SU1712449A1

SU1712449A1 - Чугун

Info

Publication number: SU1712449A1
Application number: SU904802154A
Authority: SU
Inventors: Михаил Иванович Карпенко
Original assignee: Karpenko Mikhail
Priority date: 1990-01-18
Filing date: 1990-01-18
Publication date: 1992-02-15

Abstract

Изобретение относитс к металлургии, а именно к чугунам дл изготовлени дотд- лёй. работающих в услови х сложнонапр - женного сост;о ни . Цель изобретени -повышение предела прочности при изгибе, демпфирующей способности при сложно- напр женном состо нии и кавитационной стойкости. Предложенный чугун дополни-^ тельно содержит титанЧ1 >&1иобий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2.5-3.3; кремний 1.2-2.3; марганец 0.8-1,5; хром 0.3-0.7; никель 0.6-1.3; молибден 0.2-0.8; алюминий 0.1-0.4; медь 0.2-0.8; олово 0.002-0,015;фосфор 0.02-0.08; кальций 0.0'<!-0.0ъ; лантан 0.02-0.07; титан 6.7-1,5; ниобий 0.03-0.1 и железо остальное. 2 табл. ,•

Description

Изобретение относитс к металлургии, в маетности к. изготовлению серых износостойких чугунов, работающих в услави х сложнонапр хенного состо ни , например ер втулках двигателей внутреннего сгора .ни ,:, ,.;; - . :

Известен Чугун Следующего химического состава, мас.%:

Углерод2.8-3,8

Кремний .До 0.9

Марганец„до 0.9

Хром0.25-5,0

Молибден0.30-5,0

МедьДо 0,5

Фосфор0,t-1

Сера0.01-Ч),1

Алюминий2,5-4,0

ЖелезоОстальное

Этот чугун имеет повышенный отбел, низкие пластические и эксплуатам иониые свойетва в литых издели х. Отмечаютс низка сопротивл емость задиру и недостаточ на демпфирующа способность.

Известен чугун, который после гор чей деформации содержит компоненты в следующем сротношении. мас.%:

Углерод1,8-2.8

Кремний0,4-0.6

Марганец5.0-10.0

Никель 0,1-2,0

Хром0,5-2,0

Ванадий0.2-0,4

. Титан0.03-0. Г

ЖелезоОстальное

Известный чугун обладает высоким ртбелом . нёдостато 1 ной стабильностью механических свойств и низкой демпфирующей способностью.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс угун следующего химического состава , мас.%:

Углерод,7-3,2

Кремний1,2-2,0

Марганец0,7-1,0

Хром0.3-0,5

Никель0,6-1,2

Молибден0,3-0,6 Фосфор 0,02-0,15 0,3-1,2 0,01-0,08 Кальций 0,02-0,1 Алюминий 0,05-0,4 Железо Остальное Известный чугун обладает следующими физико-механическими свойствами: Предел прочности при изгибе, МПа840-930 Износ, мг/ЮОч51,2-61.4 Предел коррозионной усталости, МПа315-375 Стрела прогиба, мм3,3-3,6 Демпфирующа способность 51-60 Кавитационна стойкость, ч 63-75 Данный чугун- обладает хорошими литейными свойствами, характеризуетс равномерным и благопри тным расположением графита, но имеет недостаточную демпфирующую способность при сложнонапр женном состо нии. Отмечаетс недостаточна кавитационна стойкость известного чугуна в отливках , : Цель изобретени - повышение предела прочности при изгибе, демпфирующей способности при сложнонапр женном состо нии и кавитационной стойкости. Поставленна цель достигаетс тем, что чугуН, содержащий углерод, кремний, марганец , хром, никель, молибден, алюминий, медь, фосфор, олово, кальций и железо, дополнительно содержит титан, ниобий, лантан при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод2,5-3,3 Кремний1,2-2,3 Марганец0,8-1,5 Хром0,3-0,7 Никель0,6-1,3 Медь0, Алюминий0,1-0,4 Молибден0,2-0,8 Олово0,02-0,07 Фосфор0,002-0,015 Титан0,7-1,5 Кальций0,02-0,05 Ниобий0,03-0,1 Лантан0,02-0,07 ЖелезоОстальное Введение легирующих компонентов ниоби 0,03-0,1 мас.% и титана 0,7-1,5 мас.%, и модифицирование структуры лан .таном в количестве 0,02-0,07 мас.%, существенно повыш.ает предел прочности при изгибе, кавитационную стойкость и демпфирующую способность. Титан в количестве 0,70-1,5 мас.% снижает отбел, ускор ет процесс графитизации и бейнитного превращени , обеспечивает измельчение структуры, повышает прочностные и пластические свойства, что приводит ксущественному повышению демпфирующей способности. При введении его в чугун в количестве менее 0,70 мас.% изменение структуры и свойств незначительны, а при увеличении его концентрации более 1,5 мас.% увеличиваетс отбел и снижаетс демпфирующа способность и предел прочности при изгибе. При содержании в чугуне 0,7-1,5 мас.% титана повышаетс однородность и стабильность структуры и механических свойств, уменьшаетс отбел, повышаетс износостойкость, предел прочности при изгибе и демпфирующа способность чугуна. При введении его до 0,7 мас.% положительное вли ние про вл етс незначительно, а при увеличении его содержани более 1,5 мас.% увеличиваетс охрупчивающее вли ние , в результате чего снижаетс пластичность и в зкость чугуна, его демпфирующа способность. Присутствие в чугуне олова в количестве 0,002-0,015 мас.% микролегирует матрицу, улучшает распределение графита и неметаллических включений, повышает Г1лотность и герметичность чугуна, его сопротивл емость воздействию кавитации, что обеспечивает повышение демпфирующей способности несущественно, а при концентрации более 0,015 мас.% увеличиваетс отбел, снижаютс пластические свойства чугуна, предел выносливости при изгибе. Микролегирование чугуна Медью в количестве 0,2-0,8 мас.% повышает его стойкость против коррозии, снижает угар и Необходимое количество вводимых модификаторов, облегчает процесс образовани и роста графитных центров, способствует кристаллизации тонкопластинчатого графита в отливках, повышению механических свойств чугуна, герметичности и демпфирующей спосйбности. Ее содержание Прин то от концентраций, при которых начинает про вл тьс вли ние на коррозионную стойкость, до концентраций, при которых снижаютс пластические бвОйства чугуна. Кальций в количестве 0,02-0,05 мас.% очищает грани зерен, уменьшает отбел , активизирует процесс графитизации, вл сь центрами кристаллизации улучшает форму графита, уменьшает графитную пористость и обратный отбел в центробежных издели х, способствует направленному затвердеваниюотлйвки ,в результате повышаетс демпфирующа способность и пластические свойства чугуна. При содержании кальци до 0,02 мас.% э ффект повышени демпфирующей .способности

про вл етс слабо, а при концентрации кальци более 0.05 мас.% он начинает рас полагатьс и по границам литого зерне, уси ливаютс ликвационные процессУ и укрупнение неметаллических включений, что снижает механические свойства, AO мпфирующую способность и коррозионную стойкость чугуна. Дополнительное введение ниоби в количестве 0,03-0,1 мас.% измельчает графит, упрочн ет матрицу, повышает задиростойкость при сохранении стабильности демпфирующей способности. При концентрации ниоби до 0,03 мае.% износостойкость и демпфирующа способность недостаточны, а при увеличении нйоби более 0,1 мас.% увеличиваетс отбел и снижаетс пластичность и демпфирующа способность.

Содержание основных элементов (угле-, рода, кремни и марганца) и легирующих добавок (хром, никель, молибден) в чугуне определено экспериментально дл обеспечени оптимальной демпфирующей спрсобности и сохранени кавитационнрй стойкости, износостойкости механических свойств на высоком уровне. Увеличение-содержани легирующих добавок выще верхних пределов снижает демпфирующую способность.

Верхний предел содержани углерода увеличен до 3,3 мас.% и кремни до 2,3 мас.%, что снижает отбел и повышает демпфирующую способность.

При уменьшении содержани углерода менее 2,5 мас.% и при повышенном содержании марганца более 1,5 мас.% и хрома более 0,7 мас.% значительно увеличиваетс отбел,. в структуре выдел ютс участки цементита при литье в кокиль, и снижаютс стабильность структуры, демпфирующа способность и механические свойства.. Концентраци фосфора ограничена пределами 0,02-0,08 мас.%. При такой концентрации фосфора не снижаетс существенно Де мпфирующа способность, предел вьшосливости .при изгибе, а износрстойкость сохран етс на достаточном уровне.

Введение в расплав алюмини рсн вано на его высоком сродстве к кислороду « сере. Его нижний предел концентрации (0,1 мае %) прин т от содержани , при котором отмечаетс его вли ние на очищение границ зерен и измельчение графита, и ограиичено концентрацией (0,4 мас.%). выше которой увеличиваетс количество неметаллических включений и снижаютс пластичность, кавитационна стойкость отливок, предел выносливости при изгибе и стдбидъмость

демпфирующей способности в услови х сложнойапр женного состо ни .

Чугун выплавл ют известным способом в открыты/ индукционных печах из шихты на основе стальных отходов, бо электродов , стружки, литейных чугунов. ферросплавов , микролегирующих и модифицирующих присадок. Никель, ферромолибден и феррохром ввод т в печь, а ферросиликониобий, титан, лантан и другие модифицирующие добавки - в ковш при выпуске чугуна с температурой 1480-1500° С. Отливки втулок цилиндров производ т в,кокиль. Отливки и образцы подвергают изотермической выдержке при 350-410° С.

В табл, 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок, а в табл. 2 механические свойства чугунов в отливках. Предел прочности при изгибе, предел коррозионной усталости и демпфирующа способность определены на образцах, вырезанных из пробных отливок согласно ГОСТ 7293-85, отбел - на клиновых пробах, а кавитационна стойкость и износостойкость - на отливках втулок цилиндров двигателей внутреннего сгорани , отлитых в кокиль.

Как видно из табл. 2, предложенный чугун обладает более высокими показател ми демпфирующей способности и кавитационной стойкости, чем базовый обьект. Ф о р м у л а и 3 о б р е те н и Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, алюминий , медь, олово, фосфор, кальций, лантан и железо, отличающийс тем, что, с целью повышени предела прочности при изгибе демпфирующей способности при сложно напр женном состо нии и кавитационной стойкости, он.дополнительно содержит титан и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод .2,5-3,5

Кремний ..1,2-2,3

Марганец .0,8-1,5

Хром0,3-0,7

Никель0,6-1,3

Молибден0,2-0,8

Алюминий0,1-0,4

Медь0,2-0,8 .

Оловр0,002-0,015

Фосфор0,02-0.08

Кальций0,02-0.05

Лантан0.02-0,07

Титан0,7-1,5

Ниобий0,03-0,1

ЖелезоОстальное

Т a б л и ц a 1

Таблица

Продолжение табл. 2

Claims

Формула изобретения Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, алюминий, медь, олово, фосфор, кальций, лантан и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения предела прочности при изгибе демпфирующей способности при сложно напряженном состоянии и кавитационной стойкости, он.дополнительно содержит титан и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод Кремний Марганец . Хром Никель Молибден Алюминий Медь Олово Фосфор Кальций Лантан Титан Ниобий Железо добавок (хром, никель, молибден) в чугуне определено экспериментально для обеспечения оптимальной демпфирующей способности и сохранения кавитационной стойкости, износостойкости механических свойств на высоком уровне. Увеличение содержания легирующих добавок выше верхних пределов снижает демпфирующую способность.

Верхний предел содержания углерода увеличен до 3,3 мас.% и кремния до 2,3 мае. %, что снижает отбел и повышает демпфирующую способность.

При уменьшении содержания углерода менее 2,5 мас.% и при повышенном содержании марганца более 1,5 мас.% и хрома более 0,7 мас.% значительно увеличивается отбел,. в структуре выделяются участки цементита при литье в кокиль, и снижаются стабильность структуры, демпфирующая 40 способность и механические свойства. Концентрация фосфора ограничена пределами 0,02-0,08 Мас.%. При такой концентрации фосфора не снижается существенно демпфирующая способность, предел вынос- 45 ливости,при изгибе, а износостойкость сохраняется на достаточном уровне.

Введение в расплав алюминия основано на его высоком сродстве к кислороду и сере. Его нижний предел концентрации (0,1 50 мае %) принят от содержания, при котором отмечается его влияние на очищение границ зерен и измельчение графита, и ограничено концентрацией (0,4 мас.%). выше которой увеличивается количество неметаллических 55 включений и снижаются пластичность, кавитационная Стойкость отливок, предал выносливости при изгибе и стабильность

2.5-3,5

1,2-2.3

0,8-1.5

0,3-0,7

0,6-1.3

0,2-0.8

0,1-0,4

0,2-0,8

0,002-0,015

0,02-0.08

0.02-0.05

0.02-0,07

0.7-1,5 ·

0.03-0,1

Остальное

Ί

1Π 2449

Таблица!

Компонент Химический состав чугунов в отливках, мае. % Извести. п редложенный 1 2 3 4 5 6 Углерод 3,0 2,5 3.0 3,3 -2,3 3,8 Кремний 1,2 2,3 1.7 1,2 1.1 2.6 Марганец 0,8 0,8 1,2 1.5 0,6 1.8 Х0ОМ 0.5 0.3 0,5 0,7 0,2 0,8 Никель 1.1 0,6 0,9 1,3 0,5 1.5 Медь 0,3 0,2 0,3 0.8 0,1 1,0 Алюминий 0,4 0.1 0.3 0.4 0,05 0.6 Титан - 0.7 1.2 1.5 0,5 1.8 Молибден 0,6 0,2 0,5 0,8 0,05 1.1 Ниобий - 0,03 0,06 ο,ι 0,02 0.12 Олово 0,08 0,002 0,005 0,015 0,001 0.06 Фосфор 0.15 0,02 0.05 0.08 0.01 0.09 Кальций 0.08 0,02 0,03 0,05 0,01 0.09 Лантан - 0,02 0.05 0,07 0.01 0.1 Железо Остал ьное

Таблица2

Показатель Свойства чугунов в отливках 1 2 3 4 5 6 Предел прочности при изгибе. МПа 926 1067 1085 1078 946 968 Предел коррозионной усталости,МПа 372 628 664 698 378 485 Стрела прогиба, мм 3,6 10,4 11,8 11,9 • 5,4 8,0 Коэффициент относительной ИЗНОСОСТОЙ КОСТУ 3,2 10,3 11,5 . ·.....m 3,6 8,9

Продолжение табл. 2

Показатель Свойства чугунов в отливках 1 2 3 4 5 6 ИзнОс,мг/100ч 52,0 36,1 24,2 30,6 46,7 38,4 Демпфирую- щая способ- ность при 4 сложнонапря- женном состоя- НИИ. ⁶⁰ 87 91 89 66 85 Кавитационная стойкость, ч 75 408 426 441 107 385 Отбел, мм 9 4 3 2 8 6