RU2583225C1 - High-strength cold-resistant cast iron - Google Patents

High-strength cold-resistant cast iron Download PDF

Info

Publication number
RU2583225C1
RU2583225C1 RU2014149671/02A RU2014149671A RU2583225C1 RU 2583225 C1 RU2583225 C1 RU 2583225C1 RU 2014149671/02 A RU2014149671/02 A RU 2014149671/02A RU 2014149671 A RU2014149671 A RU 2014149671A RU 2583225 C1 RU2583225 C1 RU 2583225C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cast iron
iron
content
boron
strength cold
Prior art date
Application number
RU2014149671/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Александрович Зиновьев
Алексей Александрович Колпаков
Игорь Олегович Леушин
Андрей Михайлович Тимофеев
Вячеслав Анатольевич Селихов
Ольга Борисовна Артемова
Original Assignee
Открытое акционерное общество "ГАЗ" (ОАО "ГАЗ")
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "ГАЗ" (ОАО "ГАЗ"), Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ filed Critical Открытое акционерное общество "ГАЗ" (ОАО "ГАЗ")
Priority to RU2014149671/02A priority Critical patent/RU2583225C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2583225C1 publication Critical patent/RU2583225C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C37/00Cast-iron alloys
    • C22C37/04Cast-iron alloys containing spheroidal graphite

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to metallurgy, particularly to compositions of high-strength cold-resistant cast iron for production of cast workpieces in conditions of mass production. Cast iron contains, wt%: carbon 3.85-4.05, silicon 2.2-2.7, manganese up to 0.06, chromium - 0.05, magnesium 0.03-0.06, lanthanum 0.001-0.01, calcium 0.002-0.007, aluminium 0.003-0.01, zirconium 0.01-0.1, boron 0.005-0.007, sulphur up to 0.022; phosphorus up to 0.03, iron - balance.
EFFECT: technical result is high impact viscosity of high-strength cast iron at negative temperatures.
1 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к разработке составов высокопрочного хладостойкого чугуна с шаровидным графитом.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the development of compositions of high-strength cold-resistant cast iron with spherical graphite.

Известен высокопрочный хладостойкий чугун [1], при производстве которого делается графитизирующее модифицирование в 2 этапа. Недостатком данного чугуна является резкое падение ударной вязкости при низких температурах (начиная -40°C и ниже) более чем в 2 раза.Known for high-strength cold-resistant cast iron [1], the production of which is a graphitizing modification in 2 stages. The disadvantage of this cast iron is a sharp drop in toughness at low temperatures (starting at -40 ° C and below) more than 2 times.

Наиболее близким к предлагаемому чугуну является чугун [2]. Химический состав указан в табл. 1.Closest to the proposed cast iron is cast iron [2]. The chemical composition is shown in table. one.

Благодаря совместному вводу Mg, La, Са, Al и Zr чугун имеет высокие пластические свойства, ферритную металлическую матрицу и стабильность при получении шаровидного графита при минимальном расходе сфероидизирующего модификатора, но имеет недостаточную хладостойкость, т.е. ударную вязкость при отрицательных температурах.Due to the combined introduction of Mg, La, Ca, Al, and Zr, cast iron has high plastic properties, a ferritic metal matrix, and stability in the production of spherical graphite with a minimum consumption of a spheroidizing modifier, but has insufficient cold resistance, i.e. impact strength at low temperatures.

Техническим результатом данного изобретения является повышение ударной вязкости высокопрочного чугуна при отрицательных температурах.The technical result of this invention is to increase the toughness of ductile iron at low temperatures.

Технический результат достигается тем, что высокопрочный хладостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, магний, лантан, кальций, алюминий, цирконий, серу, фосфор, железо, дополнительно содержит бор, при следующем содержании компонентов, мас. %:The technical result is achieved in that high-strength cold-resistant cast iron containing carbon, silicon, manganese, chromium, magnesium, lanthanum, calcium, aluminum, zirconium, sulfur, phosphorus, iron, additionally contains boron, with the following components, wt. %:

УглеродCarbon 3,85-4,053.85-4.05 КремнийSilicon 2,2-2,72.2-2.7 МарганецManganese до 0,06up to 0.06 ХромChromium до 0,05up to 0.05 МагнийMagnesium 0,03-0,060.03-0.06 ЛантанLanthanum 0,001-0,010.001-0.01 КальцийCalcium 0,002-0,0070.002-0.007 АлюминийAluminum 0,003-0,010.003-0.01 ЦирконийZirconium 0,01-0,10.01-0.1 БорBoron 0,005-0,0070.005-0.007 СераSulfur до 0,022up to 0.022 ФосфорPhosphorus до 0,03up to 0.03 ЖелезоIron остальноеrest

Аналогов, содержащих отличительные признаки предлагаемого технического решения, не обнаружено. На ОАО «ГАЗ», в условиях литейной лаборатории, были проведены опытные сравнительные плавки с известным и предложенным чугунами. Чугун выплавлялся в индукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой. В качестве шихты использовали чушковые передельные чугуны, возврат высокопрочного чугуна, отходы стали и ферросплавы. Лантан, кальций и алюминий вводили в виде модификатора "Lamet", а цирконий и бор вводили в виде ферросплавов. Металл перегревали в печи до 1500°C и заливали чугун в четыре песчаноглинистые формы с реакционными камерами и литыми заготовками для вырезки образцов на механические испытания. Во всех четырех формах количество добавок было одинаковым, кроме бора. В реакционные камеры форм вводили 0,6% "Lamet" + борную кислоту (0,06-0,08%). Цирконий вводили в виде 0,4% ферроциркония марки ФС60Цр5 в ковш. Количество бора варьировалось от 0,003% до 0,1% (табл. 1, варианты 1-4).Analogues containing the distinguishing features of the proposed technical solution were not found. At OAO GAZ, in the conditions of a foundry laboratory, experimental comparative melts were conducted with the known and proposed cast irons. Cast iron was smelted in an IST-016 induction furnace with an acid lining. As a charge, pig-iron pig irons, return of ductile iron, steel waste and ferroalloys were used. Lanthanum, calcium and aluminum were introduced in the form of the Lamet modifier, and zirconium and boron were introduced in the form of ferroalloys. The metal was overheated in an oven to 1500 ° C and cast iron was poured into four sandy clay forms with reaction chambers and cast billets for cutting samples for mechanical testing. In all four forms, the amount of additives was the same except for boron. 0.6% Lamet + boric acid (0.06-0.08%) was introduced into the reaction chambers of the forms. Zirconium was introduced as 0.4% FS60Cr5 grade ferrozirconium into the bucket. The amount of boron ranged from 0.003% to 0.1% (Table 1, options 1-4).

Как показали испытания образцов на ударную вязкость (табл. 2), оптимальным содержанием бора в этом чугуне является 0,005-0,007%) (табл. 2, варианты 2-3), оказывающее наибольшее влияние на ударную вязкость.As tests of samples for impact strength showed (Table 2), the optimum boron content in this cast iron is 0.005-0.007%) (Table 2, options 2-3), which has the greatest impact on impact strength.

Изменения в химический состав выплавляемого чугуна введены с целью стабильного получения максимальной ферритизации структуры чугуна в отливках и обеспечения необходимых свойств чугуна.Changes in the chemical composition of cast iron are introduced in order to stably obtain maximum ferritization of the cast iron structure in castings and to provide the necessary properties of cast iron.

С понижением содержания углерода возрастает количество перлита, сохраняющегося после отжига. При этом вероятно также наличие структурного свободного цементита и графита нешаровидной формы. Поэтому необходимо иметь повышенное содержание углерода (3,85-4,05%), чтобы обеспечить более высокие литейные свойства и в то же время не снизить механические свойства.With a decrease in carbon content, the amount of perlite remaining after annealing increases. Moreover, the presence of structural free cementite and graphite of a non-spherical shape is also likely. Therefore, it is necessary to have a high carbon content (3.85-4.05%) in order to provide higher casting properties and at the same time not reduce the mechanical properties.

С точки зрения пластичности, наилучшим является содержание кремния в чугуне в пределах 2,2-2,7%. Во избежание отрицательного влияния на ударную вязкость и с целью снижения порога хладноломкости его содержание не должно превышать 2,7%.From the point of view of ductility, the best is the silicon content in cast iron in the range of 2.2-2.7%. In order to avoid a negative impact on the toughness and in order to reduce the cold brittleness threshold, its content should not exceed 2.7%.

Марганец оказывает влияние, противоположное влиянию кремния, уменьшая количество феррита и увеличивая количество перлита, поэтому, с целью снижения порога хладноломкости, его содержание не должно превышать 0,06%.Manganese has the opposite effect of silicon, reducing the amount of ferrite and increasing the amount of perlite, therefore, in order to reduce the cold brittleness threshold, its content should not exceed 0.06%.

Хром является еще более сильным карбидостабилизатором, чем марганец, поэтому его содержание ограничено еще больше, до 0,05%.Chromium is an even stronger carbide stabilizer than manganese; therefore, its content is even more limited, to 0.05%.

Увеличение содержания фосфора до 0,025-0,030% вызывает снижение пластических свойств, прочность при растяжении понижается, а твердость возрастает. Для получения высокой ударной вязкости верхний предел содержания фосфора должен быть ограничен 0,03%.An increase in phosphorus content to 0.025-0.030% causes a decrease in plastic properties, tensile strength decreases, and hardness increases. To obtain high impact strength, the upper limit of the phosphorus content should be limited to 0.03%.

Содержание серы ограничено до 0,02-0,022%. При большем содержании серы стабльного получения шаровидного графита не получается.The sulfur content is limited to 0.02-0.022%. With a higher sulfur content, stable production of spherical graphite does not work.

Содержание магния рекомендуется в пределах 0,03-0,06%. Если остаточное содержание магния менее 0,03%, то результаты модифицирования нестабильны. Увеличение содержания магния более 0,06% нецелесообразно, так как это не повышает свойства чугуна.The magnesium content is recommended in the range of 0.03-0.06%. If the residual magnesium content is less than 0.03%, the modification results are unstable. An increase in magnesium content of more than 0.06% is impractical, since this does not increase the properties of cast iron.

Предлагаемое количество лантана, кальция и алюминия (чугуны 1-4 табл. 1) обеспечивает максимальный эффект повышения температуры расплава за счет их взаимодействия с серой и кислородом чугуна, что улучшает растворимость модификатора. Очищает границы зерен, дает максимальный графитизирующий эффект и минимальную усадку.The proposed amount of lanthanum, calcium and aluminum (cast iron 1-4 table. 1) provides the maximum effect of increasing the temperature of the melt due to their interaction with sulfur and oxygen of cast iron, which improves the solubility of the modifier. Cleans grain boundaries, gives maximum graphitizing effect and minimal shrinkage.

При повышении суммарного содержания лантана, кальция, алюминия модификатор плохо усваивается, графита выделяется меньше, увеличивается количество неметаллических включений, увеличивается усадка.With an increase in the total content of lanthanum, calcium, and aluminum, the modifier is poorly absorbed, less graphite is released, the number of non-metallic inclusions increases, and shrinkage increases.

Снижение содержания этих элементов не обеспечивает модификатору хорошей десульфурирующей способности, что также не позволяет получить при обработке высокопрочного чугуна графит полностью сфероидальной формы.The decrease in the content of these elements does not provide the modifier with a good desulfurizing ability, which also does not allow to obtain graphite in a fully spheroidal form when machining high-strength cast iron.

При содержании углерода и кремния в указанных пределах усадка сплава наименьшая.When the carbon and silicon contents are within the specified limits, the shrinkage of the alloy is the smallest.

При меньшем содержании углерода и кремния жидкотекучесть чугуна уменьшается и усадка увеличивается.With a lower content of carbon and silicon, the fluidity of cast iron decreases and shrinkage increases.

При большом содержании углерода и кремния происходит флотация графита и образование плен и усадка чугуна увеличивается.With a high content of carbon and silicon, graphite flotation occurs and the formation of captives and shrinkage of cast iron increases.

В известном чугуне без добавок La, Са, Al усадка резко возрастает.In the known cast iron without additives La, Ca, Al, the shrinkage increases sharply.

Дополнительное модифицирование циркониевой лигатурой ФС60Цр5 в количестве 0,2-0,6% уменьшает количество вермикулярного графита до нуля и улучшает форму графита от компактного до шаровидного. Количество феррита увеличивается до 95-100%, а твердость уменьшается со 187 до 140 НВ.Additional modification with zirconium alloy FS60Tsr5 in an amount of 0.2-0.6% reduces the amount of vermicular graphite to zero and improves the shape of graphite from compact to spherical. The amount of ferrite increases to 95-100%, and the hardness decreases from 187 to 140 HB.

Дополнительно в состав чугуна введен бор в количестве 0,005-0,007%. Совместно с комплексным модификатором бор оказывает влияние на процесс кристаллизации высокопрочного чугуна, приводящий к значительному измельчению зерен и повышению устойчивости аустенита к распаду при переохлаждении. Также бор обладает высокой химической активностью по отношению к кислороду и азоту. Более высокое содержание бора (≥0,01%) приводит к карбидостабилизирующему эффекту и резкому снижению пластических характеристик, а небольшое содержание бора (≤0,002%) не оказывает на сплав никакого влияния (табл. 2).Additionally, boron in the amount of 0.005-0.007% was introduced into the composition of cast iron. Together with a complex modifier, boron influences the crystallization process of ductile iron, which leads to a significant grinding of grains and an increase in the resistance of austenite to decomposition under supercooling. Boron also has a high chemical activity with respect to oxygen and nitrogen. A higher boron content (≥0.01%) leads to a carbide-stabilizing effect and a sharp decrease in plastic characteristics, and a small boron content (≤0.002%) does not have any effect on the alloy (Table 2).

Figure 00000001
Figure 00000001

Источники информацииInformation sources

1. Яковлев М.И., Пестов Е.С., Андреев А.Д. «Хладостойкий чугун с шаровидным графитом». Литейное производство №3, 2001.1. Yakovlev M.I., Pestov E.S., Andreev A.D. "Cold-resistant nodular cast iron." Foundry No. 3, 2001.

2. Зиновьев Ю.А. и др. «Высокопрочный чугун» патент №2413026, С22С 37/04, бюллетень №6, 2011.2. Zinoviev Yu.A. and other "High-strength cast iron" patent No. 2413026, C22C 37/04, bulletin No. 6, 2011.

Claims (1)

Высокопрочный хладостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, магний, лантан, кальций, алюминий, цирконий, серу, фосфор и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бор при следующем содержании компонентов, мас. %:
углерод 3,85-4,05 кремний 2,2-2,7 марганец до 0,06 хром до 0,05 магний 0,03-0,06 лантан 0,001-0,01 кальций 0,002-0,007 алюминий 0,003-0,01 цирконий 0,01-0,1 бор 0,005-0,007 сера до 0,022 фосфор до 0,03 железо остальное
High-strength cold-resistant cast iron containing carbon, silicon, manganese, chromium, magnesium, lanthanum, calcium, aluminum, zirconium, sulfur, phosphorus and iron, characterized in that it additionally contains boron with the following components, wt. %:
carbon 3.85-4.05 silicon 2.2-2.7 manganese up to 0.06 chromium up to 0.05 magnesium 0.03-0.06 lanthanum 0.001-0.01 calcium 0.002-0.007 aluminum 0.003-0.01 zirconium 0.01-0.1 boron 0.005-0.007 sulfur up to 0.022 phosphorus up to 0.03 iron rest
RU2014149671/02A 2014-12-09 2014-12-09 High-strength cold-resistant cast iron RU2583225C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014149671/02A RU2583225C1 (en) 2014-12-09 2014-12-09 High-strength cold-resistant cast iron

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014149671/02A RU2583225C1 (en) 2014-12-09 2014-12-09 High-strength cold-resistant cast iron

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2583225C1 true RU2583225C1 (en) 2016-05-10

Family

ID=55959851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014149671/02A RU2583225C1 (en) 2014-12-09 2014-12-09 High-strength cold-resistant cast iron

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2583225C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107801426A (en) * 2017-09-19 2018-03-16 邯郸慧桥复合材料科技有限公司 A kind of deep soil loosing shovel and its production method
RU2715931C1 (en) * 2019-10-10 2020-03-04 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" High-strength cold-resistant cast iron with spherical graphite

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1546511A1 (en) * 1988-01-26 1990-02-28 Институт проблем литья АН УССР Cast iron
EP2184372A1 (en) * 2007-08-31 2010-05-12 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Austenitic cast iron, process for manufacturing the same, austenitic cast iron castings, and exhaust system parts
US20100239451A1 (en) * 2007-06-26 2010-09-23 Incorporated National University Iwate University Flake Graphite Cast Iron And Production Method Thereof
RU2413026C1 (en) * 2009-12-15 2011-02-27 Открытое акционерное общество "ГАЗ" (ОАО "ГАЗ") High strength iron

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1546511A1 (en) * 1988-01-26 1990-02-28 Институт проблем литья АН УССР Cast iron
US20100239451A1 (en) * 2007-06-26 2010-09-23 Incorporated National University Iwate University Flake Graphite Cast Iron And Production Method Thereof
EP2184372A1 (en) * 2007-08-31 2010-05-12 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Austenitic cast iron, process for manufacturing the same, austenitic cast iron castings, and exhaust system parts
RU2413026C1 (en) * 2009-12-15 2011-02-27 Открытое акционерное общество "ГАЗ" (ОАО "ГАЗ") High strength iron

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107801426A (en) * 2017-09-19 2018-03-16 邯郸慧桥复合材料科技有限公司 A kind of deep soil loosing shovel and its production method
CN107801426B (en) * 2017-09-19 2020-12-18 邯郸慧桥复合材料科技有限公司 Subsoiler and production method thereof
RU2715931C1 (en) * 2019-10-10 2020-03-04 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" High-strength cold-resistant cast iron with spherical graphite

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104357735A (en) High-chromium cast iron and preparation method thereof
CN103602879A (en) Preparation method for high strength gray cast iron material
RU2395366C1 (en) Procedure for production of casts out of alloyed iron
RU2583225C1 (en) High-strength cold-resistant cast iron
CN102676908A (en) Rare earth inoculant-promoted D-type graphite alloy glass mold
RU2401316C1 (en) Wear-resistant cast iron
CN104388810A (en) Preparation method of as-cast nodular cast iron and nodular cast iron
RU2513363C1 (en) High-strength antifriction iron
CN114411049B (en) Low-cost and high-strength ferritic nodular cast iron and preparation method and application thereof
RU2611624C1 (en) High-strength alloyed antifriction cast iron
CN104087812A (en) Vermicular graphite cast iron material with high vermicular graphite percentage
RU2509159C1 (en) Making of cold-resistant cast iron
RU2715931C1 (en) High-strength cold-resistant cast iron with spherical graphite
RU2203344C2 (en) Casting steel
Mittal et al. Property enhancement of spheroidal graphite cast iron by heat treatment
RU2409689C1 (en) Grey bearing cast iron
RU2615409C2 (en) High-strength antifriction cast iron
RU2450076C1 (en) Grey perlite cast iron
RU2718843C1 (en) High-strength alloyed antifriction cast iron
RU2432412C2 (en) Iron and procedure for its production
RU2720271C1 (en) High-strength alloyed antifriction cast iron
RU2718849C1 (en) Nonmagnetic iron
RU2602312C1 (en) Grey bearing cast iron
SU1546511A1 (en) Cast iron
RU2631930C1 (en) Modifier