Сталь для отливок

Сталь для отливок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СТАЛЬ ДЛЯ ОТЛИВОК, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, титан, молибден , медь, алюминий, бор, азот и железо , отличающаяся тем. что, с целью повышения ударной вязкости и усталостной прочности, снижения порога хладноломкости и чувствительности к концентраторам напряжений , она дополнительно содержит барий при следующем соотношении компонентов , мас.%:. Углерод 0,05 - 0,2 Кремний 0,3 - 0,6 Марганец 0,8 - 1,8 0,3 Хром 0,05 1,3 Никель 0,5 0,01 - 0,1 Ванадий 0,005-0,03 Титан 0,01 - 0,12 Молибден 0,03 - 0,3 Медь 0,01 - 0,06 Алюминий (Л 0,002- 0,005 Бор с: 0,004- 0,018 Азот 0,001-0,008 Барий Остальное Железо 1, о т л и ч а2 . Сталь по п. тем, что величина отною щ а я с я шения концентрации ванадия и титана ел к концентрации бария находится в . пределах . 4 00 О) 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИМ ЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(сц С 22 С 38/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (21) 3684496/22-02 (22) 04. 01. 84 (46) 07. 05. 85. Бюл. В 1 7 (72) В. Г. Сорокин, В. Н. Захаров, М.А. Гервасьев, 1.Н. Кускова, Л.А. Троп, Г.Н. Плотников, В.Т. Желтьш)ев, Л.Ф. Тарасов, Т.А, Мамонтова и Б.А. Никулин (71) Научно-исследовательский институт тяжелого машиностроения Производственного объединения "Уралмаш" и Центральный научно-исследовательский институт материалов и технологии тяжелого и транспортного машиностроения (53) 669. 15-018. 2 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 765394, кл. С 22 С 38/59, 1978.

2. Патент Великобритании

Ф 1083466, кл. С 7 А, опублик. 1967. (54) (57) 1. СТАЛЬ ДЛЯ ОТЛИВОК, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, титан, молибден, медь, алюминий, бор, азот и железо, отличающаяся тем, „„Я0„„1154368 А что, с целью повышения ударной вязкости и усталостной прочности, снижения порога хладколомкости и чувствительности к концентраторам напряжений, она дополнительно содержит барий при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Углерод 0,05 - 0,2

Кремний 0,3 — 0,6

Марганец 0,8 — 1,8

Хром 0,05 — О, 3

Никель 0,5 — 1,5

Ванадий 0,01 — 0,1

Титан 0,005 — 0,03

Молибден 0,01 — О, 12

Медь 0,03 — 0,3

Алюминий 0 01 — 0,06 . Бор 0,002- 0,005 .Азот 0,004- 0,018

Барий 0,001-0,008

Железо Остальное

2. Сталь по п. 1, о т л и ч аю щ а я. с я тем, что величина отношения концентрации ванадия и титана к концентрации бария находится в . пределах 10-60.

1154368 — 0,3

-" 2,5

- 0,6

1,0

1,0

1,0

0,20 — 0,3

0,12

0,20

Цель изобретения — повышение ударной вязкости и усталостной прочности, снижение порога хладколом-кости и чувствительности к концентра. торам напряжений.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составам низколегированных сталей, предназначенных для литых деталей машин, эксплуатируемых в климатических условиях районов Крайнего Севера и. Сибири.

Известна малоуглеродистая стальf1) состава, мас.7:

Углерод 0,05 — 0,10

Кремний 0,15 — 0,35

Марганец

Никель 0,8 — 1,2

Хром 0,2 — 0,6

Азот 0,002 — 0,030

РЗМ 0,005 — 0,030

Цирконий 0,001 — 0,040

Алюминий 0 01 — .0,06

Молибден 0,01 — 0,3

Ванадий 0,02 — 0,20

Титан 0,005 — О, 10

Кальций 0,001 - 0,080 .

Медь 0,2, — 0,5

Железо Остальное

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемым свойствам является сталь j2j для отливок состава, мас.7.:

Углерод 0,08

Марганец 0,50

Кремний 0,02

Хром D,01

Никель 0,1

Молибден 0,05

Ниобий

Ванадий 0,005

Титан

Цирконий

Алюминий остаточH bIH 0,15

Азот 0,045

Нитрид алюминия 0,03 — 0,12

Бор 0,0005- 0,01

Медь 0,05 — 1,0

Железо Остальное

Известные стали по механическим и служебным свойствам удовлетворяют требованиям, предъявляемым к сталям для литых деталей машин. Однако в экстремальных условиях эксплуатации сталь имеет недостаточный уровень сопротивления хрупкому и вязкому разрушениям усталости.

Указанная цель достигается тем, что сталь для отливок, содержащая угле род, марганец, кремний, хром, никель, ванадий, титан, молибден, 5 медь, алюминий, бор, азот и железо, дополнительно содержит барий, при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:

Углерод 0,05 - 0,20

Хром 0 05 — 0,3

Кремний 0,2 — 0,6

Иаргайец 08 -1,8

Никель 0,5 — 1,5

Ванадий 0,1 - 0,10

Титан 0,005 — 0,03

Молибден 0,0il — 0,12

Медь 0,03 — 0,30

Алюминий 0,01 - 0,06

Вор 0,002 - 0,005

Азот Оэ004 0 018

Барий 0,001 — 0,008

Железо Остальное

Кроме того, величина отношения концентрации ванадия и титана к кон25 центрацни бария находится в пределах

10-60.

Введение в сталь бария в указан,ных пределах (9,001-0,008Ж) предот1 вращает образование вредного сульфида титана, в большей степени обеспечивает глобуляризацию и удаление (эа счет интенсивного барботажа) неметаллических включений, так как увеличение развеса слитков увеличи10

20 вает образование более мелких глобулей, ведет к замене остроугольных сульфидов на более мелкие, распоЛагающиеся в теле зерна, что приводит

40 к повышению работы зарождения трещины.

После присадки бария содержание кислорода и водорода в стали снижается примерно в 1,5 раза, содержание же азота практически не меняется.

Адсорбируясь на межкристаллитных границах, барий устраняет возможность образования на них охрупчивающих фаэ, способствуя возрастанию

50 количества и дисперсности упрочняющих составляющих в объеме кристаллитов.

При адсорбировании бария на границах высокоуглеродистых карбонитридов, образующихся при распаде твердого

55 раствора.в толще кристаллов, возникает тонкий адсорбционный слой бария, который оказывает ".барьерное" действие на дальнейший рост частиц вто55 вает загрязненность стали, обуславлиаустенитизация в течение 2 ч при

930 С, закалка от этой температуры в воду с последующим отпуском при

600 С в течение 2 ч.

Механический свойства при растяжении определяют на машине ЦД-10 на образцах ф 5 мм пятикратной длины.

Ударную вязкость (KCV) — на образцах с надрезом (тип I) и образцах с усталостной трещиной (КСТ) размером

10х11х55 с глубиной надреза 1,5 мм и глубиной трещины 1,5 мм.

Чувствительность стали к концентраторам напряжений оценивают по велиKCV — КСТ

КСЧ

Прочность и пластичность на растяжение определяют на машине ИИ-4Р с постоянной скоростью деформации (0,013 мм/с) в холодильной камере.

При испытании на растяжение используют образцы ф 5 мм десятикратной длины.

Предел усталости определяют при чистом изгибе с вращением на образцах диаметром 17 мм. Испытания про7 водят на машине МУИ-6000 на базе 10 циклов нагружения.

Результаты механических испытаний стали приведены в табл. 2 и 3.

Иэ приведенных данных видно, что предложенная сталь имеет более высокие показатели ударной вязкости, предела усталости, обладает пониженными склонностью к хрупким разрушениям и чувствительностью к концентраторам напряжений по сравнению с известной сталью.

Использование предложенной стали за счет повышения ее надежности, механических и динамических характеристик по сравнению со сталью

20ХГСФЛ для деталей ковша шагающих экскаваторов позволит увеличить срок службы литых деталей с 2,3 до 4 лет.

3 1154368 рой фазы и тем самым повышает степень дисперсности образующихся карбонитридов ванадия и титана.

Значительно снижая в стали содер— жанне кислорода, серы и водорода, барий предотвращает связывание бора в.устойчивые соединения, которые охрупчивают сталь. Таким образом, весь введенный бор находится в твердом растворе, существенно повышая 10 прокаливаемость.стали, что делает возможным снижение верхних пределов содержания углерода, марганца, молибдена и крома без ущерба для прокаливаемости. 15

Содержание бария ниже нижнего предела (0,001X) малоэффективно, так как недостаточно для возникновения

"конкуренции" легирующих элементов, а содержание бария выше верхнего 20 (0,008X) может привести к загрязнению матрицы оксидами и сульфидами, что снижает хладостойкость стали.

Предложенное соотношение содержания титана и ванадия к барию (10 - 25

60) является оптимальным, так как дальнейшее увеличение величины отношения приводит к понижению вязких характеристик, а понижение величины отношения — к загрязнению матрицы. щ

Стали выплавляют в 400-килограммовой индукционной печи с основной футеровкой. Легирующие элементы вводятся в печь в виде ферросплавов.

Окончательное раскисленнеметалла про З5 изводят в ковше алюминием из расчета

0,8 - 1,0 кг/т. Алюмобарий в жестяных конвертах вводят на штанге в ковш прн заполнении его металлом на одну треть. 40

Химический состав исследуемых сталей приведен в табл.

Металл разливают пофракционно на трефовидные пробы весом 18 кг. Трефовидные пробы разрезают, подвергают 45 термической обработке по режиму:

1154368

Таблица 1

Si

Сталь

Мо

Ва

Предлагаемая 0,105 1,50 0,30 . 0,20 О, 10

1,15 0,06 0,004

0,80 0,20

0,05 0,01

0,50 0,01 0,001

0,50 0,10 0,008

0,05

1,80 0,60 0,30 0,.12

0,20

1,15 0,09 0 002

0,20 О,МО

"0,105 1,50 0,30

0,105 1 50 0,30 0,20 0,10

1,15 0,10 0,002

1, 15 0,05 0,006

1, 15 О 05 0006

0,105 1,50 0,30 0,20

0,10

0,.2О 0,10

0,105 1 50 0,30

ИзвестО 08 0 50 О 02 0 10 О 05 О 1О О 005 ная

0,3 2,5 0,6 1,О 1уО 1,0 0,3

Продолжение табл.1

Величина

Al Cu

Zv N

В Fe.

Сталь отношения

V+Ti

Ва

Предлага- емый 0,015 ос0,012 ное

0,01 0,03 0,002 -"0,005

16

0,03

0,03

0 03

0,01

0,008

Оэ02 Оэ04 Оэ01 Оэ01 0105 0 ° 05 Оэ0005

ИзвестНЫЙ

012 018 0045 0 18 012 1 О 101

0,004

0,018

0,012

0,012

0,012

0,012

0,03 0,15 0,004 таль- 19

0,06 0 30 0 005

0,03 0,15 0,004

О 03 0 15 0004

0,03 0 15 0,004

0,03 0,15 0,004

1154368

Состав Предел текучести,.

С,, ИПа предлагаемый

1 503 650

2. 468 570

Таблица

ОтносительПорог хладноломкости, о

ОтносительПредел ное сужение,, мое удлинение 8

7. прочности, беИПа

-60

63,1

29,0

60,5

26,1

-65

64,1

690

32,2

546

62,3

27,0

530

-45

56,0

674

540

25,1

30,0

-55

65,4

640

468

2797

6f,0

-50

637

324

Известный

-25

28,6

58,7

652

-10

27,2

60,1

Продолжение табл.2

Предел

1усталости, -Ф

Э

Мйа

Нрелагаемый

2,09

2,49

375

2,58 !

2,69

2,06

1,20

380

2,41

1,48

356

1,33

2,28

385

2,10

370

2,12

2,54

1,60

f,8f

- 1,28

2,36

370

Мзвеетиый 1,98

220

6,52

350

:Состав Удариая звзаость, KCV МДз/м, арв Ф. С

Ф

+20 -20 .»40

1154368

Таблица 3

1.

L» .Х

«В»

Состав

Предел текучести, ИПа, при температуре испытаний, С о

Предел прочности, ИПа, при температуре испытаний, С

-40 -60

-20 -80. -20 -40 -60 -80

649 658 666 670 498 531 544 559

609 617 640 644 489 508 530 544

670 683 690 694 529 556 579 590

658 669 678 681 519 542 552 570

666 673 680 692 520 545 555 574

634 641 654 661 490 523 532 550

630 639 650 658,487 520 528 545 ю

565 589 501 612 344 359 372 382

667 680 689 697 530 542 550 563

Продолнение табл.3

T I

Состав Ударнан вязкость, КСТ, при температуре испытаний, С о

«» « «

-20 -40 -80

-20 -40 -60 . " -80

О, 44

1,93 1,59 1,10 0,85 0,11 0,24

О, 50 . 0,17. 0,21

0,58

1,84 1,63

1,39

6,31 0,33

1 67 1 24 1,10 6,81

0,46

1,00 0,70 . 0,13

1,79 1,39

1,52 1,20 0,83 0,40

0,26

0,66

0,22

0,25 6,Ю

0,16

Оэ 99

0,55

0,38 0,57

0,32 0,46

0,69 0,55 0,48

0,66

0,88 0,18

ВНИИПИ З цкаэ 2638/26 Тщици 583 ИЬдписяое

Фипиаа ППВ "Бамат", вУагород, уа.йроевтиая, 4

Предлагаемый

6

Известный

Предагаемый

7

КзвестныЦ

I ) ) 2,04 1,65 1,14

1,77 1,35 0,88

РЯ - КСТ

К при н KCV о температуре испытаний, С