SU1546511A1 - Чугун - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии и может быть использовано при изготовлении чугунных деталей, работающих в услови х низких температур до - 40°С. Цель изобретени  - повышение хладостойкости. Новый чугун содержит, мас.%: C 3,15-4,05

SI 2,02-2,73

MN 0,15-0,45

NI 0,01-0,20

РЗМ 0,005-0,060

MG 0,008-0,05

AL 0,012-0,092

CU 0,02-0,14

CA 0,003-0,04

TI 0,008-0,084

ZR 0,001-0,012

B 0,0004-0,0029 и FE-остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна TI, ZR и B позволил повысить хладостойкость (при T= -40°С) в 1,38-1,69 раза и трещиностойкость - в 1,42-1,8 раза. 2 табл.

Description

Изобретение относитс  к металлургии , в частности к разработке составов чугуна дл  деталей, работающих в услови х пониженных температур .

Цель изобретени  - повышение хла- достойкости и трещиностойкости.

Выбор граничных пределов содержани  компонентов в чугуне предложенного состава обусловлен следующим.

Содержание углерода в чугуне выбрано из необходимости наилучшего со четани  литейных и эксплуатационных свойств металла: при менее 3j15Mac.% углерода по вл етс  опасность по влени  усадочных раковин, а верхний предел этого элемента (4,05 мас.%) ограничен реальным его содержанием в чугуне при различных вариантах шихты.

Пределы содержани  кремни  выбраны дл  обеспечени  устранени  отбела отливок, большого количества феррита , повышени  плотности и высоких значений хладостойкости и трещиностойкости . При менее 2,02 мас.% кремни  по вл ютс  усадочные дефекты и повышаетс  дол  перлитной составл ющей структуры, что снижает уровень рассматриваемых свойств металла. Верхний предел содержани  кремни  (2,73 мас.%) ограничен из-за опасности по влени  силицидов железа, которые, несмотр  на большое количество феррита, уменьшают хладостойкость и,  вл  сь концентраторами напр жений, понижают трсщиностой- кость чугуна.

При содержании в чугуне марганца менее 0,15 мас.% заметно снижаетс  сопротивление материала разрушению

сд

Ol

из-за слабого легировани  феррита, а при более 0,45 мас.% марганца увеличиваетс  дол  перлита, что ох- рупчивает чугун и снижает его хладо- стойкость и трещиностонкость.

Никель повышает квазиизотропность и, упрочн   феррит, вызывает уве™ личение разрушающих нагрузок чугуна. Этот эффект начинает про вл тьс  при 0,01 мас.% данного элемента, а при более 0,020 мас.% никел  вследствие его перлитизирующего действи  снижаютс  хладостойкость и трещиноСТОЙКОСТЬ .

Медь9 как и никель, легирует чугун и повышает сопротивл емость его нагрузкам, в том числе ударным, однако при более 0,14 мас.% этот эффект заметно снижаетс  из-за увели

чени  доли перлита в структуре.

Редкоземельные металлы (РЗМ) нейтрализуют вли ние предных примесей и стабилизируют получение чугуна с высокими эксплуатационными харак- теристиками: в предлагаемых количествах (0,005-0,06 мас.%) РЗМ увеличивают число центров графитизации, а при более 0,06 мас,% про вл етс  обратное вли ние РЗМ - отбеливающее , вызывающее снижение хладостой- кости и ударостойкости чугуна,

Магний в выбранных количествах (0,008-0,05 мас.%) обеспечивает совместно с РЗМ, кальцием и .цирконием изменение формы графита от пластин- чатой до компактной и шаровидной. При этом нижний предел магни   вл етс  достаточным дл  получени  высокопрочного чугуна при содержании РЗМ около верхнего предела. Верхний предел магни  ограничен опасностью по влени  отбела, хрупкостью и снижением хладостойкое т и и..трещи- ностойкости материала.

Титан и алюминий,  вл  сь графи- тизирующими элементами, увеличивают количество феррита в структуре чугуна и, облада  химическим сродством к кислороду, рафинируют расплав , вызыва  повышение пластичности и сопротивление разрушению металла. Титан, кроме того, измельчает структуру , повыша  уровень прочности чугуна . При количествах менее 0,008 мас.% титана и 0,012 мас.% алю мини  вли ние их на работоспособность чугуна не заметно, а при более 0,084 мас.% титана и 0,092 мас.%

Q

g

0

0

5

50

0

45

алюмини  по вл етс  опасность их десфероидизирующего действи , по влени  неметаллических включений и как следствие, снижение механических характеристик чугуна.

Кальций рафинирует чугун и увеличивает число центров кристаллизации , благодар  чему повышаетс  количество феррита и растут хладостойкость и трещиностойкость чугуна. При менее 0,003 мас.% этого элемента его положительное вли ние не про вл етс , а при более 0,04 мас,% кальци  в чугуне трудно достичь необходимых свойств из-за его ничтожной растворимости и большого химического сродства к кислороду,, сере и другим компонентам состава чугуна.

Цирконий в предлагаемых количествах , как и кальций, измельчают кристаллическую структуру чугуна, повыша  сопротивл емость последнего разрушению при отрицательных температурах и преп тству  распространению трещин. При менее 0,001 мас.% циркони  его действие незначительно, а превышение его содержани  0,012 мас.% вызывает затвердевание чугуна с образованием охрупчивающих фаз, снижающих работоспособность изделий .

Бор действует как присадка, измельчающа  зерно, раскисл юща  и дегазирующа  расплав. При менее 0,0004 мас.% бора егь действие не про вл етс , а при более 0,0029 масЛ по вл етс  опасность охрупчивани  i из-за образовани  карбидов и карбо- боридов.

Чугуны выплавл ли в электропечи, необходимые добавки ферросплавов (ферросилиций, ферромарганец, ферро- силикоРЗМ, ферротитан, силикокаль- ций, ферросиликоцирконий, ферробор) и легирующих материалов (никель, медь, алюминий) вводили в печь или ковш при выпуске металла из печи, а модифицирование проводили в литейных формах - лигатуру типа ФСМг: (ТУ14-5-134-86) измельчали до фракций 1-5 мм и помещали в реакционных камерах литниковой системы.

В качестве показател  хладостой- кости чугуна примен ли величину его ударной в зкости при температуре минус 40°С, которую определ ли на , стандартных образцах сечением 10 10 мм, длиной 55 мм, без надреза

(ГОСТ 9454-78); Образцы вырезали из клиновидных проб (ГОСТ 7293-85).

Трещиностойкость чугунов изучали на образцах сечением 20У40 мм, длиной 180 мм, с шевронным надрезом, в котором предварительно выращивали усталостную трещину. Испытани  образцов при температуре минус 40°С проводили на машине ЦЦ-10, оборудованной специальной камерой дл  охлаждени  образцов.

Химические составы известного и предложенного чугуна и уровень их свойств приведены в табл. 1 и 2,

Claims (1)

1. Как следует из табл. 1 и 2, дополнительный ввод в состав предложенного чугуна Ti, Zr и В позволил по сравнению с известным чугуном повысить ударную в зкость (КС) при низкой температуре -40°С в 1,38- 1,69 раза и, Трещиностойкость 1.42-1,8 раза. Формула изобретени

   Чугун, содержащий углерод, кремний , марганец, никель, редкоземельные металлы, магний, алюминий, медь, кальций и железо, отличающийс  тем, что, с целью повышени  хладостойкоети и трещиностой- кости, он дополнительно содержит титан, цирконий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

   0

   5

   Углерод

   Кремний

   Марганец

   Никель

   Редкоземельные

   металлы

   Магний

   Алюминий

   Медь

   Кальций

   Титан

   Цирконий

   Бор

   Железо

   В качестве

   3,15-4,05 2,02-2,73 0,15-0,45 0,01-0,20

   0,005-0,060 0,008-0,050 0,012-0,092

   0,02-0,14

   0,003-0,04

   0,008-0,084

   0,001-0,012

   0,0004-0,0029

   Остальное примеси чугун содер25

   жит серу менее 0,015%, фосфора менее 0,12% и хрома менее 0,23%.

   Таблвив1