуна и измельчению размеров графитных включений.

Кроме того, он увеличивает время действия модификатора, что делает технологический процесс и свойства чугуна более стабильными.

Введение в чугун кальция основа- зо но на его активном взаимодействии с серой. При содержании серы в чугуне 0,005-0,03 для полной десульфурации достаточно до 0,054 кальция, это количество принято в качестве верхнего предела. Повышенное содержание кальция (в прототипе до О, 13 и выше ) приводит к образованию большого количества неметаллических включений сложного состава, в том числе ав с РЗМ, распределяющихся в металлической основе и на границе графит-матрица, что приводит к снижению механических свойств.

Введение меди и никеля способствует повышению прочностных характеристик и увеличивает стабильность механических свойств чугуна за счет легирования матрицы.

Введение в расплав РЗМ основано на их высоком сродстве к кислороду и сере, однако действие каждоro иэ

15 редкоземельных элементов (лантана и лантонидов ) на графитизацию и физико-механические свойства чугу22 6 на различно и определять сумму Р3М, не указывая конкретно элементов, неверно. Введение в состав чугуна це" рия и лантана благоприятно влияет на очищение границ зерен от неметаллических включений, создает дополнительные центры кристаллизации. Кроме того, церий оказывает глобулизирующее действие на графит. Особенно эффек" тивно вязкость разрушения (К.1с ) повышается при совместном введении иттрия, церия, лантана и кальция.

Чугун выплавляют в индукционной печи емкостью 60 кг с основной футеровкой. В качестве шихты используют стальные отходы, ферросплавы и специальные присадки. Предлагаемый состав чугуна можно получить любым из известных способов — ввод элементов или их соединении в ковш или в электропечь.

Механические свойства определяют на образцах, вырезанных из пробных брусков согласно ГОСТ 7293-79, вяз- кость разрушения оценивают методом

-интеграла согласно РТИ 3-14-80. Чугун подвергают ферритизирующему отжигу.

Химический состав и механические свойства известного чугуна Р4 1 и предлагаемого приведены в таблице.

Как видно из таблицы, предлагаемый чугун имеет требуемый уровень вязкости разрушения (К1с), высокие и более стабильные значения пластичности, ударной вязкости и прочности.

Использование предлагаемого конструкционного чугуна для производства отливок, испытывакицих в процессе эксплуатации высокие статические и динамические нагрузки, значительно повы. шает их надежность в эксплуатации и дает возможность заменить, стальные отливки, поковки и штамповки отливками из высокопрочного чугуна со значительным снижением трудоемкости изготовления деталей.

Замена стальноro сборного вала цельнолитым из высокопрочного чугуна обеспечит экономический эффект

230 тыс.руб. в год эа счет снижения трудоемкости механической обработки. повышения коэффициента использования металла, снижения веса детали.

985122

ctt

C 5

ICt Я «ь.

Всб «й

СС C tCL

>,аех

v5

OO

411 «

° «м

« \

4Ч 4Ч

«««»

41Ъ чб 40

«

° в tn сч

« «

° 41 . CO СО CV

« « м О п4 сч сч сч з (ч оt- x

4В сх!

« «

М 4Ч сч сч о о! ч в

4Ч

4Ю

О сч сч

«

Сф 1Ч

nl 4ч

1 « 1

5*C"

CO 01

« « сч

О в в ц - !»

V С!ЕО

Re фм

С» Х Q. сч

« сч в чб в .х

-е о

О в б

«

° - л о в в в в

° Ф в

41 оф Ф х а

Сбббх И кфир

oaz x а ь

« сч сбб ь л сч сч в ю г л в сч

СЧ 1Ч

Ю

CCt сч

1

1

1

I в ь ь ь

Ь Сс

« ь ь

1 !! 1

l, 1 1 в ь ю сч

Ct о ь!

I

1 Ь

Itt

1 !

1 !

1 1

1 1 ь ь!

1 L

I LI

1

ФФ 1

С!

1 1

1 1 в

Ю о ь о о ю

tn о о ь о в р ю о

« о ь о

1 !

1 1 ! 4Ч

Ю

« ь

tn a ь ь

o o

С:! о ° o в о о о ь о о .о в

Ю

Ю а ь

О

Ю

Р) с!

44 1 с«\

О ь о

lA се ю в ь о ь о о ю в

Ь О

Ю о о сч

Ct

О о в

Ю ь о

1.

I

Ю о О

Ю а

О сч а в

О О О

« о о о о сч сч о ь

« а о

Ct сч

Ю о о о

« ь о

О В

О Ь

« с» о

lA

О

Ct в в о сч о в

« о о о в ь а в

« ь о

lA В сч о

«

Ю в сч

Ct в

О в о о в

«

a o в в сч о

«, « о о в в о

1Ч О В

« « ь а о

Ю

IA

nl cO о о о о п4 Чб

e o

« о

41 м o о

o o сч О о o a о a o

1С!

Ю

e a. o сч

« « « о о о о

° Ф 0 1

« о а e сч

« «

a o o о о

« «

О О

1 и .

Ю. 4бс

« м

1

1 441 о а м сч сч о о

60 СО

« «

nt «о о о

IO C0 ЧЭ

Ф \ « сч м

«

° м о о

«- Об!

« « м

o o

60. Ф

«

4Ч

О О Ь

4О ОЭ ъО

« « «

СЧ «М б

° СЭ

Ю чб

« м

« «

° м

1 1. б У! g

СЧ б б» с

"L3

1

4

I

I

I

3 ф х t

44

У! ф 1 ф I х

< 1

g 1

«1 ф

ФI а t 1

М Ф IA cO 4««СO Ch O в

1Ч

«

Ю

° Ф о

«

Ю

Ю

nt

«

Ю о

Ю

« сч

О

CO

«

985122

1,8-3,6

1,8-,6

0,1-0,4 о,аг-o,î6

0,001-0,050

Углерод

Кремний

Марганец

Магний

Кальций

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод,: кремний„ марганец, магний, кальций, по крайней мере один из элементов - церий, лантан и железо, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения вязкости разрушения, он дополнительно содержит иттрий, цирконий, никель и медь при следующем соотношении компо- О нентов, вес.3:

"По крайней мере один иэ элементов:

Церий, лантан 0,01-0,15

Иттрий а,оа1-o,1а

Цирконий о,о1-o,1а

Никель 0,05-0,50

Медь, 0,05-0,50

Железо Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР и 639958, кл. С 22 С 37/10, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР и 648638, кл. С 22 С 37/10, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР и .589278, кл. C 22 C 37/10, 1976.

4. Авторское свидетельство СССР и 602591, кл. С 22 С 37/10, 1976.

Составитель Г, Дудик

Редактор 11 Филь Техред М Надь Корректор В. Прохненко

Заказ l0091/36 Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1130Я Москва, Ж- 5 Раушская наб. 8. 4/

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