SU1740480A1 - Высокопрочный чугун - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии, в частности к составам высокопрочных чугу- нов дл  ответственных машиностроительных отливок, работающих в услови х сухого трени  и ударных нагрузок. Цель - повышение эксплуатационных свойств. Высокопрочный чугун дополнительно содержит ниобий, цирконий, нитриды иттри , магний и сурьму при следующем соотношении компонентов , мас.%: углерод 3,6-4,3, кремний 1,2-2,6, марганец 0,8-1,5, хром 0,02-0,07, алюминий 0,05-0,25, ванадий 0,05-0,15, РЗМ 0,02-0,08, титан 0,015-0,05, медь 0,9- 1,4, ниобий 0,42-0,85, нитриды иттри  0,05- 0,25, кальций 0,03-0,07, магний 0,05-0,12, цирконий 0,06-0,13, сурьма 0,007-0,02; железо остальное. 2 табл.

Description

(Л

С

Изобретение относитс  к металлургии, в частности к составам высокопрочных чугу- нов дл  ответственных машиностроительных отливок, работающих R услови х трени  и ударных нагрузок.

Известен высокопрочный чугун, содержащий , мас.%:

Углерод3,5-4,0

Кремний2,25-5,0

Марганец0,4-1,5

Хром0,25-2,0

Медь0,75-1,0

Магний0,01-0,04

ЖелезоОстальное

Чугун в качестве технологических примесей может содержать, мае %: фосфор до 0,2; никель до 0,5; сера до 0,02. Этот чугун содержит до 20% эвтектического цементита , снижающего эксплуатационную стойкость в услови х ударных нагрузок.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  износостойкий высокопрочный чугун следующего химического состава, мас.%:

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Ванадий

Редкоземельные металлы

Кальций

Титан

Алюминий

Медь

Железо

Удароустойчивость

2,6-3,6 1,0-2,0 0,5-1,0 0,2-1,0 0,10-0,25

0,02-0,15 0,03-0,30 0,15-0,40 0,10-0,30 0,6-1,4 Остальное чугуна

847-990,

,2

а

износ в абразивной среде 160-190 мг/м -ч. Долговечность работы чугуна в услови х сухого трени  недостаточна и не превышает 620 ч, а износ в режиме сухого трени  60- 110 мг/м2 -ч. Стойкость чугуна против растрескивани  80-120 цикл.

vj Ј О 00

о

Цель изобретени  - повышение эксплуатационной стойкости.

Высокопрочный чугун, содержащий углерод , кремний, марганец, хром, ванадий, титан, медь, алюминий, РЗМ, кальций и железо , дополнительно содержит ниобий, цирконий , нитриды иттри , магний и сурьму при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод3,6-4,3

Кремний1,2-2,6

Марганец0,8-1,5

Хром0,02-0,07

Ванадий0,05-0,15

Алюминий0,05-0,25

Редкоземельные металлы 0 ,02-0,08 Титан0,015-0,05 Медь 0,9-1,4 Ниобий 0,42-0,85 Цирконий 0,06-0,13 Нитриды иттри  0,05-0,25 Кальций 0,03-0,07 Магний 0,05-0,12 Сурьма 0,007-0,02 ЖелезоОстальное Дополнительное введени  ниоби  обусловлено его положительным вли нием на упругопластические свойства и в зкость разружени , что повышает долговечность работы в услови х сухого трени . При его концентрации до 0,42 мас.% вли ние на упругопластические и эксплуатационные свойства недостаточно, а при увеличении содержани  ниоби  более 0,85 мае. % усиливаютс  ликвационные процессы, снижаетс  стойкость против растрескивани  и ухудшаютс  эксплуатационные свойства.

Редкоземельные металлы (0,02- 0,08 мас.%) и магний (0,05-0,12 мас.%) улучшают форму графита и повышают прочностные и эксплуатационные свойства. При концентрации их менее нижних пределов модифицирующий эффект недостаточен , а при увеличении их концентраций более верхних пределов повышаетс  угар и наличие неметаллических включений, что снижает прочностные и эксплуатационные свойства чугуна.

Хром и ванадий увеличивают отбел, снижают упругопластические свойства при концентрации более верхних пределов, поэтому их концентраци  в сравнении с известным чугуном снижена. При концентрации их менее нижних пределов износостойкость , прочность и эксплуатационные свойства чугуна недостаточны. Титан при концентрации более 0,05 мас.% ухудшает форму графита, снижает стабильность структуры и эксплуатационных свойств, поэтому его концентраци  в предложенном чугуне снижена.

Нитриды иттри  измельчают структуру чугуна, стабилизируют процесс модифицировани  и повышают износостойкость, динамическую прочность и эксплуатационные свойства. При их содержании до 0,05 мас.% измельчение структуры и повышение эксплуатационных свойств недостаточно, а

0 верхний их предел обусловлен увеличением угара и сйижением стабильности пластических и эксплуатационных свойств.

Марганец (0,8-1,5 мас.%) и алюминий (0,05-0,25 мас.%) оказывают раскисл ющее

5 и микролегирующее вли ние, повыша  стойкость против растрескивани , износостойкость и эксплуатационные свойства. Их раскисл ющее вли ние усиливаетс  при введении в чугун кальци  в количестве

0 0,03-0,07 мас.%. Верхние пределы концентрации кальци  и алюмини  снижены до пределов, при которых не ухудшаетс  стабильность и однородность структуры и повышаютс  пластические и эксплуатаци5 онные свойства.

Введение сурьмы обусловлено ее способностью очищать границы зерен, повышать износостойкость и эксплуатационную стойкость. Вли ние сурьмы на износостой0 кость и долговечность работы начинает сказыватьс  с концентрации 0,007 мас.%. Верхний предел обусловлен снижением в зкости разрушени , термостойкости и динамической прочности при более высоких

5 концентраци х.

Содержание основных графитизирую- щих компонентов (кремний 1,2-2,6 мас.%, углерод 3,6-4,3 мас.% и медь 0,9-1,4 мас.%) прин то в пределах, обеспечиваю0 щих достаточно дисперсную и стабильную структуру, обеспечивающую повышение износостойкости , пластических и эксплуатационных свойств. При увеличении их концентрации выше верхних пределов ук5 рупн етс  структура, снижаютс  упругопластические и эксплуатационные свойства чугуна, а при концентрации менее нижних пределов усиливаетс  отбел, снижаютс  характеристики стойкости против растрески0 вани  и эксплуатационных свойств.

Пример. Выплавку чугунов производ т дуплекс-процессом вагранка - открыта  индукционна  печь. Способ производства чугуна включает выплавку высокоуглероди5 стого расплава в вагранке с температурой 1380-1400°С с использованием шихты из перельных рафинированных чугунов марок ПВК1 и ПВК2, лома чугунного 17А, литейных чугунов Л1 и /12, силикомарганца СМ17, феррованади  Вд2, ферросиликохрома

ФСХ40, ферромарганца доменного и фер- росиликоциркони  ФСЦрМрЗО. В индукционной печи расплав перегревают до 1430-1460°С и рафинируют. Затем присаживают ферросиликониобий ФСНб20ТиЮ, медь М1, силикокальций ФСК15А11 и сурьму СуЗ. Модифицирование чугуна ферроси- ликоалюминокальцием с РЗМ ФСАКР20, магниевой лигатурой ЖКМК-6 и ферросилицием производ т в литейных ковшах, присажива  их в пакетах в измельченном виде до фракции 0,05-2,0 мм вместе с порошковыми нитридами иттри  ИтМ-2Н при выпуске расплава из печи в ковш. Температура металла перед выпуском из электропечи 1400- 1430°С.

Результаты модифицировани  чугуна контролируют путем отбора проб из каждого ковша до заливки в литейные формы в соответствии с методикой по РТМ МТ 20-2- 85.

В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок.

Провод т определение структуры чугунов и механические и эксплуатационные свойства на технологических пробах. Долговечность работы высокопрочных чугунов производ т на цилиндрических образцах в услови х сухого трени  и ударных нагрузок при энергии удара 0,85 Дж. Термическую стойкость определ ют в услови х термоцик- лировани  по режиму 20-1000°С.

В табл. 2 приведены механические и эксплуатационные свойства чугунов после нормализации с нагревом до температур выше критических (860-930°С) и последующим охлаждением на спокойном воздухе.

Как видно из табл. 2, предложенный чугун обладает более высокими механически0

ми и эксплуатационными свойствами, чем известный.

Экономический эффект от использовани  предложенного чугуна дл  изготовлени  износостойких отливок составит до 40 руб на 1 т годного лить . При этом повышаетс  долговечность и надежность работы в услови х сухого трени  и ударных нагрузок.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, алю- миний, ванадий, редкоземельные металлы , титан, медь, кальций и железо, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эксплуатационных свойств, он дополнительно содержит ниобий, нитриды иттри , магний, цирконий и сурьму при следующем соотношении компонентов, мас.%:

   Углерод3,6-4,3

   Кремний1,2-2,6

   Марганец0,8-1,5

   Хром0.02-0,07

   Алюминий0,05-0,25

   Ванадий0,05-0,15

   Редкоземельные металлы0 ,02-0,08

   Титан0,015-0,05

   Медь0,9-1,4

   Кальций0,03-0,07

   Ниобий0,42-0,85

   Нитриды иттри 0,05-0,25

   Магний0,05-0,12

   Цирконий0,06-0,13

   Сурьма0,007-0,02

   ЖелезоОстальное

   40

   Таблица 1

   Продолжение таблицы

   Таблица 2