SU1366551A1

SU1366551A1 - Высокопрочный чугун дл отливок

Info

Publication number: SU1366551A1
Application number: SU864131495A
Authority: SU
Inventors: Юрий Григорьевич Серебряков; Борис Константинович Святкин; Михаил Иванович Карпенко; Евгений Игнатьевич Марукович; Светлана Михайловна Бадюкова
Original assignee: Всесоюзный Заочный Политехнический Институт
Priority date: 1986-06-23
Filing date: 1986-06-23
Publication date: 1988-01-15

Abstract

Изобретение относитс к металлургии и может быть использовано при производстве станочного лить . Цельповышение предела выносливости при изгибе, относительного Удлинени , износостойкости при 600&deg;с и ударной в зкости в отливках с толпщной, стенки 60-200 мм. Новый чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: С 3,2-3,8; Si 1,5-2,2; Мп 0,2-0,5; А1 0,2-1,0; Ni 0,4-1,2; Mo 0,1-0,3; V 0,12-0,28; РЗМ 0,02- 0,05; Sn 0,02-0,.1; Mg 0,03-0,07; NbN 0,11-0,27; В или Li 0,OY-0,03 и Fe остальное.Дополнительный ввод в состав чугуна NbN и В или Li обеспечивает повышение в 1,16- 1,24 раза, в 5,5-6,3 ной в зкости в 2,2-6,6 носостойкости при 600&deg;с раза. 2 табл. раза,удар- раза и из- в 2,1-3,1 «о (/

Description

СА: о: а а а

1.

Изобретение относитс к металлур- гин, в частности к разработке составов чугуна дл станочного лить .

Цель изобретени - поБЬШ1ение предела выносливости .при изгибе, относительного удлинени , износостойкости при и ударной в зкости в отливках с толщиной стенки 60-200 мм

Выбор граничных пределов содержани компонентов обусловлен следующим

Введение нитридов ниоби обусловлено тем,что они микролегируют металлическую основу и измельчают структуру, повйшают ее стабильность служат центрами кристаллизации,что способствует повышению ударной в зкости и других упруго-пластических свойств. Введение до 0,11 мае.% нитридов ниоби не обеспечивает достаточного количества центров кристаллизации в расплаве при затвердевании толстостенных отливок в песчано-гли- нистых формах, существенного измельчени структуры в отливках и повышени упруго-пластических свойств. При повышении концентрации нитридов ниоби более 0,27 мас.% увеличиваетс количество дефектов кристаллических решеток металлической основы неметаллических включений по границам зерен, ухудшаетс фактор формы графитных включений, повьш1аютс термические напр жени , что снижает технологическую пластичность, трещи- ностойкость и ударную в зкость.

Ванадий введен как эффективнй микролегирующий и нитридообразующий компонент, существенно измельчающий матрицу и графитные включени ,обеспечивающий однородность структуры и повьш1ение упруго-пластических свойств и их стабильность после отпуска . Верхний предел концентрации ванади (0,28 мас.%) обусловлен сни жением технологической пластичности и увеличением отбела при более высоком его содержании и снижении упруго-пластических свойств после отпуска . При уменьшении концентрации ванади менее 0,12 мас.% укрупн етс структура, снижаютс однородность - графитных включений, динамическа прочность, предел текучести,увеличиваетс неоднородность- структуры.

Металл из группы,содержащей бор и литий, способствует распаду эвтектического цементита, очищает границы зерен, снижает загр зненность чугуна

неметаллическими включени ми, служит поверхностно-активными добавками, повьшает дисперсность структуры и упруго-пластические свойства. При концентрации их до 0,01 мас.% модифицирующий эффект недостаточен, а при повьш1ении их содержани более 0,03 мас.% увеличиваетс неоднородность структуры, снижаетс технологическа пластичность ,и динамическа прочность.

Граничные параметры содержани углерода (3,2-3,8 мас.%) и кремни (1,5-2,2 мас,%) определены, исход из практики производства высокопрочных чугунов с повьшенными упруго- пластическими свойствами и мелкозернистой структурой.При ко нцентрации углерода более 3,8 мас.% и кремни более 2,2 мас.% снижаютс предел выносливости,ударна в зкость и другие механические свойства чугуна,а при концентрации углерода до 3,2 мас.% и кремни до 1,5 мас.% возрастают отбел и термические напр жени , снижаютс трепщноустойчи- вость, ударна в зкость и другие пластические свойства в толстостенных отливках.

Содержание легирующих добавок (марганец 0,2-0,5 мас.%, молибден 0,1-0,3 мас.%,никель 0,4-1,2 мас.%,

алюминий 0,2-1,0 мас.%) обусловлено существенным повышением технологической пластичности, прочности и ограничено пределами,ниже которых технологическа пластичность и прочностные свойства недостаточные, а выше которых увеличиваютс термичес- кие напр жени и снижаютс пластические свойства и предел выносливости при изгибе.

Введение цери в количестве 0,02- 0,05 мас.%, олова 0,02-0,08 мас.% и магни 0,03-0,07 мас.% обусловлено их высокой модифицирующей эффек- тивностью и поверхностной активностью , которые в этих количествах обеспечивают повьш1ение пластических свойств, трещиноустойчивости и технологической пластичности. Их содержание обусловлено пределами, обес-

печивающими получение дисперсной структуры в отливках с толщиной стенок 60-200 мм, шаровидного графита в чугуне и необходимых механических свойств, а также стабильную мелко

If

20

зернистую структуру после термичес- кой обработки.

Плавку чугуна проводили дуплекс- процессом вагранка-индукционна печь с использованием в качестве шихтовых материалов литейных чугунов,стального лома и брикетов ферросплавов.Микролегирование чугуна брикетами нитридов ниоби , феррованадием ФВд2 или ю лигатурой ВдА-2, ферромолибденом и силикомарганцем СМ-17 проводили в электропечи в конце плавки при 1500- , а модифицирование ферроцери- ем; сплавами магни и микролегирование чугуна оловом, бором, литием и алюминием - Непосредственно в раздаточных литейных ковшах, емкостью 2 т. Усвоение микролегирующих и модифицирующих компонентов составило, %: ванадий из феррованади Вд2 88- 92; литий из. сплавов алюминий-литий 86-88; нитриды ниоби из прессованных брикетов 87-92; церий из ферро- цери 75-78; и магний из его сплавов 51-54. Дл определени отбела заливают ступенчатые технологические пробы .

Хром и медь в отливках с толщиной стенок 60-200 мм снижают стабильность структуры,технологическую пластичность и упруго-пластические свойства , поэтому они исключены из состава предложенного высокопрочного чугуна.

В табл. 1 п риведены химические составы известного и предложенного чугуна. Содержание компонентов в высокопрочном чугуне определ ют методом дифференцированного химического анализа по методикам ЦНИИчермета.

В табл. 2 приведены данные о механических и технологических свойствах высокопрочных чугунов в отливках и образцах. Структура всех чугунов в отливках была феррито-пер- литной с шаровидным графитом. Временное сопротивление, относительное удлинение , технологическа пластичность и предел выносливости при изгибе получены на стандартных образцах, а ударна в зкость,трещиноустойчивость и индекс загр зненности неметаллическими включени ми определены на об30

35

40

25

45

50

разцах, вырезанных из отливок с толщиной стенок 60, 120 и 200 мм после отпуска при 580-600 С.

Как видно из табл. 2 упруго-пластические свойства дл всех чугунов в пределах предлагаемого состава больше, чем у высокопрочного чугуна известного состава.

Как следует из табл. 2 дополнительный ввод в состав чугуна нитридов ниоби и бора или лити обеспе- печивает по сравнению с известным чугуном повьшение ударной в зкости в отливках с толщиной стенки 60- 200 мм в 2,2-6,6 раза; предела выносливости при изгибе в 1,16-1,24 раза; относительного удлинени в 5,5- 6,3 раза; износостойкости при в 2,1-3,1 раза.

Формула и.з обретени

Высокопрочный чугун дл отливок, содержащий углерод,кремний, марганец, алюминий, никель,молибден, ванадий, редкоземельный элемент,олово, магний и железо, отличающийс тем,что, с целью повьш1ени предела выносливости при изгибе,относительного удлинени , износостойкости при 600°С и ударной в зкости в отливках с толщиной стенки 60-200 мм, он дополнительно содержит нитриды ниоби и один элемент, вз тый из группы , содержащий бор и литий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод . 3,2-3,8 Кремний1,5-2,2

Марганец 0,2-0,5 Алюминий 0,2-1,0 Никель . 0,4-1,2 Молибден 0,1-0,3 Ванадий 0,12-0,28 Редкоземельный

элемент 0,02-0,05 Олово0,02-0,1

Магний 0,03-0,07 Нитриды ниоби 0,11-0,27 Один элемент из

группы,содержащей бор и литий Железо

Таблип

Ударна в зкость , Дж/см, в отливках с тол- цииой, им

Износостойкость

при бОО С.мг/м ГС 250.

Предел выносливости при изгибе, ИПа320

Технологическа пласт чкость при SSO-eeO C.I 100

Трециноустойчкость , см 20-27

tl2

371

96

393

78

388

115

379

98 79

398 39t

256

325

152 130

341 358

« t44 142 146 143 103 118. 118 7-11 4-9 5-tO 6-10 3-9 4-10 18-25 14-18 13-«7

78

115

98 79

256

152 130

388

379

398 39t

325

341 358

Claims

Формула из обретения

Высокопрочный чугун для отливок, содержащий углерод,кремний, марганец, ²⁵ алюминий, никель,молибден, ванадий, редкоземельный элемент,олово, магний и железо, отличающийся тем,что, с целью повышения предела выносливости при изгибе,относительно30 го удлинения, износостойкости при 600°С и ударной вязкости в отливках с толщиной стенки 60-200 мм, он дополнительно содержит нитриды нио-

бия и один элемент, взятый из труп- 35 пы, содержащий бор : и литий, при еле- дующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод . 3,2-3,8 Кремний 1,5-2,2 40 Марганец 0,2-0,5 Алюминий 0,2-1,0 Никель 0,4-1,2 Молибден 0,1-0,3 Ванадий 0,12-0,28 45 Редкоземельный элемент 0,02-0,05 Олово 0,02-0,1 Магний 0,03-0,07 Нитриды ниобия 0,11-0,27 50 Один элемент из группы,содержащей бор и литий 0,01-0,03 Железо Остальное

β

( ф 1 X 1 Φ 1 S 1 I 1 Ο 1 m ι I 1 1 Ρ. 1 1 1 ο 1 1 W 1 1 1 1 1 ι ί 1 1 ’К 1 X X 1 1 ^R Η 1 1 1 1 1 1 X 1 ι ι a ι 1 1 Η Ο X 1 1 X S X и ι 1 и 1 ЕС X Ю 1 1 1 1 1 1 1 1 >Χ 1 ι <υ X 1 1 ί=Γ I..—- Λ 1 ......... — I

tfl 1 ю 1 - X 1 X 1 1 X X 1 со - 1 о Ф 1 РЧ И 1 3 ЕС 1 о О 1 1

1 1 1 S 1 Ф 1 1 >Х 1 ι а X 1 1 й 1 1_______________ X 1 1 __________________________________1

к * - * - * ο 1 .1 1 1 1 1 Η 1 1 о *» OJ О со о о о ш о СО о 1 1 1 О О о г« о о о ш Ц— 04 со о Ш - OI ο о о о о РЧ е> г» | 1 ο О о о о о ш о* Ш г- <г 00 ш τ— 04 т— 04 о OJ ο о С о о о о о о 04 со tn 04 со Ш х© <г ο о о О о О о о о ft о 1 ο о , 1 о 1 о 1 О 1 о 1 о 1 о 1 04 00 • OJ со 00 о- ▼— 04 О! ч— 04 04 о со 04 *t Pt *> р» рч р> ft РЧ р. ο о О О О С с о о τ— см СО ч— OJ со о со Pt *> ft Рч рч г» рч рч РЧ ο о о О О о о о о 04 со о 04 00 о т- 04 00 ο о 1- О О о о i 1 1 1 1 1 1 1 1 co ш о* 00 ш СП ш о о о о о о о о о Pt р» рч ft РЧ л Pt pt о о о о о ;О о о о 04 Ю OJ □О 04 О О 9- О О о «г- О о о О о О о о о Ю σ> 04 ш СП 04 OJ -

II 1 А 1 1 1 X 1 О1 СО 04 00 04 04 СО 04 1 X Ф 1 рч 1 к 1 X 1 I V— О о о о т— О

1-------------------- 1 1 1 ----------------------------₁ Я 1 Ф 1 1 а к 1 1 nJ nJ 1 1 S 1 Рч 1 1

00 04 <fr ш 04 ш ч— г-. ш «Ч рч Рч рч рч Pt ft Ч ft Pt о о о о о . о о о о о

X Ч 1 ш 04 tn оо 04 tn 00 СП 00 я о 1 ' Рч Pt pt Pt «ч ft л Рч Pt Pt а ι со -СО со со со со со 04 <г со

1 ь о X 1 и X Л о 1 Ф ч— . я Д 04 СО in чО 00 СП т— я I η ’S ф К >> 1 СП а 0) я¹ 1 S я с К

Таблица2

Показатели . свойств

Состав чугуна Известный НрадлагаемЛ - 1 _²____L⁵ _Е *. 1.' L. J : -I LL ’. 10

Временное сопротивление, МПа 500 462 440 458 Относительное удлинение, 2 2.2 12,9 13,8 »3,2 Ударная вязкость, Дж/см¹, в отливках с толвииой, им 60 26 57 65 62 120 18 44 52 49 200 6 32 40 38 Индекс загрязненности неметаллическими включениями в центре отливок с толцнной стенок. ин ТО* 2 60 5,2 2,8 2,4 3,0 120 7.4 3,2 2,6 3,3 200 9,0 3,3 2,8 3,5 Износостойкость при 600*С,мг/м⁴ гс 250. 112 .⁹⁶ 78 Предел выносливости при изгибе, МПа Э20 371 393 388 Технологическая пластичность при 580-680®С,2 100 t38 142 144 Трециноустойчиость, см 20-27 7-11 4-9 5-10

464 443 465 505 449 482 »3,2 13,9 13,8 2,7 9.9 10,4 59 67 63 32 44 55 45 54 51 20 30 42 32 42 40 8 19 30 2,7 2.3 2,6 5.» 3,9 3,4 3,0 2,5 2,7 7,2 4,5 3,6 3,1 2.6 2,9 8,6 5,1 3,9 115 98 79 256 152 t 130 379 398 391 . 325 341 358 142 146 »43 103 118 ; 118 6-10 3-9 4-10 18-25 14-18 13-17