SU985122A1

SU985122A1 - Cast iron

Info

Publication number: SU985122A1
Application number: SU813325396A
Authority: SU
Inventors: Наталия Ивановна Щеглюк; Олег Николаевич Магницкий; Алексей Дмитриевич Срыбник; Александр Анатольевич Косилов; Геннадий Александрович Косников
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6762
Priority date: 1981-08-10
Filing date: 1981-08-10
Publication date: 1982-12-30

Description

1one

Изобретение относитс к металлургии , а именно к высокопрочным чугунам с высокой конструкционной прочностью и в зкостью разрушени , оцениваемой критическим коэффициентом интенсивности характеризующей способностью материала сопротивл тьс хрупкому разрушению.The invention relates to metallurgy, in particular to high strength cast irons with high structural strength and fracture toughness, assessed by a critical intensity factor characterizing the ability of a material to resist brittle fracture.

Конструкционный чугун с в зкостью разрушени (Цр) на уровне 200280 кгсмм -у может быть использован при производстве изделий ответственного назначени взамен углеродистой стали, имеющей в зкость разрушени (k) на том же уровне,.в отливках, поковках, штамповках с целью снижени трудоемкости изготовлени деталей.Structural cast iron with fracture toughness (CR) at the level of 200280 kg / mm can be used in the manufacture of critical products instead of carbon steel having a fracture toughness (k) at the same level, in castings, forgings, and stampings to reduce labor intensity. manufacturing parts.

Известен чугун 1 следующего химического состава, вес.%:Known cast iron 1 of the following chemical composition, wt.%:

Углерод3,2-3,8Carbon3,2-3,8

Кремний2,2-2,9Silicon2.2-2.9

Марганец 0,6-1,0 Хром0,2-0,6Manganese 0.6-1.0 Chromium 0.2-0.6

(54) ЧУГУН(54) CAST IRON

НикельNickel

0,05-0,150.05-0.15

0,,8 0,, 8

МедьCopper

Фосфор 0,05-0,50 Phosphorus 0.05-0.50

РЗМ 0,01-0,05 0,04-0,20 REM 0.01-0.05 0.04-0.20

ИттрийYttrium

Железо ОстальноеIron Else

Чугун имеет следующие свойства: Предел прочности при раст жении , кгс/мм 51,8-56,0 Относительное удлинение, % 7,0-9,0 Твердость НВ, кгс/мм 250-270Cast iron has the following properties: Strength at stretching, kgf / mm 51.8-56.0 Relative elongation,% 7.0-9.0 Hardness HB, kgf / mm 250-270

15 Установлено, что данный чугун имеет низкую в зкость разрушени К 120-140 кгс/мм , невысокую ударную в зкость а 3-5 кгс-м/см .15 It was established that this cast iron has a low fracture toughness of K 120-140 kgf / mm, a low impact strength and 3-5 kgf-m / cm.

Известен также чугун 2} с едую20 щего химического состава, вес.: Углерод3,2-3,6Also known is cast iron 2} with a chemical composition, weight: Carbon 3.2-3-3.6

Кремний1,6-2,6Silicon1,6-2,6

Марганец0,1-0,5 3 Магний0,02-0,05 Кальций0,01-0,05 Медь0,02-0,10 . Алюминий 0,05-0,15 Редкоземельные металлы0,01-0,06 ЖелезоОстальное Чугун имеет следующие свойства Предел прочности при раст жении, кгс/мм 25,1-30,7 Твердость НВ, кгс/мм 205-233 Модуль кольцевой прочности, кгс/мм 69-108 На чугуне данного состава опре лись : В зкость разрушени U), кгс.мм 90,0-110 Относительное удлинение, %1-3 Ударна в зкость кгс-м/см 1-3 Данный чугун также характеризу с низкой в зкостью разрушени и механическими свойствами, не отв щими современным требовани м к к рукционным материаламо Известен также чугун 3 J след щего химического состава, Углерод3,0-3,8 Марганец0,1-0,8 Кремний2,2-2,8 Медь0,2-1,0 Никель0,2-1,0 Магний0,03-0,09 Хром0,01-0,10 Мышь к0,001-0,08 ЖелезоОстальное Чугун имеет следующие свойств Предел прочности при раст жении , кгс/мм 85,6-100, Относительное удлинение, % 2,6-3,1 Ударную в зкость, кгсМ/см22,7-3,0 Твердость НВ, кгс/мм 262-266 Недостатком этого чугуна такж вл етс низка в зкость разруше ( ) 110-130 кгс-мм - , пласти ность и ударна в зкость. Наиболее близким к предлагаем по технической сущности и достиг му результату вл етс чугун 4 следующего химического состава, Углерод3,1-3,8 Кремний2,3-3,2 Марганец0,(5-0,90 Хром0,1-О, Кальций0,01-0,1 Редкоземельные металлы0,003-0,1 Магний0,02-:0,08 Стронций0,005-0,12 Алюминий.0,005-0,20 ЖелезоОстальное Чугун имеет следующие свойства; Предел прочности при раст жении , кгс/мм 52,2-61,1 Относительное удлинение, %12,0-25,0 Ударна в зкость, ,1-16,6 Твердость НВ, кгс/мм 156-170 На чугуне данного состава определ лось значение в зкости разрушени .j , равное 130-170 кгс-мм -J „ К недостаткам известного чугуна относитс то, что высокое содержание марганца ( 0,) тормозит графитизацию чугуна, снижает в зкость разрушени () , пластичность и ударную в зкость, поэтому повышение содержани марганца до 0,9% нецелесообразно; повышение содержани стронци ( 0,10%) вследствие ограниченной растворимости в чугуне приводит к микроликвидации его по границам зерен, что отрицательно сказываетс на механических свойствах чугуна; введение в высокопрочный чугун алюмини уже при содержании около 0,20 отрицательно вли ет на образование шаровидного графита, способствует пленообразованию , снижает пластичность несмотр на увеличение количества феррита. Недостатками прототипа вл ютс также низкие значени в зкости разрушени (.К,) и нестабильность механических свойств, что ограничивает его использование в качестве конструкционного материала взамен стали дл изделий ответственного назначени . Цель изобретени - повышение в зкости разрушени при сохранении стабильных значений прочности и пластичности на высоком уровне Указанна цель достигаетс тем, что чугун, содержащий углерод, кремний , марганец, магний, кальций, поManganese 0.1-0.5 3 Magnesium 0.02-0.05 Calcium 0.01-0.05 Copper 0.02-0.10. Aluminum 0.05-0.15 Rare-earth metals 0.01-0.06 IronOld Cast Iron has the following properties Strength at stretching, kgf / mm 25.1-30.7 Hardness HB, kgf / mm 205-233 Ring strength modulus, kgf / mm 69-108 On the cast iron of this composition the following parameters were determined: Breaking viscosity U), kgf.m. 90.0-110 Relative elongation,% 1-3 Shock viscosity kgf-m / cm 1-3 This cast iron is also characterized with low viscosity fracture and mechanical properties that do not meet modern requirements for the manual materials. Also known are cast iron 3 J of the following chemical composition, Ugler od3.0-3.8 Manganese 0.1-0.8 Silicon2.2-2.8 Copper0.2-1.0 Nickel0.2-1.0 Magnesium0.03-0.09 Chromium0.01-0.10 Mouse k0.001-0.08 Iron Iron Cast Iron has the following properties Strength at tensile strength, kgf / mm 85.6-100, Relative elongation,% 2.6-3.1 Impact strength, kgsM / cm22.7-3, 0 Hardness HB, kgf / mm 262-266 The disadvantage of this cast iron is also low fracture viscosity () 110-130 kgf-mm - lamination, and impact strength. The closest to the offer by technical essence and the achieved result is cast iron 4 of the following chemical composition, Carbon 3,1-3,8 Silicon 2,3,3,2 Manganese 0, (5-0,90 Chrom0,1-O, Calcium 0,01 -0.1 Rare-earth metals0.003-0.1 Magnesium0.02-: 0.08 Strontium0.005-0.12 Aluminum.0.005-0.20 Iron Iron Rest Cast Iron has the following properties; Tensile strength, kgf / mm 52 , 2-61.1 Relative elongation,% 12.0-25.0 Shock viscosity, 1-16.6 Hardness HB, kgf / mm 156-170 On the cast iron of this composition was determined the value of fracture toughness .j equal to 130-170 kgf-mm -J „To disadvantages The fact that high manganese content (0,) inhibits graphitization of cast iron, reduces fracture toughness (), ductility and toughness, so increasing the manganese content to 0.9% is impractical; increasing the content of strontium (0.10%) due to limited solubility in cast iron, it micro-liquidates along the grain boundaries, which adversely affects the mechanical properties of the cast iron; The introduction of aluminum into high-strength cast iron already at a content of about 0.20 adversely affects the formation of nodular graphite, promotes foaming, and reduces ductility despite an increase in the amount of ferrite. The disadvantages of the prototype are also low values of fracture toughness (.K.) And instability of mechanical properties, which limits its use as a structural material instead of steel for critical products. The purpose of the invention is to increase the fracture toughness while maintaining stable values of strength and ductility at a high level. This goal is achieved by the fact that cast iron containing carbon, silicon, manganese, magnesium, calcium,

5959

крайней мере один из элементов - церий или лантан и железо, дополнительно содержит иттрий, цирконий, медь и никель при следующем соотношении компонентов , вес.%: Углерод 1,8-3,6 Кремний 1,8-3,6 Марганец 0,1-О, Магний 0,02-0,06 Кальций 0,001-0,050 По крайней мере один из элементов: Церий или лантан 0,01-0,15 Иттрий 0,001-0,10 Цирконий 0,01-0,10 Медь 0,05-0,50 Никель 0,05-0,50 Железо Остальное Введение иттри в чугун увеличивает степень графитизации, улучшает форму графита, что приводит к значительному увеличению в зкости разрушени at least one of the elements - cerium or lanthanum and iron, additionally contains yttrium, zirconium, copper and nickel in the following ratio of components, wt.%: Carbon 1.8-3.6 Silicon 1.8-3.6 Manganese 0.1 -O, Magnesium 0.02-0.06 Calcium 0.001-0.050 At least one of the elements: Cerium or lanthanum 0.01-0.15 Yttrium 0.001-0.10 Zirconium 0.01-0.10 Copper 0.05 -0.50 Nickel 0.05-0.50 Iron Else The introduction of yttrium into cast iron increases the degree of graphitization, improves the shape of graphite, which leads to a significant increase in the fracture toughness

Uic).Uic).

Цирконий способствует повышению степени графитизации чугуна и измельчению размеров графитных включений. Zirconium contributes to an increase in the degree of graphitization of cast iron and the grinding of the size of graphite inclusions.

Кроме того, он увеличивает врем действи модификатора, что делает технологический процесс и свойства чугуна более стаф льными.In addition, it increases the time of action of the modifier, which makes the process and properties of cast iron more staple.

введение в чугун кальци основано на его активном взаимодействии с серой„ При содержании серы в чугуне 0,005-0,035 дл полной десульфурации достаточно до 0,05% кальци , это количество прин то в качестве верхнего предела„ Повышенное содержание кальци (в прототипе до 0,1% и выше) приводит к образованию большого количества неметаллических включений сложного состава, в том числе с РЗМ, распредел ющихс в металлической основе и на границе графит-матрица , что приводит к снижению механических свойствthe introduction of calcium into iron is based on its active interaction with sulfur, with a sulfur content of 0.005-0.035 in iron, for complete desulfurization, up to 0.05% calcium is sufficient, this amount is taken as the upper limit, an increased calcium content (in the prototype to 0.1 % and above) leads to the formation of a large number of non-metallic inclusions of complex composition, including those with REM, which are distributed in the metal base and at the boundary of the graphite-matrix, which leads to a decrease in the mechanical properties

Введение меди и никел способствует повышению промностных характеритик и увеличивает стабильность механических свойств чугуна за счет легировани матрицыThe introduction of copper and nickel contributes to an increase in industrial characteristics and increases the stability of the mechanical properties of cast iron by doping the matrix.

Введение в расплав РЗМ основано на их высоком сродстве к кислороду и сере, однако действие каждого из 15 редкоземельных элементов (лантана и лантонидов) на графитизацию и физико-механические свойства чугу226The introduction of RZM into the melt is based on their high affinity for oxygen and sulfur, however, the effect of each of the 15 rare-earth elements (lanthanum and lanthonides) on graphitization and the physical and mechanical properties of iron 222

на различно и определ ть сумму РЗМ, не указыва конкретно элементов, неверно . Введение в состав чугуна цери и лантана благопри тно вли ет на очищение границ зерен от неметаллических включений, создает дополнительные центры кристаллизации. Кроме того, церий оказывает глобулизирующее действие на графит. Особенно эффективно в зкость разрушени (К) повышаетс при совместном введении иттри , цери , лантана и кальци .It is different to determine the sum of rare-earth metals without specifying specific elements. The introduction of cerium and lanthanum into cast iron has a beneficial effect on the purification of grain boundaries from non-metallic inclusions, creating additional crystallization centers. In addition, cerium has a globalizing effect on graphite. The fracture viscosity (K) is particularly effective when co-administered with yttrium, cerium, lanthanum, and calcium.

Чугун выплавл ют в индукционной печи емкостью 60 кг с основной футеровкой . В качестве шихты используют стальные отходы, ферросплавы и специальные присадки. Предлагаемый состав чугуна можно получить любым из известных способов - ввод элементов или их соединений в ковш или в электропечь .The cast iron is melted in a 60 kg induction furnace with a base lining. Steel waste, ferroalloys and special additives are used as a charge. The proposed composition of cast iron can be obtained by any of the known methods - input elements or their compounds in the ladle or in the electric furnace.

Механические свойства определ ют на образцах, вырезанных из пробных брусков согласно ГОСТ 7293-79. в зкость разрушени оценивают методом .-интеграла согласно РТН . Чугун подвергают ферритизирующему отжигу .Mechanical properties are determined on samples cut from test bars according to GOST 7293-79. fracture toughness is evaluated by the.-integral method according to PTH. Cast iron is subjected to ferritizing annealing.

Химический состав и механические свойства известного чугуна С и предлагаемого приведены в таблице.The chemical composition and mechanical properties of the known iron C and the proposed are given in the table.

Как видно из таблицы, предлагаемый чугун имеет требуемый уровень в зкости разрушени (К(сК высокие и более стабильные значени пластичности, ударной в зкости и прочности.As can be seen from the table, the proposed cast iron has the required level of fracture toughness (K (cK high and more stable values of ductility, toughness and strength).

Использование предлагаемого конструкционного чугуна дл производства отливок, испытывающих в процессе эксплуатации высокие статические и динамические нагрузки, значительно повышает их надежность в эксплуатации и дает возможность заменить, стальные отливки, поковки и штамповки отливками из высокопрочного чугуна со значительным снижением трудоемкости изготовлени деталей.The use of the proposed structural cast iron for the production of castings experiencing high static and dynamic loads during operation significantly increases their operational reliability and makes it possible to replace steel castings, forgings and forgings with high-strength cast iron castings with a significant reduction in the complexity of manufacturing parts.

Замена стального сборного вала цельнолитым из высокопрочного чугуна обеспечит экономический эффект 230 тыс.руб. в год за счет снижени трудоемкости механической обработки, повышени коэффициента использовани металла, снижени веса детали.Replacing a steel shaft with solid cast iron of high-strength cast iron will provide an economic effect of 230 thousand rubles. per year by reducing the complexity of machining, increasing the utilization rate of the metal, reducing the weight of the part.

2 2

ONON

9 Ю СЧ О9 Yu SCh

о about

1Л - - (Л1Л - - (Л

о оoh oh

иand

44U44U

N-N-

u ffu ff

«Ч"H

ООNUN

fflffl

fjfj

«ч01 fM"P01 fM

IMIM

о t/%about t /%

«N-"N-

O1ЛO1L

U l/NU l / n

оabout

ОABOUT

oooo

илsilt

--

fMfM

CNCN

CM Чугун, содержащий;углерод, кремний марганец, магний, кальций, по крайней мере один из элементов - церий, 5 лантан и железо, отличающийс teM, что, с целью повышени в зкости разрушени , он дополнительно содержитИттрий, цирконий, никель и медь при следующем соотношении компр- О нентов, вес,: 1,8-3,6 Углерод 1,8-3,6 Кремний Марганец 0,1-0,f Магний 0,02-0,06 Кальций 0,001-0,050 пр № If 5 If . № Церий, лантан 0,01-0,15 Иттрий0,001-0,10 Цирконий0,01-0,10 Никель0,05-0,50 Медь0,05-0,50 ЖелезоОсталЫчое Источники информации, н тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 39958, кл. С 22 С 37/10, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР 48638, кл, С 22 С 37/10, 1977. 3.Авторское свидетельство СССР 89278, кл, С 22 С 37/10, 1976. k. Авторское свидетельство СССР 02591, кл, С 22 С 37/10, 1976.CM Cast iron containing; carbon, silicon, manganese, magnesium, calcium, at least one of the elements — cerium, 5 lanthanum, and iron, differing in temperature — that, in order to increase the fracture toughness, it additionally contains titanium, zirconium, nickel, and copper the following ratio of compr-o nentov, weight: 1.8-3.6 carbon 1.8-3.6 silicon manganese 0.1-0, f magnesium 0.02-0.06 calcium 0.001-0.050 pr no. number 5 If. № Cerium, lanthanum 0,01-0,15 Yttrium0,001-0,10 Zirconium 0,01-0,10 Nickel 0.05-0.50 Copper 0.05-0.50 Iron LEFT Sources of information taken into account during the examination 1 . USSR author's certificate 39958, cl. C 22 C 37/10, 1976. 2. Author's certificate of the USSR 48638, class, C 22 C 37/10, 1977. 3. Author's certificate of the USSR 89278, c, C 22 C 37/10, 1976. k. USSR author's certificate 02591, class, C 22 C 37/10, 1976.

Claims

Claim

Cast iron containing carbon, silicon _to manganese, magnesium, calcium, at least one of the elements - cerium, 5 lanthanum and iron, characterized in that, in order to increase the fracture toughness, it additionally contains yttrium, zirconium, nickel and copper in the following ratio of components, wt.%:

ίο

Carbon Silicon Manganese Magnesium Calcium

-At least one of the elements: Cerium, lanthanum Yttrium Zirconium

Nickel Copper

Iron certificate of the USSR 22 C 37/10, 1976. certificate of the USSR 22 C 37 / S, 1977. certificate of the USSR 22 C 37 / S, 1976. certificate of the USSR 22 C 37 / S, 1976.

0.01-0.15 0.001-0.10 0.01-0.10 0.05-0.50 0.05-0.50 Else