SU1199820A1

SU1199820A1 - Cast iron

Info

Publication number: SU1199820A1
Application number: SU843748881A
Authority: SU
Inventors: Михаил Петрович Шебатинов; Петр Петрович Сбитнев
Priority date: 1984-06-05
Filing date: 1984-06-05
Publication date: 1985-12-23

Abstract

ЧУГУН, содержащий углерод, . кремний,марганец,хром,медь, титан и железо, отличающийс тем. что, с целью повышени прочности при ударе и предела текучести, он допсшнительно содержит ниобий, стронций и барий при следующем соотношении компонентов, мае. %: 1,6-2,8 Углерод 0,2-1,4 Кремний 0,4-3,5 Марганец 3,5-8,5 Хром 0,5-2,5 Медь 0,05-0,65 Титан 0,1-3,5 Ниобий 0,01-0,04 Стронций Барий 0,02-0,05 Остальное ЖелезоPIG IRON containing carbon,. silicon, manganese, chromium, copper, titanium and iron, characterized in that. that, in order to increase impact strength and yield strength, it additionally contains niobium, strontium and barium in the following ratio of components, May. %: 1.6-2.8 Carbon 0.2-1.4 Silicon 0.4-3.5 Manganese 3.5-8.5 Chromium 0.5-2.5 Copper 0.05-0.65 Titanium 0.1-3.5 Niobium 0.01-0.04 Strontium Barium 0.02-0.05 Rest of Iron

Description

и and

1one

Изобретение относитс к металлур гии, а именно к изысканию состава износостойкого легированного белого чугуна, предназначенного дл работы в услови х ударно-абразивного износа в интервале температур 20-600 С,The invention relates to metallurgy, namely, to finding a composition of wear-resistant doped white iron, designed to work under conditions of impact-abrasive wear in the temperature range 20-600 ° C,

Цель изобретени - повышение прочности при ударе и предела текучести ..The purpose of the invention is to increase the impact strength and yield strength.

Выплавку чугуна ведут в индук- ционной печи ИСТ 025 с нейтральной футеровкой. В расплав чугуна при .1380-1420С ввод т следуклцие легированные элементы: ферромарганец, медь, ниобий, феррохром и ферротитан Перед заливкой на дно ковша ввод т барий и стронций,в виде лигатур. Химический состав конкретных плавок предлагаемого и известного чугунов приведен в табл. 1.Iron smelting is carried out in an IST 025 induction furnace with a neutral lining. The following alloyed elements are introduced into the molten iron at .1380-1420C: ferromanganese, copper, niobium, ferrochrome and ferrotitanium. Before pouring, barium and strontium are introduced into the bottom of the ladle in the form of master alloys. The chemical composition of the concrete heats of the proposed and known iron is given in table. one.

На основании проведенных испытаний установлено, что содержание углерода и кремни больше верхнего предела приводит к снижению ударной прочности и предела текучести, а следовательно, к увеличению износа , благодар образованию в структуре чугуна сложных карбидов типа цементита формулой (Fe, Cr)jC.On the basis of the tests carried out, it was found that the carbon and silicon content above the upper limit leads to a decrease in impact strength and yield strength, and consequently, to an increase in wear, due to the formation of complex carbides such as cementite in the iron structure by the formula (Fe, Cr) jC.

Уменьшение количества этих элементов менее нижнего предела также ведет к снижению ударной прочности, уменьшению твердости, а это сказываетс на износостойкости - ведет к ее снижению.A decrease in the number of these elements below the lower limit also leads to a decrease in impact strength, a decrease in hardness, and this affects wear resistance — it leads to its decrease.

Марганец существенно вли ет не только на структуру металлической основы, но .и на строение эвтектик, увеличива долю тройной эвтектики (А Сг C 5 + МеС) . При условии сохранени посто нной структуры металлической основы с увеличением содержани углерода должна увеличиватьс и концентраци марганца. Это объ сн етс тем, что марганец подавл ет перлитное превращение, что повьшает износостойкость. Содержание марганца менее его нижнего предела ведет к недостаточным закаливаемости (перлитна структура) и износостойкости . Введение его выше верхнего предела снижает температуру мартенситного превращени , повьщ1ает количество остаточного аустевита в структуре чугуна (после термообработки ) , снижает твердость и ухудшает износостойкость.Manganese significantly affects not only the structure of the metal base, but also the structure of eutectics, increasing the proportion of triple eutectics (A Cr C 5 + MeC). If the metal base structure is kept constant, the concentration of manganese should increase with increasing carbon content. This is due to the fact that manganese suppresses pearlite transformation, which increases the wear resistance. Manganese content less than its lower limit leads to insufficient hardenability (pearlite structure) and wear resistance. Introducing it above the upper limit reduces the temperature of the martensitic transformation, increases the amount of residual austevite in the iron structure (after heat treatment), reduces the hardness and deteriorates the wear resistance.

Дл получени у чугуна высоких ударной прочности и абра:зивной стой199820гTo obtain high impact resistance and abra in cast iron: abrasive stand199820g

кости его легируют хромом в пределах 3,5-8,5 мае. %. Введение хрома менее 3,5 мае. % ведет к образованию эвтектического ц-ементита (Fe, Ог)зС,his bones are alloyed with chromium in the range of 3.5-8.5 May. % The introduction of chromium is less than 3.5 May. % leads to the formation of eutectic c-ementite (Fe, Og) C,

5 что нежелательно, так как хрупка эвтектика, содержаща цементит, располагаетс по границам эвтектических колоний и охрупчивает металлическую основу.5 which is undesirable because the fragile eutectic containing cementite is located along the boundaries of the eutectic colonies and embrittles the metal base.

10 Присадка хрома выше верхнего предела приводит к образованию богатых хромом комплексов, увеличивающих неоднородность структуры. Как показгши исследовани , эти комплексы10 The addition of chromium above the upper limit leads to the formation of chromium-rich complexes, which increase the heterogeneity of the structure. As shown by studies, these complexes

t5 состо т из 70 мае. % хрома иt5 consists of 70 may. % chromium and

30 мае. % железа, что ведет к охрупчиванию , а в итоге к снижению ударно-абразивной стойкости отливок из предлагаемого чугуна,May 30 % iron, which leads to embrittlement, and eventually to a decrease in the shock-abrasive resistance of castings from the proposed iron,

20 Легирование чугуна медью в пределах 0,5-2,5 мае. % пoвьшJaeт термодинамическую активность углерода. Использование при этом дополнительных карбидообразующих элементов 20 Doping of cast iron with copper in the range of 0.5-2.5 May. % enters thermodynamic carbon activity. Using additional carbide-forming elements

.25 (хром, ниобий) приводит к значительному повышению ударной прочности и предела текучести, что непосредственно св зано с роетом износостойкости ..25 (chromium, niobium) leads to a significant increase in impact strength and yield strength, which is directly related to wear resistance.

3Q Содержание меди менее 0,5 мае. % малоэффективно, а выше верхнего предела (2,5%) нецелесообразно из-за сильного вли ни на стаби-лизацию аустенита. После термической обработки выдел етс большое . количество остаточного аустенита, отрицательно сказывающегос на изноеоетойкости.3Q Copper content less than 0.5 May. % is ineffective, and above the upper limit (2.5%) is impractical because of the strong effect on the stabilization of austenite. After heat treatment, it is very large. the amount of residual austenite, adversely affecting its long-term resistance.

Присадка титана раскисл ет чугун , улучшает свойства расплава за счет удалени неметаллических включений в шлак. Одновременно в начальный период кристаллизации происходит образование мелкодисперсных нитридов и карбидов, служащихThe addition of titanium increases iron casting, improves the properties of the melt by removing non-metallic inclusions in the slag. At the same time, in the initial period of crystallization, the formation of fine nitrides and carbides, serving as

впоследствии центрами формирова ни мелкодисперсной металлической основы. В результате увеличиваютс прочностные свойства чугуна и его износостойкость. subsequently, the centers of the formation of a finely dispersed metal base. As a result, the strength properties of cast iron and its wear resistance increase.

Содержание титана менее нижнего предела практически не оказывает вли ние на свойства чугуна, а содержание его более верхнего предела создает технологические трудности The titanium content of less than the lower limit has practically no effect on the properties of the iron, and the content of its higher upper limit creates technological difficulties.

55 при получении отливок.55 when receiving castings.

Ниобий оказьшает наиболее сильное легирующее воздействие на расплав чугуна. Его вли ние в наибольшейNiobium has the strongest alloying effect on the molten iron. His influence is greatest.

степени сказываетс на прочностных характеристиках. Образу в расплаве мелкодисперсные карбиды и нитриды , он формирует однородную мелкодисперсную структуру, котора после указанной ниже термической обработки способствует высокой стойкости к воздействию температуры (до ). Это можно объ снить блокировкой дислокаций и перемещени ми границ зерен в процессе вли ни высоких температур. Это, в свою очередь, обеспечивает повышенные ударную прочность и предел текучести в процессе работы деталей , полученных из предлагаемого сплава. С помощью электронного микроскопа вы вл ют новый тип сложных карбидов на основе ниоби , которые привод т к дисперсному твердению.degree affects the strength characteristics. The image in the melt is finely dispersed carbides and nitrides; it forms a homogeneous fine structure, which, after the heat treatment specified below, contributes to a high resistance to temperature (up to). This can be explained by the blocking of dislocations and the displacement of grain boundaries during the influence of high temperatures. This, in turn, provides increased impact strength and yield strength in the process of working parts derived from the proposed alloy. Using an electron microscope, a new type of complex niobium-based carbides is revealed, which leads to a dispersion hardening.

Содержание ниоби менее 0,1 мас. малоэффективно, а более 3,5 мас.% его вводить нецелесообразно, посколку никакого вли ни на дальнейший рост предела текучести и ударной прочности он не оказьтает. Абразивна стойкость также соответствует пределу 3,5 мае. % ниоби ;Niobium content less than 0.1 wt. ineffective, and more than 3.5 wt.% it is impractical to introduce, because the scattering of any effect on the further growth of the yield strength and impact strength, it does not have. Abrasive resistance also corresponds to the limit of 3.5 May. % niobium;

С целью увеличени прочностных и пластических свойств за счет рафинировани расплава (св зывание прмесных элементов таких как сера, фосфор, кислород в неметаллические соединени правильной округлой формь и удаление их в шлак) в состав белого чугуна ввод т стронций и барий. В результате большого химического сродства -указанных элементов к примесным происходит достаточно полное удаление последних из расплава, что при последующей кристаллизации обеспечивает образование мелкодисперсной структуры металлической основы. При этомIn order to increase the strength and plastic properties by refining the melt (binding of admixture elements such as sulfur, phosphorus, oxygen into nonmetallic compounds of the correct round shape and removing them into the slag) strontium and barium are introduced into the composition of white iron. As a result of the high chemical affinity of the indicated elements to the impurity, the latter are completely removed from the melt, which during the subsequent crystallization ensures the formation of a finely dispersed structure of the metal base. Wherein

границы зерен свободны от неметаллических включений неправильной формы , например сульфидов марганца (MnS) и других подобных соединений. Как показывают испытани , неметаллические включени бари и стронци правильной округлой формы распределены внутри зерен металлической основы. Такой характер их распределени дополнительно ведет к увеличению прочности и предела текучести .grain boundaries are free from irregular non-metallic inclusions, such as manganese sulphides (MnS) and other similar compounds. As the tests show, non-metallic inclusions of barium and strontium of regular rounded shape are distributed inside the grains of the metallic base. Such a pattern of their distribution further leads to an increase in strength and yield strength.

Таким образом, присадка каждого из указанных элементов менее его 5 нижнего предела малоэффективна, а более верхнего предела оказьюает отрицательное вли ние на формирова ние металлической основы, что приводит к снижению ударной прочности, предела текучести и износостойкости.Thus, the additive of each of these elements less than its 5 lower limit is ineffective, and a higher limit has a negative effect on the formation of a metal base, which leads to a decrease in impact strength, yield strength and wear resistance.

00

Физико-механические испытани образцов указанных плавок проведаны по известным методикам и- представлены в табл. 2.The physicomechanical tests of the samples of these heats were carried out according to known methods and are presented in Table. 2

Заливку образцов производ т в Fill samples produced in

5 разовые земл ные формы при 15301550С .5 one-time land forms at 15301550С.

Испытани провод т после термической обработки по следующему режиму: нагрев до , выдержки 1,5 ч, The tests are carried out after heat treatment in the following mode: heating to, exposure 1.5 hours,

0 закалка на воздухе, отпуск при в течение 4 .ч.0 quenching in air, tempering at for 4 h.

Испытани на износ провод т на детал х-толкател х непосредственно в производственных услови х на стендах дл ускоренных испытаний.Wear tests are carried out on parts of x-pushers directly under production conditions on stands for accelerated tests.

Как видно из табл, 2, предлагаемьй чугун позвол ет более чем в 2 раза повысить эксплуатационную стойкость деталей двигател внутрен0 него сгорани , т.е. увеличить срок его службы, что приводит к существенному сокращению расхода запасных частей.As can be seen from Table 2, the proposed cast iron makes it possible to more than 2 times increase the operational durability of engine parts of internal combustion, i.e. increase its service life, which leads to a significant reduction in the consumption of spare parts.

Таблица 1Table 1

Выход щий за границы 1,6 0,2 0,5 3,7 0,5 0,07 0,05 0,005 0,01 То же .Going beyond the borders 1.6 0.2 0.5 3.7 0.5 0.07 0.05 0.005 0.01 The same.

Предла-Продолжение таОл. 1Prev-Continuation taOl. one

Claims

CAST IRON containing carbon, silicon, manganese, chromium, copper, titanium and iron, characterized in that, in order to increase impact strength and yield strength, it additionally contains niobium, strontium and barium in the following ratio of components, May. %:

Carbon 1.6-2.8 Silicon 0.2-1.4 Manganese 0.4-3.5 Chromium 3,5-8,5 Copper 0.5-2.5 Titanium 0.05-0.65 Niobium 0.1-3.5 Strontium 0.01-0.04 Barium 0.02-0.05 Iron Rest o © ω a m with © ζ © 00 to