SU1740479A1 - Чугун - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии , в частности к серым износостойким чугунап с высокими характеристиками эксплуатационной стойкости и в зкости разрушени  при температурах от +20 до - 60°С. Цель - повышение эксплуатационной стойкости и в зкости разрушени  при температурах от +20 до -60°С. Чугун дополнительно содержит титан, бор, карбонитриды хрома и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3,65-4,2; кремний 1,8-2,5; марганец 0,5-1,5; никель 0,2-0,7; медь 0,02-0,15; бор 0,,03; цирконий 0,002-0,06; магний 0,02-0,06; кальций 0,02-0,06; по крайней мере один элемент из группы, содержащей церий и лантан 0,02-0,05; иттрий 0,002-0,03; карбонитриды хрома 0,03-0,65; барий 0,006-0,05; титан 0,005-0,3; железо остальное. Кави- тационна  стойкость в абразивных средах при температурах от + 20 до -60°С 5,4-13,5 мг/гс. 2 табл. С  та

Description

Изобретение относитс  к металлургии, в частности к изысканию износостойких чу- гунов дл  работы в средах, загр зненных абразивными частицами при температурах от +20 до -60°С и используемых дл  деталей технологической оснастки.

Известен чугун, содержащий, мас.%: Углерод2,8-3,6

Кремний1,4-2,6

Марганец0,8-1,6

Иттрий0,06-0,12

Цирконий0,05-0,15

Редкоземельные металлы0 ,08-0,2 ЖелезоОстальное Твердость известного чугуна 205-233 НВ, предел прочности 250-300 МПа. Отливки из этого чугуна имеют низкие характеристики ударной в зкости (0,1-0,3 МДж/мм ), в зкости разрушени  до 200 кгс/мм 3/2 и относительного удлинени  (до 3%).

Известен износостойкий чугун, содержащий , мас.%:

Углерод2,8-3,8

Кремний1,5-2,5

Марганец0,4-2,2

Фосфор0,2-0.8

СераДо 0,12

Медь0,3-1,5

КальцийДо 0,01

ЖелезоОстальное

Этот чугун может содержать до 0,8 мас.% молибдена, до 0,8 мас.% хрома и до 0,5 мас.% ванади .

Этот чугун имеет низкие характеристики износостойкости, прочности, плотности,

нестабильными упругопластическими свойствами в литых издели х при отрицательных температурах. При работе в средах с абразивом чугун имеет низкую стойкость и недостаточную ударную в з- кость (до 0,6 МДж/м2).

Наиболее близким к предложенному  вл етс  чугун следующего химического состава , мас.%:

Углерод1,8-3,6

Кремний1,8-3,6

Марганец0,1-0,4

Никель0,05-0,50

Медь0,05-0,50

Магний0,02-0,06

Кальций0,001-0,05

По крайней мере один элемент из группы, содержащей церий и лантан0,01-0,15

Иттрий0,001-0,10

Цирконий0,01-0,10

ЖелезоОстальное

Известный чугун обладает следующими свойствами: временное сопротивление 500-650 МПа; ударна  в зкость 1,1-1,6 МДж/м2; в зкость разрушени , Kic,

200-365кгсмм --|- при 20°С 120-195 при

10°С; эксплуатационна  стойкость в средах, загр зненных абразивными частицами при 20°С, 14-26мг/гс.

Недостатками этого чугуна  вл ютс  низкие характеристики в зкости разрушени  и эксплуатационной стойкости, особенно при отрицательных температурах.

Цель изобретени  - повышение эксплуатационной стойкости и в зкости разрушени  при температурах +20...-60°С.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец , никель, медь, цирконий, магний, кальций, по крайней мере один элемент из группы, содержащей церий и лантан, иттрий и железо, дополнительно содержит титан, бор, карбонитриды хрома и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод3,65-4,2

Кремний1,8-2,5

Марганец0,5-1,5

Никель0,2-0,7

Медь 0,02-0,15

Титан0,005-0,3

Цирконий0,002-0,06

Магний0,02-0,06

Кальций0,02-0,06

По крайней мере один элемент из группы, содержащей церий, лантан 0,02-0,05 Иттрий0,002-0,03

5

0

0

0

5

5

0

5

0

5

Бор0,002-0,03

Карбонитриды хрома 0,03-0,65 Барий0,006-0,05

ЖелезоОстальное

Существенными отличи ми предложенного чугуна  вл етс  введение титана, бора, карбонитридов хрома и бари , которые значительно повышают эксплуатационную стойкость литых деталей в абразивных средах при температурах до -60°С и обеспечивают необходимую в зкость разрушени . Оптимальными концентраци ми, обеспечивающими существенное повышение эксплу- атационной стойкости и в зкости разрушени  при +20...-60°С,  вл ютс  следующие: титана 0,005-0,3 мае. %; бора 0,05- 0,3 мас.%; карбонитридов хрома 0,03-0,65 мас.% и бари  0,006-0,05 мас.%.

В предложенном чугуне повышено содержание марганца до 0,5-1,5 мас.%, который обеспечивает повышение вторичной твердости, технологической пластичности, в зкости разрушени , эксплуатационной стойкости при сохранении ударной в зкости на высоком уровне. При суммарной концентрации марганца и никел  более 2,2 мас.% снижаетс  в зкость разрушени .

При концентрации марганца до 0,5 мас.% в зкость разрушени  и эксплуатационна  стойкость при +20...-60°С недостаточны , а при увеличении содержани  марганца более 1,5 мас.% увеличиваетс  отбел, снижаютс  упругопластичес ие свойства и в зкость разрушени  при отрицательных температурах.

Дополнительное введение титана в количестве 0,005-0,3 мас.% упрочн ет матрицу при отрицательных температурах, микролегирует металлическую основу, повышает стабильность структуры и сопротивл емость межкристаллитной коррозии, что обеспечивает повышение прочностных свойств и эксплуатационной стойкости при + 20...-60°С. При содержании титана до 0,005 мас.% твердость, прочность, в зкость разрушени  при отрицательных температурах , сопротивл емость коррозии и эксплуатационна  стойкость матрицы недостаточны, а при увеличении концентрации титана более 0,3 мас.% снижаютс  в зкость разрушени  и стабильность твердости, динамической прочности и стойкости чугуна в отливках при воздействии абразивных сред. Карбонитриды хрома в количестве 0,03-0,65 мас.%  вл ютс  тугоплавкими микролегирующими дгбавками, повышающими твердость мета тической основы и ее стабильность при отрицательных температурах, упрочн   металлическую

основу и способству  повышению сопротивл емости износу и кавитации. Содержание карбонитридов хрома прин то от концентрации 0,03 мас.%, при которой достигаетс  существенное повышение твердости и эксплуатационной стойкости и ограничено концентрацией 0,65 мае. %, выше которой отмечаетс  увеличение содержани  неметаллических включений и снижаютс  ударна  в зкость и в зкость разрушени . Барий (0,006-0,05 мас.%) обеспечивает повышение дисперсности и пластичности матрицы, механизм действи  которого про вл етс  в образовании поверхностно-активной пленки на растущих кристаллах, неметаллических включени х и графите, повышении в зкости разрушени  и упругопластических и эксплуатационных свойств. Содержание бари  определено экспериментально. При его концентрации до 0,006 мас.% повышение в зкости разрушени  незначительное, а при концентрации бари  более 0,05 мас.% отмечаетс  снижение механических свойств чугуна в отливках, эксплуатационной стойкости при +20...-60°С и служебных свойств.

В предложенном чугуно снижен верхний предел концентрации кремни , так как при более высокой его концентрации укрупн етс  графит и снижаютс  эксплуатационна  стойкость и в зкость разрушени . Нижний предел содержани  углерода повышен доЗ,65 мас.%, так как приуменьшении содержани  углерода и дополнительном введении карбонитридов хрома и бора и увеличении содержани  марганца увеличиваетс  отбел, в структуре по вл етс  цементит, снижаетс  стабильность структуры, пластических свойств и в зкости разрушени . Содержание меди и циркони , снижающих в зкость разрушени , ограничено 0,02-0,15 и 0,002-0,06 мас.%.

Бор введен как поверхностно-активный модификатор, очищающий границы зерен от неметаллических включений, что способствует повышению в зкости разрушени  и эксплуатационной стойкости при отрицательных температурах. При содержании бора до 0,002 мас.% модифицирующий эффект низкий, а эксплуатационные свойства чугуна низкие. При повышении концентрации бора более 0,03 мас.% снижаетс  в зкость разрушени  и увеличиваетс  отбел чугуна.

Содержание других микролегирующих и модифицирующих компонентов прин то исход  из практики производства износостойких чугунов с повышенными упругопла- стическими свойствами.

Чугун выплавл ют в открытых индукционных печах из шихты на основе литейных ЛКЗ и ЛК4 чугунов, передельных чугунов М1 и М2, стального лома, бо  электродов , силикобари , ферробора, ферро- титана, карбонитридов хрома и ферросплавов. Дробленные до фракции 0,1-3,0 мм брикеты ферробора и карбонитридов хрома ввод т в печь в конце плавки.

Состав ферробора соответствовал марке ФБ13.

Редкоземельные металлы, магниевую лигатуру, ферробарий вводили в подогретые разливочные ковши. Угар бора составил 812 мас.%, карбонитридов хрома 8-10; бари  15-17 и титана 18-21 мас.%.

В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок, а в табл. 2 механические свойства чугунов в отливках. Износ деталей в абразивных средах определ ют на литейных модел х на прессовых формовочных машинах высокого давлени . Дл  определени  ударной в зкости используют образцы типа 5 и метод испытани  на ударный изгиб при комнатной и пониженной температурах.

Как видно из табл. 2, предложенный чугун обладает более стабильными и высокими значени ми эксплуатационной стойкости при воздействии абразивных сред, и в зкости разрушени  при температурах от + 20 до -60°С, чем базовый чугун.

35

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, медь, цирконий, магний, кальций, итррий, по крайней мере один эле- мент церий и лантан и железо, отличающийс  тем, что, с целью повыше.1 и  эксплуатационной стойкости и в зкости разрушени  при температурах от + 20 до -60°С, он дополнительно содержит титан, бор, карбонитриды хрома и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

   Углерод3,65-4.2

   Кремний1,8-2,5

   Марганец0,5-1,5

   Никель0,2-0,7

   Медь0,02-0,15

   Цирконий0,002-0,06

   Магний0,02-0,06

   Кальций0,02-0,06

   Иттрий0,002-0,03

   По крайней мере один элемент

   церий и лантан . 0,02-0,05 Титан0,005-0,3

   Бор

   Карбонитриды хрома

   0,002-0,03 0,03-0,65

   0,06-0,05 Остальное

   Т аб л и ц а 1

   Таблица 2