Чугун

Чугун

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к металулургии и может быть использовано при производстве отливок, работающих в условиях трения и ударно-циклических нагрузок. Целью изобретения - повышение ударно-усталостной долговечности при сохранении уровня износостойкости . Новый чугун содержит, мас.%: С 3,2-4,5; Si 2-2,8; Мп 0,1- 0,4; Сг 0,6-1,2; Си 0,8-1,4; Мо 0,6- 1,0; V 0,2-0,6; Р 0,2-0,6; N 0,01- 0,02; БЪ 0,02-0,04; МЪ 0,4-0,8; РЗК 0,005-0,01 и Fe остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна Sb, Nb и РЗК обеспечил по сравнению с известным составом повьшение ударно-усталостной долговечности в 1,36- 1,56 раза при сохранении уровня износостойкости чугуна. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„14548ТЗ А1 д11 4 "С 22 С 37/00

; .1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Изобретение относится к металлургии, н частности к разработке составон чугуна для отливок, работающих в условиях трения и ударно-циклических нагрузок. 5

Цель изобретения — повышение ударно-усталостной долговечности (УУД) при сохранении уровня износостойкости.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4281075/31-0? (22) 13.07,87 (46) 30.01.89, Бюл. ¹ 4 (71) Белорусский политехнический институт (72) В.М.Михайловский, М.М.Бондарев, И М.Громыко и В.H.Рыбаков (53) 669.15-196(088.8) (56) Патент @ранции № 136?57?, кл. С ?2 С 37/00, 197?.

Авторское свидетельство СССР № 836186, кл, С ?2 С 37/10, 1981. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металулургии и может быть использовано при производстве отливок, работающих

Выбор граничных пределон содержания компонентов, входящих н состав предложенного чугуна, обусловлен следующими соображениями.

Углерод и кремний: нижние пределы (3,2 и ?,0 мас.Х соответственно) выбраны исходя из технологичности сплава и обеспечения его достаточной жидкотекучести. Верхние пределы (4,5 и

2,8 мас.Х соответственно) выбраны исходя из необходимости обеспечения. в условиях трения и ударно-циклических нагрузок. Целью изобретения повышение ударно-усталостной долговечности при сохранении уровня износостойкости. Новый чугун содержит, мас.Х: С 3,? 4 5; $1 2-2,8; Мп 0,10,4; Cr 0,6-1,2; Си 0,8-1,4; Мо 0,61,0; У О,?-0,6; P О,?-0,6; N 0,010,0?; БЬ 0,0?-0,04; ИЬ 0,4-0,8;

P8N 0,005-0,01 и Fe остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна

БЬ, Nb и РЗМ обеспечил по сравнению с известным составом повышение ударно-усталостной долговечности в 1,361,56 раза при сохранении уровня износостойкости чугуна. ? табл.! требуемой стойкости и износостойкости ф чугуна.

Ьи

Марганец — карбидостабилизирующий ф элемент, упрочняищий сплав. При этом у он не образует собственные карбиды, в связи с чем содержание марганца © ограничено в пределах 0,1-0,4 мас.X.

Превышение содержания марганца выше верхнего предела не приводит к существенному упрочнению сплава.

Наличие хрома н составе чугуна в

J пределах 0,6-1,2 мас.Х обеспечивает кристаллизации сплава по метаста- :В бильной диаграмме с образованием ледебуритной эвтектики. Хром относится к сильным карбидообраэующим элементам, существенно повышающим твердость и износостойкость чугунов.

Нижний предел содержания хрома (0,6 мас.Х) обусловлен отсутствием

- 1454873

15

35

45

50 эффекта повышения твердости, верхний (1,2 мас.Х) ограничен снижением жидкотекучести и увеличением склонности чугуна к пленообразованию.

Медь в составе чугуна вызывает эффект дисперсионного твердения, что способствует измельчению перлитноцементитной эвтектики. Нижний предел содержания меди (0,8 мас.Х7- минимальная концентрация, вызывающая эффект дисперсионного твердения.

Верхнее содержание меди в чугуне (1,4 мас.Х) ограничено стабилизацией дисперсионного твердения и незначительным повышением УУД сплава.

Молибден и ванадий — упрочняющие элементы, действие которых связано с измельчением графитных включений, стабилизацией перлитной составляющей структуры за счет увеличения дисперс ности и микротвердости перлита. Содержание молибдена и ванадия ниже нижнего предела ((0,6 мас.Х и

1092 мас.Х) приводит к резкому снижению прочностных характеристик, а содержание их выше верхнего предела (> 1,0 мас.Х и > 0,6 мас.Х) эконо- мически нецелесообразно.

Сурьма стабилизирует перлитную составляющую структуры чугуна, способствует также переохлаждению расплава, изменяет форму и размеры графитных включений. Общее число включе ний графита с добавкой сурьмы увеличивается, что благоприятно сказывает

cR на повышении износостойкости чугуна. Верхний предел содержания сурьмы (0,04 мас.Х) ограничен малым приростом перлитизирующего эффекта, нижний (0,02 мас.%) обусловлен дости жением требуемой прочности.

@осфор существенно повьш ает RHp, котекучесть высокоуглеродистых сплавов и усредняет число графитных включений. Общее число включений графига становится меньше, но располагаются они в металлической основе чугуна более равномерно, Кроме того, в присутствии сурьмы и азота фосфор в чугуне образует сложную азотсодержащую фосфидно-сурьмянистую эвтектику, обладающую большей твердостью (Н 9 = 735 кг/мм )9 по сравнению с обычной фосфидной (Н1 - 580 кг/мм ) 9 которая, располагаясь по границам зерен в виде

I разорванной сетки и обладая большей температурой плавления (= 1100 С), способствует повышению износостойкости чугуна. Обычная (Fe — Fe>P) эвтектика, располагаясь сплошной сеткой по границам зерен имеет невысо9 о кую температуру плавления (Т „„= 950 С).

При длительной работе чугун нагревается до температур, близким к температуре плавления эвтектики, происходит подплавление эвтектики по границам зерен и затем резкое повышение темпа износа, материал разрушается.

Верхний предел содержания фосфора (0,6 мас.Х) ограничен достижением максимума твердости сплава, нижний предел (0,2 мас.Х) обусловлен снижением жидкотекучести чугуна °

Дополнительный ввод в состав износостойкого чугуна ниобия способствует измельчению структуры металлической ocH08bl за счет образования мелкодисперсных карбидов ниобия, равномерно расположенных по сечению отливки, предотвращая микроликвационную неоднородность сплава. При этом существенно повыиается УУД чуг тна.

Нижний предел содержания ниобия в чугуне (0,4 мас.Х) установлен необходимым количеством карбидов ниобия для уменьиения микроликвационной неоднородности. Верхний предел (0,8 мас.Х) ниобия не вызывает существенного увеличения дисперсности карбидов и повышения УУД.

РЗМ введенные в состав чугуна, относятся к сильным рафинирующим элементам, связывают О g и 8 (примеси чугуна) в неметаллические включения и изменяют топографию их расположения, вытесняя с границ зерен и переводя последние непосредственно внутрь зерна. При этом значительно повышаются силы молекулярно-механического сцепления. УУД повышается вследствие удаления неметаллических включений с границ зерен, препятствующих движению дислокаций. Нижний предел содержания РЗМ (0,005 мас.Х) — минимальная концентрация, при которой осуществляется его положительное влияние.

Верхний предел (0,01 мас.Х) установлен исходя из принципа экономичности.

Выше верхнего предела эффект прироста УУД и износостойкости незначительный.

Пример. Плавку исходного расплава чугуна осуществляли в индук1454873

Табличка 1

Химический состав, нас.Х

Пределы содерлания

Сплав

С Si Ип Сг Ы Cu Mo

Известный

Средний

Осталь3 8 2 3 0>75 О 9 0 6 1 15 О 6 0 4 О 5 О 05 иое

Предлагаемый

0>8 06 02 02 001 002 04 0005 Остальное

3,2 2,0 0,1 0,6

Ниниий

1,1 0,8 0,4 0,4 0,015 0,03 0,6 00075 Остальное

3,8 2,4 0,25 0>9

Средний

4,5 2,8 0 4 1>2

1,4 1,0 0,6 0,6 0,02 0,04 0,8 0,0! Осталь" ное

Верхний

Как видно из полученных результатов испытаний, чугун предложенного состава отличается более высокой УУД

40 (в 1,36 — 1,56 раза) при сохранении достаточно высокого уровня иэносостойкости.

Таблица 2

Свойства Пределы содер. жания

Чугун

1Износ, ! г ! !, УУД 1

102 циклов

1 до раз ру1>1ения

Чугун, содержащий угле 1од> кремний, марганец, хром, медь, молибден, ванадий, фосфор, азот и железо, отличающийся тем, что, с целью повы1>1ения ударно-усталостной долговечности при сохранении уровня износостойкости, он дополнительно содержит сурьму, ниобий и редкоземельные элементы при следую55 щем соотнонении компонентов, мас.Х:

Углерод 3,2 — 4,5

Кремний 2,0- 2,8

Марганец 0,1 - 0,4

Хром 0,6 — 1,2

Извест- Средний ний

110 „ 1,8

150 1,4

Предла- Нижний гаемый

Средний

166

1,0

Верхний 172 ционной тигельной печи емкостью 50 кг с кислой футеровкой тигля, После перегрева расплава до 1450 С осуществляется доводка химического состава по основным и легирующим элементам.

B K8 e TI3e ePPI3011I18I3oII HcIIoIIb8îâàли: аэотированный феррохром ФХ 400Н (Cr 68%, N 5Х), ферромарганец ФМп

0,5 (85Х Mn), ферромолибден ФМ2 10 (No 55Х), феррониобий ФН-3 (1>1Ъ 55,6%), феррованадий Rgl (V 40Х), катодную медь МЧ, кристаллическую сурьму Су2, цериевый мир1металл МЦ-40 (Се 36%).

Усвоение элементов из ферросплавов, Х: Cr 65-75; N 65-75; Мп 85-90;

V 70; Мо 80; Nb 85. Усвоение Си 90Х, Sb 90Х, РЗМ 60-70%.

Для сравнительных испытаний известного и предложенного чугунов 20 на УУД использовали специальную установку, реализующую односторонний изгиб ударного образца без надреза сосредоточенным ударом в центре с частотой 400 ударов в минуту. Образцы для испытаний на ударную усталость имели размеры 10х10х55 мм.

Испытания проводили при постоянной нагрузке 0,3 кг ° За критерий УУД принимали количество циклов нагружения до разрунения образца.

Износостойкость оценивали весовым методом. Образец диаметром 10 мм перемещали по поверхности абразивного материала. Дисперсность корунда, который служил в качестве абразивного материала, составляла ?50-320 мкм.

Нагрузка на образец 1,5 кг. Путь образца по поверхности составлял

50 м. Скорость движения 0,8 м/с.

В таблице 1 приведены химические составы предлагаемого и известного ч3>гунов, в таблице 2 — результаты испытаний, Формула изобретения

1 454873

Составитель Н. Косторной

Техред M,Äèäûê Корректор И. Муска

Подписное краж 576

,ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Медь

Молибден

Ванадий

Фосфор

Азот

Редактор М. Циткина

Заказ 7413/31

0,8 - 1,4

0,6 - 1 0

0,2 - 0,6

0,2 - 0,6

0,01 — 0,02

Сурьма 0,02 — 0,04

Ниобий 0,4 — О,Я

Редкоземельные элементы 0005-001

Железо Остальное