SU1227706A1 - Чугун - Google Patents

Description

I1

Изобретение относитс  к металлургии , в частности к разработке составов чугуна дл  отливок, работающих в услови х ударно-абразивного износа.

Цель изобретени  - снижение модул  упругости, повьшение удароустойчивос- ти, износостойкости, предела прочности при изгибе и предела прочности при раст жении.

При установлении необходимых соот- ношений компонентов учитывали следующее .

Износостойкость чугуна с мартен- ситной матрицей повьшаетс  по мере увеличени  содержани  углерода. Верх НИИ практический предел содержани  углерода в большинстве случаев обусловливаетс  эвтектическим составом, потому что при более высоком содержании углерода по вл ютс  первичные карбиды, склонные к разрушению, что и приводит к возрастанию износа. При содержани х углерода менее нижнего рекомендуемого предела значительно уменьшаетс  количество карбидной фа- зы, что приводит к снижению твердости и, как следствие, износостойкости

Кремний. В выбранных концентраци  кремний нейтрализует карбидирующее действие марганца, т.е. обеспечивает получение необходимой степени графи- тизации чугуна (Кр). При уменьшении содержани  кремни  ниже 1,2% парамет графитизации чугуна (Кр) низок, а поэтому такой чугун обладает недостаточной прочностью. Увеличение содер- жани  кремни  вьш1е рекомендуемого верхнего предела не позвол ет получить белый безграфитовый чугун.

Марганец. Наибольшие прочность и износостойкость белых чугунов с плас тинообра зной эвтектикой и высокотвердыми специальными карбидами ниоби  могут быть достигнуты только в случае , если они наход тс  в твердой и прочной матрице. В предложенном чугуне дл  получени  мартенситной матрицы предусматриваетс  легирование марганцем в пределах 2,5-4,0% в комбинации с 1,5-2,5% никieл , Снижение концентрации марганца ниже 2,5% не позвол ет получить мартенситную матрицу , в структуре .присутствует тро- остит, снижа  износостойкость. Повышение содержани  марганца свыше 4,0% не приводит к дальнейшему улучшению свойств.

Никель. Как уже указывалось вьшге, пределы содержаний никел  выбраны

ю

-(5 20 25

зо

0

5

7062

исход  из необходимости получени  мартенситной матрицы. Нижний предел содержани  никел , обеспечивающий-в чомбинации с 2,5-4,0% марганца получение мартенситной матрицЕЛ, составл ет 1,5%. Оптимальную прочность и износостойкость обеспечивает легирование 2,5% никел . Повышение концентрации никел  свыше 2,5% к значительному увеличению свойств не приводит, а стоимость такого чугуна возрастает значительно.

Ниобий. В предложенном чугуне одной из причин повышени  износостойкости  вл етс  ввод ниоби  в количествах , обеспечивающих образование высокотвердых его карбидов (установлено , что такими пределами  вл ютс  0,15-0,30%). Применьших концентраци х карбиды либо вовсе -не образуютс  (содержание до 0,1%), либо их очень мало и повьш1ение износостойкости незначительно. Содержание ниоби  свыше 0,3% способствует некоторому снижению свойств.

При выборе модификаторов дл  подавлени  вьщелени  ледебурита в белом чугуне и повьш1ени  свойств учтено , что известные модификаторы (церий ,, иттрий, лантан, неодим) в значительной степени отличаютс  друг от друга по химической активности, модифицируемому вли нию 5 имеют различные температуры плавлени , кипени , теплоты образовани  соединений и энергии Гиббса. Однозначно установлено, что, например, максимальную микро- |Твердость цементита и перлита позво- (л ет получить модифицирование иттрием и лантаном, а феррита - модифицирование и неодимом (механизм такого вли ни  изучен недостаточно). Комплексное модифицирование указанными модификаторами приводит к преимущественному образованию Се02, энерги  Гиббса которого значительно ниже, чем У LajO и YjOj. Таким образом установили нижние пределы содержани  указанных элементов, обеспечивающие подавление выделени  ледебуритной эвтектики и преобразование ее в пласти- нообразную (низкние пределы концентраций модификаторов дл  данного случа  должны быть следующими, мае.%: церий 0,06, иттрий 0,06, лантан П,04, неодим 0,04. Уменьшение концентраций модификаторов (любого из указанных) ниже рекомендуемых пределов не позвол ет получить пластинообразную эвтектику , в структуре присутствует ледебурит , привод щий к - снижению износостойкости . Верхние пределы концентраций иттри  и лантана определ ли по степени возрастани  микротвердости карбидной фазы. При концентрации 0,1% иттри  и 0,08% лантана микротвердость карбидной фазы была максимальной. Дальнейшее увеличение содержаний этих элементов приводило к образованию большего количества неметаллических включений, снижающих износостойкость Учитыва , что церий в первую очередь расходуетс  на рафинирование расплава , рассчитали минимально необходимое его содержание, а потом по степени возрастани  микротвердости матрицы определили максимальную его концентрацию . Верхний предел неодима также определ ли от степени возрастани  микротвердости матрицы. При 0,1% цери  и 0,08% неодима (в комплексе с 0,01% иттри  и 0,08% лантана) микротвердость матрицы была максимальной. Дальнейшее увеличение концентраций указанных элементов не приводит к повышению микротвердости и, как следствие , износостойкости. Степень модифицирующего влини  индивидуальных рассматриваемых элементов - модификаторов в значительной мере возрастает при комплексном использовании и в большинстве случаев модифицирование индивидуальным элементом - модификатором не позвол ет достичь результатов , полученных при комплексном модифицировании .

Пример . Чугун выплавл ли в индукционной печи ЛПЗ-бУМ с кислой футеровкой. Модифицирование производили следующим образом: модифицирующие элементы (церий, иттрий, лантан, неодим) вводили в ковщ перед выпуском металла в виде иттрий-цериевой и лан1 2 3

3,75 0,31 2,1 1,25 0,1 - 0,12 0,2 3,6 0,5 2,95 1,9 0,2 - 0,2 0,25 3,51 0,68 3,47 2,15 0,3 - 0,3 0,38

тан-неодимовой лигатавов , мас.%:

Иттрий 15-20

Церий 15-20

Углерод 0,3-0,5

Кальций 0,4-0,5

Кремний 30 - 35

Железо Остальное Железо Остальное

Ниобий вводили в виде ферросплавов в печь при доводке.

Чугун при 1500+5°С выпускали в ковщ с необходимой навеской модификаторов и при достижении температу- рь1 1330-1340 С заливали в кокильные формы. Отливки имели размеры: диаметр 50 мм, высота 200 мм. Из отливок вырезали образцы дл  химического анализа, металлографического иссле- довани , измерени  пределов прочности при изгибе и раст жении, износостойкости и .модул  упругости. Испытани  механических свойств проводили по стандартным методикам. Износостойкость сплава определ ли на установке СМЦ-2 при трении скольжени  с усилием 70 кгс/мм .Испытание ударостойкости производили по числу ударов до разрушени  литого щара при падении с высоты 6 м. Модуль упругости определ ли ультразвуковым методом на установке УЗИС-ЛЭТИ.

Химический состав и свойства чугуна приведены в табл. 1 и 2 соответственно .

Как видно из табл. 1 и 2, предел прочности при раст жении у предложенного чугуна по сравнению с известным повысилс  на 66,7%, предел прочности при изгибе - на 31,8%, модуль упругости снизилс  на 18,7%, износостойкость возросла в 2,53 раза, ударостойкость - на 22,8%, микротвердость карбидной фазы - на 15,6%, микротвердость матрицы - на 37,2%.

Таблица 1

Остальное II

Продолжение табл,1

Таблица 2

Claims (1)

1. ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, никель и железо, отличающийся тем, что, с целюь снижения модуля упругости, повышения удароустойчивости, износостокости, предела прочности при изгибе и предела прочности при растяжении, он дополнительно содержит ниобий, церий, иттрий, лантан, неодим при следующем соотношении компонентов, мас.%:

   Углерод 3,5 - 4,2 Кремний 1,2 - 1.,8 Марганец 2,5 - 4,0 Никель 1,5 - 2,5 Ниобий 0,15-0,30 Церий 0,06-0,10 Иттрий 0,06-0,10 Лантан 0,04-0,08 Неодим 0,04-0,08 Железо Остальное

   SU ,,, 1227706 А

   1 122