SU1742348A1

SU1742348A1 - High-duty cast iron

Info

Publication number: SU1742348A1
Application number: SU904852626A
Authority: SU
Inventors: Борис Константинович Святкин; Михаил Иванович Карпенко; Марина Борисовна Егорова; Иван Иванович Карпенко; Светлана Михайловна Бадюкова
Original assignee: Всесоюзный Заочный Политехнический Институт
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1990-07-20
Publication date: 1992-06-23

Abstract

Изобретение относитс к области металлургии , в частности к составам износостойких высокопрочных чугунов, работающих в услови х термоциклирова- ни . Целью изобретени вл етс повышение термической и эксплуатационной стойкости высокопрочного чугуна в отливках Предлагаемый чугун содержит, мас.%: углерод 2,0-3,0; кремний 1,0-2,5; марганец 1,0-1,8; хром 0,06-0,5; никель 3,05-8,8; медь 0,24-2,6; молибден 0,04-0,8; ванадий 1,02-2,08; нитриды бора 0,02-0,08; магний 0.002-0,06; церий 0,002-0.04; цирконий 0,005-0,08; висмут 0.002-0.01; железо - остальное , Чугун имеет От 966-987 МПа, HRV 5460-5676 МПа, фрикционную теплостойкость 2405-2733 циклов, термостойкость 4020-4130 циклов, эксплуатационную теплостойкость 3270-3850 ч. 2 табл.The invention relates to the field of metallurgy, in particular, to compositions of wear-resistant high-strength cast irons operating under thermal cycling conditions. The aim of the invention is to increase the thermal and operational resistance of high-strength cast iron in castings. The proposed cast iron contains, in wt.%: Carbon 2.0-3.0; silicon 1.0-2.5; manganese 1.0-1.8; chromium 0.06-0.5; Nickel 3.05-8.8; copper 0.24-2.6; molybdenum 0.04-0.8; vanadium 1.02-2.08; boron nitrides 0.02-0.08; magnesium 0.002-0.06; cerium 0.002-0.04; zirconium 0.005-0.08; bismuth 0.002-0.01; iron - the rest, Cast iron has From 966-987 MPa, HRV 5460-5676 MPa, frictional heat resistance of 2405-2733 cycles, heat resistance of 4020-4130 cycles, operating heat resistance of 3270-3850 h. 2 table.

Description

Изобретение относитс к металлургии, в частности к составам износостойких высокопрочных чугунов, работающих в услови х термоциклировани в отливках.This invention relates to metallurgy, in particular, to compositions of wear-resistant high-strength cast irons operating under thermal cycling conditions in castings.

Известен чугун следующего химического состава, мас.%:Known cast iron of the following chemical composition, wt.%:

Углерод3,2-3,4Carbon3,2-3,4

Кремний1,8-2,4Silicon1.8-2.4

Марганец0,6-0.8Manganese 0.6-0.8

Алюминий0,5-0,9Aluminum0.5-0.9

Титан0,2-0,4 Titan0,2-0,4

ЖелезоОстальноеIronErest

В качестве технологической примеси чугун может содержать до 0,14 мас.% фосфора . As a technological impurity, cast iron may contain up to 0.14 wt.% Of phosphorus.

Чугун обладает высоким объемом усадочных пор (2,1-2,5 см3) и недостаточной термической стойкостью. Коэффициент относительной износостойкости в услови х фрикционного разогрева не превышает 2,5. Известен чугун, содержащий, мас.%: Углерод3,0-3,6Cast iron has a high volume of shrinkable pores (2.1-2.5 cm3) and insufficient thermal stability. The coefficient of relative wear resistance under frictional heating conditions does not exceed 2.5. Known cast iron containing, wt.%: Carbon 3.0-3.6

КремнийSilicon

МарганецManganese

НикельNickel

ХромChromium

ТитанTitanium

ФосфорPhosphorus

МедьCopper

АзотNitrogen

ЖелезоIron

1,6-2.51.6-2.5

0.4-1.20.4-1.2

0,1-1,00.1-1.0

0,1-0,60.1-0.6

0,01-0,080.01-0.08

0,10-0.250.10-0.25

0,15-1,00.15-1.0

0,006-0.180,006-0.18

ОстальноеRest

Чугун обладает недостаточной выносливостью при знакопеременных нагрузках в услови х теплосмен.Cast iron has insufficient endurance under alternating loads under conditions of heat cycles.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс чугун, содержащий, мас.%: Углерод 2,2-2,4 The closest to the offer is cast iron containing, in wt.%: Carbon 2.2-2.4

Кремний .1,2-1,8Silicon .1.2-1.8

Марганец0,1-0,3Manganese 0.1-0.3

Никель3,0-3,5Nickel3.0-3.5

Хром0,1-0,3Chrome 0.1-0.3

Молибден0,3-0,5Molybdenum 0.3-0.5

Магний0,03-0,05Magnesium 0.03-0.05

Медь1.6-2.5Copper 1.6-2.5

GO N 00GO N 00

„шЛ„Shl

Церий0,01-0,02Cerium 0,01-0,02

ЖелезоОстальноеIronErest

Высокопрочный чугун обладает в литых издели х следующими свойствами; временное сопротивление на разрыв 690-735 МПа, ударна в зкость 170-320 кДж/м2, твердость 341-397 НВ, скорость износа при сухом трении 0,38-0,45 мкм/км, предел коррозионной усталости на базе 107 циклов 285-291 МПа, термическа стойкость 1120- 1520 циклов.High-strength cast iron has the following properties in cast products; temporary tensile strength 690-735 MPa, impact viscosity 170-320 kJ / m2, hardness 341-397 HB, wear rate with dry friction 0.38-0.45 µm / km, corrosion fatigue limit based on 107 cycles 285- 291 MPa, thermal resistance 1120–1520 cycles.

Однако известный высокопрочный чугун обладает недостаточной термостойкостью и высоким износом при сухом трении. Цель изобретени - повышение термической и эксплуатационной стойкости.However, the known high-strength cast iron has insufficient heat resistance and high wear during dry friction. The purpose of the invention is to increase thermal and operational durability.

Высокопрочный чугун, содержащий углерод , кремний, марганец, хром, никель, медь, молибден, марганец, церий и железо, дополнительно содержит ванадий, нитриды бора, цирконий и висмут при следующем соотношении компонентов, мас,%: Углерод2,0-3,0High-strength cast iron containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, copper, molybdenum, manganese, cerium and iron, additionally contains vanadium, boron nitrides, zirconium and bismuth in the following ratio of components, wt.%: Carbon 2.0-3.0

Кремний1,0-2,5Silicon1.0-2.5

Марганец1,0-1,8Manganese1.0-1.8

Хром0,06-0,5Chrome 0.06-0.5

Никель3,05-8,8Nickel3.05-8.8

Медь0,24-2,6Copper 0.24-2.6

Молибден0,04-0,8Molybdenum 0.04-0.8

Нитриды бора0,02-0,08Boron Nitrides 0.02-0.08

Магний0,002-0,06Magnesium0.002-0.06

Церий0,002-0,04Cerium0,002-0,04

Ванадий1,02-2,08Vanadium1.02-2.08

Цирконий 0,005-0,08Zirconium 0.005-0.08

Висмут0,002-0,01Bismuth 0.002-0.01

ЖелезоОстальноеIronErest

Дополнительное введение ванади обусловлено его отбеливающим и упрочн ющим вли нием, повышающим твердость, микротвердость, термостойкость и эксплуатационные свойства сплава, При содержании ванади до 1,02 мас.% микротвердость, термостойкость и стабильность служебных свойств недостаточны. При увеличении его содержани более 2,08 мас.% снижаютс пластические свойства, ударна в зкость и стабильность механических и служебных свойств сплава.Additional introduction of vanadium is due to its whitening and strengthening effect, which increases the hardness, microhardness, heat resistance and operational properties of the alloy. With a vanadium content of up to 1.02 wt.%, The microhardness, heat resistance and stability of service properties are insufficient. With an increase in its content of more than 2.08% by weight, the plastic properties, impact strength and stability of the mechanical and service properties of the alloy decrease.

Нитриды бора введены с целью изменени структуры чугуна и повышени микро- твердости, стабильности термической стойкости и служебных свойств. Их вли ние на стабильность механических и служебных свойств начинает сказыватьс с содержани 0,02 мас.%, Верхний предел (0,08 мас.%) обусловлен увеличением содержани неметаллических включений по границам зерен и снижением стабильности предела коррозионной усталости, механических и служебных свойствBoron nitrides are introduced to change the structure of cast iron and improve microhardness, stability of thermal stability and service properties. Their effect on the stability of mechanical and service properties begins to affect the content of 0.02 wt.%. The upper limit (0.08 wt.%) Is due to an increase in the content of non-metallic inclusions at the grain boundaries and a decrease in the stability of the limit of corrosion fatigue, mechanical and service properties.

Введение висмута обусловлено его модифицирующим и отбеливающим вли нием на структуру, способствующим првышению стабильности прочностных и служебныхThe introduction of bismuth is due to its modifying and bleaching effect on the structure, contributing to the improvement of the stability of strength and service

свойств. При его содержании меньше 0,002 мас.% модифицирующий эффект и стабильность служебных свойств недостаточны . При повышении висмута более 0,01 мае. % возрастает его угар и отмечаетс сни0 жение механических свойств как при обычных , так и при повышенных температурах. Ведение меди в количестве 0,24- 2,6 мас.% измельчает структуру, увеличивает прокаливаемость и Твердость чугуна,properties. When its content is less than 0.002 wt.%, The modifying effect and stability of service properties are insufficient. With an increase in bismuth of more than 0.01 May. % its frenzy increases and a decrease in mechanical properties is noted at both normal and elevated temperatures. Maintaining copper in the amount of 0.24-2.6 wt.% Crushes the structure, increases the hardenability and hardness of cast iron,

5 окгзывает вли ние на природу упрочнени фаз и их термическую стойкость, что способствует снижению износа и повышению стабильности эксплуатационной стойкости. Нижн концентраци меди прин та такой,5 influences the nature of the hardening phases and their thermal resistance, which contributes to reducing wear and increasing the stability of operational durability. The lower copper concentration is

0 при которой начинает сказыватьс ее вли ние на структуру чугуна и эксплуатационную стойкость, а верхний предел меди (2,6 мас.%) обусловлен снижением предела выносливости стрелы прогиба и пластиче5 ских свойств ввиду снижени растворимости ее в металлической основе при более высоких концентраци х и увеличени ликвации в огливках, что снижает стабильность служебных свойств.0 at which its effect on the cast iron structure and operational durability begins to affect, and the upper limit of copper (2.6 wt.%) Is due to the decrease in the fatigue strength of the deflection and plastic properties due to the decrease in its solubility in the metal base at higher concentrations and increase segregation in the casting, which reduces the stability of service properties.

0 Дополнительное введение цери в количестве 0,002-0,04 мас.% способствует измельчению размеров шаровидных включений графита, повышению эксплуатационной стойкости, трещиностойкости,0 Additional introduction of cerium in the amount of 0.002-0.04 wt.% Contributes to the grinding of the size of spherical inclusions of graphite, increasing the operational durability, crack resistance,

5 износостойкости и прочности чугуна при повышенных температурах. Нижний предел концентрации цери прин т от значени , с которого начинает сказыватьс его вли ние на размер и фору графита. При увеличении5 wear resistance and strength of cast iron at elevated temperatures. The lower limit of cerium concentration is taken from the value from which its effect on the size and odds of graphite begins to affect. By increasing

0 концентрации цери более 0,04 мас.% возрастает угар металла, увеличиваетс количество неметаллических включений по. границам зерен, снижаютс пластические и эксплуатационные свойства чугуна при на5 греве и охлаждении.0 concentration of cerium more than 0.04 wt.% Increases the waste of the metal, the number of non-metallic inclusions increases. to the grain boundaries, the plastic and operational properties of cast iron are reduced during heating and cooling.

Содержание углерода, марганца и кремни в высокопрочном чугуне выбрано с учетом практики производства термостойких отливок с повышенной стабильностью экс0 плуатационных и механических свойств. При увеличении их концентрации выше верхних пределов стабильность прочности, предела выносливости и характеристики уп- руголластических свойств снижаютс , а приThe content of carbon, manganese and silicon in high-strength cast iron was chosen taking into account the practice of producing heat-resistant castings with an increased stability of operating and mechanical properties. With an increase in their concentration above the upper limits, the stability of the strength, the endurance limit, and the characteristics of the elastic-elastic properties decrease, while

5 снижении ниже нижних пределов ухудшаютс литейные свойства, термическа стойкость , прочность и эксплуатационна стойкость. Составл ющие чугуна, мас.%: хром 0,06-0,50: никель 3,05-8,80; молибден 0,04-0,80 и медь 0,24-2,6 упрочн ют и микролегируют матрицу, повышают ее термостойкость и эксплуатационную стойкость.5, the lowering of the lower limits deteriorates the casting properties, thermal resistance, strength and operational resistance. Components of cast iron, wt.%: Chromium 0.06-0.50: nickel 3.05-8.80; Molybdenum 0.04-0.80 and copper 0.24-2.6 strengthen and micro-alloy the matrix, increasing its heat resistance and operational durability.

Введение циркони измельчает графит , нейтрализует вли ние хрома при термоупрочнении , снижает коэффициент термического расширени и повышает сопротивл емость термохимических воздействий , что обеспечивает повышение эсплуатационной стойкости. При концентрации его до 0,005 мае. % сопротивл емость термохимическим воздействи м и эксплуатационна стойкость недостаточны, а при концентрации циркони более 0,08% мае. % снижаютс стабильность термической стойкости и сопротивл емость к ударным нагрузкам.The introduction of zirconium crushes graphite, neutralizes the effect of chromium during thermal strengthening, reduces the coefficient of thermal expansion and increases the resistance of thermochemical effects, which ensures an increase in operating stability. With a concentration of up to May 0.005. % resistance to thermochemical effects and operational durability are insufficient, and at a zirconium concentration of more than 0.08% may. The stability of thermal resistance and impact resistance are reduced.

Введение магни в количестве 0,002- 0,06 мае. % раскисл ет и модифицирует расплав , очищает границы зерен, повышает стабильность эксплуатационной стойкости в услови х теплосмен. Верхний предел магни ограничен его усво емостью в чугуне, а при концентрации магни менее 0,002 мас.% его модифицирующий эффект недостаточен, что приводит к снижению The introduction of magnesium in the amount of 0.002-0.06 May. The% deoxidizes and modifies the melt, cleans the grain boundaries, increases the stability of the operational durability under conditions of thermal cycles. The upper limit of magnesium is limited by its digestibility in cast iron, and at a magnesium concentration of less than 0.002 wt.% Its modifying effect is insufficient, which leads to a decrease in

ливают отливки тормозных устройств, образцов и технологических проб.Cast braking devices, samples and process samples.

В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок, а в табл 2 - механические и служебные свойства.In tab. 1 shows the chemical compositions of the cast iron of the experimental bottoms, and Table 2 shows the mechanical and service properties.

Трещиностойкость определ ют по звездообразным технологическим пробам 250 мм и высотой 140 мм, контакту выносливости в услови х качени с торможением при испытании на базе 5-Ю7 циклов и эксплуатационную стойкость в услови х фрикционного износа. Как видно из табл. 2, высокопрочный чугун обладает более высокими механическими и служебными свойствами по сравнению с известным.Fracture resistance is determined from star-shaped technological samples of 250 mm and a height of 140 mm, contact endurance under rolling conditions with braking when tested on the basis of 5-U7 cycles, and service resistance under conditions of frictional wear. As can be seen from the table. 2, high-strength cast iron has higher mechanical and service properties compared with the known.

Claims

Invention Formula

High-strength cast iron containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, copper, molybdenum, magnesium, cerium and iron, characterized in that, in order to improve thermal and operational durability, it additionally contains vanadium, boron nitride, zirconium and bismuth in the following the ratio of components, wt.%: