SU1315510A1 - Чугун - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано дл  изготовлени  отливок, работающих в услови х термоциклиро- вани  нагрузок при воздействии абразивной среды. Цель - повышение термостойкости, предела прочности на изгиб и ударной в зкости. Чугун содержит компоненты в следующем соотнощении, мас.%: углерод 2,2-2,8; кремний 0,4-1,П; марганец 9-12,0; хром 22-24,0; азот 0,01-0,05; магний 0,01-0,05; титан 0,10-0,30; железо остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна титана обеспечивает повышение термостойкости до 836-978 циклов, 6 при 900 с до . 240-265 МПа и а при 900 С до 16-19 Дж/см. I табл. S (Л со ел сл

Description

Изобретение относитс  к металлургии , в частности к разработке состава чугуна дл  отливок, работающего в услови х термоциклических нагрузок при воздействии абразивной среды.

Целью изобретени   вл етс  повышение термостойкости, предела прочности на изгиб и ударной в зкости

при .

Оптимальнь е пределы содержани  химических элементов в разработанном чугуне обоснованы следующими аргументами.

Углерод в пределах 2,2-2,8 мас.% обеспечивает получение необходимого количества высокртвердых карбидов (Сг, Fe)7C, , обеспечивающих высокую износостойкость, а также регулирование степени эвтектичности чугуна , обеспечивающей необходимые литейные свойства. Уменьшение концентрации углерода (менее 2,2 мас.%) ведет к снижению количества карбидов (Сг, Fe)Cj, литейных свойств и увеличению склонности к образованию пористости . При содержании углерода более 2,-8 мас.% структура становитс  заэвтектической, карбиды хрома приобретают форму крупных и грубых выделений, снижаютс  термостойкость и прочность чугуна.

Кремний в пределах 0,4-1,0 мас.% как и углерод, используетс  дл  регулировани  степени эвтектичности чугуна, предопредел ющей его литейные свойства и структуру. При содержании кремни  менее 0,4 мас.% снижаютс  литейные свойства и возрастает склонность к образованию пористости . Увеличение содержани  его (более 1,0 мас.%) приводит к снижению термостойкости и прочности при высоких температурах.

Марганец в пределах 9,0-12,0 мае, обеспечивает стабилизацию остаточного аустенита. При содержании марганца менее 9,0 мас.%;нё обеспечиваетс  получение металлической матрицы, состо щей из одного аустенита, в ней содержатс  различные продукты эвтек- тоидного превращени  аустенита (мартенсит , бейнит, сорбит, троостит), что  вл етс  причиной нестабильности структуры при термоциклических нагрузках и снижени  термостойкости При содержании марганца более 12,0 мас.% матрица приобретает крупнозернистое строение, увеличиваетс 

транскристалличность, что ведет к снижению термостойкости и ударной в зкости, а также возрастанию склонности к образованию трещин в литье.

Хром в пределах 22,0-24,0 мас.% обеспечивает получение в структуре гексагональных карбидов хрома (Сг, 7e}-iCj, обладающих высокой микротвердостью . При содержании хрома менее 22,0 мас.% в структуре помимо карбидов (Сг, FeJ-fCj имеютс  карбиды (Fe, , имеющие меньшую микротвердость. Поскольку последние имеют более разветвленную форму, то при их по влении увеличиваютс  непрерывность карбидной фазы и отклонение от принципа Шарпи, что ведет к снижению механических свойств и термостойкости. Увеличение содержани  хрома (более 24,0 мас.%)приводит к увеличению количества, крупных выделений карбидов хрома, возрастанию транскристалличности, снижению в з , кости, ухудшению литейных свойств

(ухудшению жидкотекучести и возрастанию объемной усадки), увеличению склонности к образованию трещин.

5

0

Титан, .име  высокое химическое сродство с азотом, образует в жидком чугуне нитриды и карбонитриды,  вл ющиес  дополнительными центрами кристаллизации и обеспечивающие получение мелкозернистой структуры, . . уменьшение в ней размеров эвтектических колоний и устранение ее тр.анс- кристалличности, что сопровождаетс  повьшгением термостойкости, прочности и ударной в зкости. Благодар  высокой микротвердости нитриды и карбонитриды титана повьш1ают износостойкость чугуна. Св зыва  растворенный в чугуне избыточный азот, титан уст- ран ет склонность к образованию азотистой пористости. Вли ние титана на величину зерна,размеры эвтектических колоний и соответственно на термостойкость и ударную в зкость су

щественно про вл етс  при содержании его не менее 0,1 мас.%, носит экстре- мальньш характер и при содержании более 0,3 мас,% снижаетс . При применении более высоких концентраций титана также ухудшаетс  жидкотекучесть чугуна и возрастает количество брака отливок по трещинам . в св зи с возникновением на межфазньгх границах концентраций напр жений.

3 .

Азот в пределах содержани  0,01-0,05 мас.% расшир ет область существовани  устойчивого аустенита и обеспечивает получение нитридов и карбонитридов титана. При содер- жании азота менее 0,01 мас.% не обпечиваетс  существенное изменение структуры и свойств чугуна, а при увеличении его концентрации (более 0,05 мас.%) возрастает склонность к образованию пористости и трещин.

Нагний, раскисл   жидкий чугун, уменьшает возможность образовани  окислов хрома и титана, которые в виде плен снижают жидкотекучесть чугуна , обеспечивает увеличение степени усвоени  титана, а главное десул фирует чугун, что обеспечивает чистоту межзеренных границ от сульфидов , ухудшающих механические свойства и термостойкость. При содержании магни  менее 0,01 мас.% не обеспечиваетс  достаточна  степень раскислени  и десульфурации чугуна. Увеличение содержани  магни  (более 0,05 мас.%) приводит к снижению степени его усвоени  без увеличени  степени окислени  десульфурации и раскислени .

Пример. Чугун выплавл ют в электропечи с кислой футеровкой. Шихта состоит из низкокремнистого предельного чугуна, стального лома и ферросплавов. Необходимое количесво азота в чугуне обеспечивают при- садкой азотированного феррохрома. Магний и титан ввод т в металл посл выпуска его из печи, использу  металлический колокольчик. От каждой плавки отбирают пробы в виде болва- нок диаметром 30 мм, отлитых в песчано-глинистых формах, из которых вырезают образцы дл  проведени  металлографических исследований, металлических испытаний и определени  термостойкости.

Термостойкость определ ют термо- циклированием (электронагрев до 900°С и охлаждение водой) на устаноке , обеспечивающей предварительное защемление торцов образцов. Мерой термостойкости  вл етс  количество

10

/5

20

25

5 35

30

0

5

циклов до разрушени  образцов из-за термоусталостных напр жений. Прочность и ударную в зкость при высоких температурах определ ют через 3-5 с после электронагрева образцов до 900 С. Металлографические исследовани  провод т на образцах после механических испытаний, анализиру  микроструктуру шлифов, выполненных методом алмазной полировки, по месту раз-, рушени  образцов.

Химический состав образцов и результаты механических испытаний приведены в таблице.

Анализ приведенных в таблице данных свидетельствует о том, что сурьма снижает эффективность вли ни  титана на структуру и свойства чугу- нов (плавки 4-11). Это св зано с тем, что она взаимодействует с титаном , нейтрализу  его вли ние на свойства чугуна, а также образует собственную хрупкую эвтектику по границам зерен, поэтому она исключена из состава разработанного чугуна (плавки 13-17).

Дополнительный ввод в состав предлагаемого чугуна титана обеспечивает по сравнению с известным повьшгение термостойкости, предела прочности при изгибе и ударной в зкости .

Claims (1)

1. Формула изобретени .

   Чугун, содержащий углерод, кремний , марганец, хром, азот, магний и железо, отличающийс  тем, что, с целью повышени  термостойкости , предела прочности на изгиб и ударной в зкости при температуре 900°С, он дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

   Углерод

   Кремний

   Марганец

   Хром

   Азот

   0

   Магний

   Титан

   Железо

   2,2-2,8 0,4-1,0 9,0-12,0 22-24,0 0,01-0,05 0,01-0,05. 0,10-0,30 Остальное