Ковкий перлитный чугун

Ковкий перлитный чугун

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

КОВКИЙ ПЕРЛИТНЫЙ ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, медь и железо, отличающий с я тем, что, с целью повьш1ения механических свойств чугуна и стабилизации модуля упругости при 300°С, он дополнительно содержит никель при следующем соотношении компонентов, мае.%: Углерод2,4-3,2 Кремний1,00-1,75 Марганец1,3-2,0 Медь0,7-1,3 Никель 0,3-1,0 ЖелезоОстальное при этом содержание кремния, меди и никеля должно соответствовать величине кремниевого эквивалента Si %Si + 0,3(%Cu + %Ni), равной 1,6 - 2,35 (Л

1 (19) (11) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХ

РЕСПУБЛИН

4(51) С 22 С 37/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3530501/22-02 (22) 28. 12. 82 (46) 30.01.85. Бюл. У 4 (72) В.П.Корсун, В.В.Пиминов, Е.М.Паршина, В.Г.Иванов, И.Н.Ненашев и Н.В.Федоров (53) 669.15-196 (088.8) (56) 1.Герек А., Байка Л. Легированный чугун — конструкционный материал.

М., "Металлургия", 1978.

2.Отливки иэ легированного чугуна.

ОСТ !.90077-72. (54)(57) КОВКИЙ ПЕРЛИТННЙ ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, медь.и железо, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения механических свойств чугуна и стабилизации модуля упругости при 300 С, он дополнительно содержит никель при следующем соотношении компонентов, мас.Х:

Углерод 2,4-3,2

Кремний 1,00-1, 75

Марганец 1,3-2,0

Медь О, 7-1,3

Никель 0,3-1,0

Железо Остальное при этом содержание кремния, меди и никеля должно соответствовать величине кремниевого эквивалента

Si> = %Si + 0,3(XCu + XNi), равной 1,6 — 2,35, »3V»0

Технология получения ковкого чугу30 на с медью приведенного состава не изменяется и подобна технологии получения ковкого нелегированного чугуна с продолжительностью отжига 8-10 ч.

Применение меди в чугунах с повышенным содержанием кремния (для сокращения продолжительности отжига) не устраняет полностью тенденцию к ферритизации чугуна при отжиге исходного белого на ковкий. Чугун получа40 ется с низким модулем упругости

13000-14000 кгс/мм и весьма нестабильной характеристикой упругости при повышенной тепловой нагрузке до

4000С.

Цель изобретения — повышение мех нических свойств чугуна и стабилиа о зация модуля упругости при 300 С.

Поставленная цель достигается тем, что ковкий перлитный чугун, со- >0 держащий углерод, кремний, марганец, медь и железо, дополнительно содержит никель при следующем соотношении компонентов, мас.Х:

Углерод

Кремний

Марганец

Медь

Изобретение относится к литейному производству тонкостенных чугунных заготовок с повьппенными механическими свойствами и может быть использовано при получении отливок методами литья в формы с интенсивной тепловой активностью и принудительной заливкой расплава на центробежных установках, литьем под давлением, вакуумным всасыванием. 10

Известно использование легирования медью исходного чугуна с целью получения ковкого чугуна с повьппенными механическими и коррозионныи свойствами, а также уменьшенной спо- 15 собностью к охрупчиванию f1) .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигае-, мому результату является чугун (2), содержащий, мас.%:

Углерод 2,3-3,0

Кремний 0,5-1, 1

Марганец 0,6 -1, 2

Хром (О, 15

Медь 1,0-1,5 25

Фосфор =.О, 2

Сера . c0,08

Железо Остальное

Никель 0,3-1,0

Железо Остальное при этом содержание кремния, меди и никеля должно соответствовать величине кремниевого эквивалента

Si = XSi + 0,3 (Cu + Ni), равной 1,б — 2,35.

Содержание ингредиентов в указанных пределах определяется получением отливок с перлитной микроструктурой при оптимальном режиме их термической обработки.

Выбор .ингредиентов и их содержание устанавливают по их влиянию на структурообразование в отливке при кристаллизации и термообработке.

Комплексное влияние ингредиентов должно предотвратить развитие процесса образования пластинчатого графита при затвердевании отливок и обеспечить при их термообработке полную графитизацию первичных включений цементита с образованием равномерно распределенных включений графита отжига среднего размера и наиболее компактной формы, близкой к глобулярной, и перлита при последующем охлаждении отливок.

Содержание углерода определено по результатам его влияния на распределение, количество и форму включений графита, влияющих на механические свойства чугуна: при содержании углерода ниже 2,4 и сравнительно высоком кремниевом эквиваленте после термообработки выделяются мелкие включения графита сетчатой формы; при содержании углерода более 3,2 включения графита значительно укрупняются и принимают форму разветвленных хлопьев.

Выделение графита анормальной формы приводит к снижению значений модуля упругости и предела прочности чугуна.

Пределы содержания кремния оптимизируют продолжительность отжига белого чугуна, способствуют полной графитизации первичного цементита: при содержании кремния меньше 1,0% продолжительность графитизации первичного цементита увеличивается 2-3 раза и достигает 12-15 ч (вместо 5 ч), что затрудняет получение чугуна с плотной пврлитной структурой и способствует его ферритизации; при содержании кремния более 1,75% уже при кратковременном отжиге (5 ч) происхо3 11371 дит ферритизация чугуна и ньц1еление крупного графита в виде разветвленных хлопьев.

С ферритизацией чугуна увеличивается его пластичность при одновременном снижении значений пр пела прочности, модуля упругости и увеличении потери упругости при 300 C. о

Повышенное содержание марганца по сравнению с прототипом позволяет ста-10 билизировать технологию получения чугуна с перлитной микроструктурой: при содержании марганца меньше 1,3% при наибольшем содержании кремния образуется ферритный чугун с занижен- 15 ными механическими свойствами; при содержании марганца больше 2,07, и минимальном содержании кремния про— должительность термообработки белого чугуна на перлитный увеличивается до

25 ч.

При термообработке по указанному режиму первичные вкпючения цементита полностью не графитизируются и процент их содержания остается высоким

30-407. При наличии свободноструктурного цементита в большом количестве резко снижаются механические свойства чугуна.

Растворимость меди в твердом раст-з

-воре железа ограничена (0,8/) и до— полнительное легирование сплава никелем увеличивает положительное суммарное воздействие его с медью.

При повышенном содержании кремния

35 и изменившемся отношении содержания серы и марганца дополнительное леги— рование чугуна никелем способствует получению компактных и округлых форм графита при равномерном их распреде40 лении, благоприятному воздействию на графитизацию в высокотемпературной области и перлитизацию в низкотемпературной.

В соответствии с вводимыми значе45 ниями кремниевого экивалента комплексное влияние никеля и меди компенсирует однонаправленное влияние кремния, при довольно широком интервале его содержания, на структуро50 образование в чугуне в процессе отжига.

При суммарном содержании никеля .и меди меньше 1,07 при минимальном содержании кремния и максимальном

10 марганца графитизация первичного цементита (при указанном режиме термообрабоки) не завершается пол— ностью и в структре остается до 307. цементита — механические свойства принимают заниженные значения.

Повышенное суммарное содержание никеля и меди (более 2,37) при максимальном содержании кремния и минимальном марганца приводит к образованию легированной ферритной матрицы с заниженным модулем упругости..

П р е р. Из чугуна известного и предложенного составов (табл. 1) отливались тонкостенные маслоты (4 мм) на центробежных установках в металлические водоохлаждаемые изложницы.

Термообработку для маслот из чугуна предлагаемого состава осуществляли по единичному режиму: выдержка при

920 С 5 ч и отпуск при 650 С 2 ч.

Для изделий из чугуна известного состава термообработку осуществляли о по режиму: выдержка при 920 С 12 ч и отпуск при 650 С 2 ч. о.

Результаты испытаний представлены в табл. 2.

Из приведенных данных следует,что предлагаемый состав чугуна обеспечивает получение перлитной микроструктуры заготовок с требуемым комплексом мехнических свойств (табл. 2) при термообработке их по принятому о режиму — нормализация с 920-950 С после выдержки 5 ч и последукнций отпуск при 650 С в течение 2 ч. о

Пределы содержания каждого ингредиента обеспечивают повышение механических свойств чугуна и стабилизацию модуля упругости при 300 С в произо водственных условиях при неизбежных отклонениях технологических параметров литья и термообработки, химического состава применяемых исходных шихтовых материалов.

Внедрение койкого перлитного чугуна взамен легированного с пластинчатым графитом позволяет ликвидировать поломку (лом) поршневых колец и получить экономический эффект только за счет ликвидации лома колец в процессе их изготовления и эксплуатации

116 тыс. рублей.

1137110

Таблица 1

Химический состав чугунов

Чугуны г з

2,4

3,2

2,8

2,8

1,0

1,75

0,7

2,0

1,65

0,9

1,0

1,3

0,7

0,12

0,12

0,12

0,18

Сера

0,18

0,08

0,2

Хром

0,2

0,15

Si>

1,69

I 91

1,09

Т 1 ° Микроструктура после нормализации с 920 С

О (! 5 ч) и отпуска при и

6500 (С 2 ч) Перлит

Перлит

Перлнт и цементита 151

Т2. Микроструктура о после нормализации с 920 С (7 12 ч) и отпуска при

á50оQ (=2 ч) Зернистый перлит и феррита

15-25Х

Таблица 2

Механические свойства чугунов

Чугуны

Свойства

2 3 4 (Т1/Т2).

Предел прочности при растяжении, 6 8, кгс /мм2

43/38

55

43

36/27 предел текучести, б,,кгс/мм

50

Удлинение, О Ж

Модуль упругости Е, кгс/мм

1,5

18000 17000 б

Потеря упругости при 300 С, Х

Твердость НВ, кгс/мм

4,0 б/8

240 285/220

4,0

220

265

Содержание элементов и термообработка

Углерод

Кремний

Марганец

Медь

Никель

Фосфор

Тонкодис». персный перлит и отдельные включения цементита

4 1, О/б

17000 17000/14000