Чугун
Иллюстрации
Реферат
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве корпусных деталей. Цель изобретения - повышение механических свойств. Новый чугун содержит, мас.%: C 3,1-3,6 SI 1,8-2,6 MN 0,6-1,1 AL 0,01-0,2 CU 0,05-0,8 CR 0,02-0,45 V 0,005-0,15 NI 0,05-0,3 N 0,008-0,045 TI 0,01-0,2 CO 0,008-0,06 один элемент из группы, содержащей CA, BA и SR 0,01-0,08 и FE остальное. Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна TI, CO, а также в виде группы BA или SR позволил повысить σ<SB POS="POST">в</SB> в 1,16-1,27 раза, HB в 1,13-1,31 раза, ударно-усталостную прочность в 1,21-1,34. 2 табл.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
С ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
1602880 А 1 (19) (и) ($I) С 22 С 37/! 0
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н A BT0PCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ. держание углерода в чугуне данного состава должно находиться в пределах
3,0-3,6Х. Если содержание углерода меньше З,OX то в структуре появляется структурно-свободный Пементит и это приводит к снижению прочностных свойств и повышению уровня остаточных напряжений, а если содержание углерода больше 3,6Х, то в микроструктуре чугуна наблюдается увеличение размеров и ухудшение формы графитовых включений, что также снижает прочностные и эксплуатационные свойства чугуна.
Кремний вводится в состав чугуна как модификатор и его оптималь ноее содержание должно находиться в пределах 1,8-2,6Х. При содержании
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО.ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (2) ) 4488765/31-02 (22) 26.07.88 (46) 30.10.90. Бюл. № 40 (71) Институт проблем литья АН УССР (72) В. Г. Горенко; Э.В.Захарченко, Л.И.Козленко, В.А.Соколов, Д.И.Крылов, М.М.Рябов, С.И.Молин, P.Ô.ÍîâèêîB, В.П.Захаров и В.Н.Амосов (53) 669. 15-196 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР № 785376, кл. С 22 С 37/10, ) 979 ..
Авторское свидетельство СССР № 876763, кл, С 22 С 37/10, 1979.
Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке соста-вов чугуна дпя отливок корпусных деталей °
Цель изобретения - повышение механических свойств.
Изобретение иллюстрируется примерами конкретного выполнения.
Выбор граничных пределов содержания компонент:.в в чугуне предлагаемого состава обусловлен следующим образом.
Ввод в состав чугуна углерода способствует снижению температуры его плавления и обеспечивает модифицирующее действие, приводящее к затвердеванию металла без структрносэободного цементита. Оптимальное со(54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано прн производстве корпусных деталей. Цель изобретения — повышение механических свойств. Новый чугун содержит. мас,Х:
С 3,1-3,6; Si ),8-2,6; Мп 0,6-1,);
А1 0,01-0,2, Си 0,05-0,8; Cr 0,020,45, V 0,005-0,)5; Ni 0,05-.0,3; N
0,008-0,045; Ti 0,01-0,2; Со 0,0080,06; один элемент из группы, содержащей Са, Ва и Sr 0,01-0,08; Fe остальное. Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна Ti Со, а также в виде группы Ва или Sr позволил повысить (7 в 1,)6-1,27 раза, НВ в 1,13-) 31 раза, ударно-усталостную прочность в ),2)-1,34. 2 табл.
1602880 кремния меньше 1,8% в чугуне появляется отбел и возможно появление трещин и утяжин. При увеличении со- держания кремния больше 2,67 графитовые включения имеют большие размеры, в металлической матрице появляется феррит, что приводит к образованию вокруг графитных включений ферритной оторочки и снижению прочностных свойств, особенно ударноусталостной прочности.
Марганец в чугуне способствует перлитиэации металлической матрицы.
Его оптимальное содержание находится
1в пределах 0,6-1,1 . Если содержание марганца меньше 0,67, то в микроструктуре чугуна появляется феррит и снижаются прочностные свойства, а если его содержание больше 1,17 то появляется структурно-свободный цементит и снижается ударно-усталостная прочность чугуна.
Алюминий вводится .в состав чугуна как сильный модификатор. Его действие как модификатора начинает проявляться при содержании 0,017 и больше.
При увеличении содержания алюминия больше 0,27. наблюдается появление пленок окиси алюминия, что приводит к снижению прочностных свойств.
Ввод в состав чугуна меди способствует -увеличению жидкотекучести металла и перлитизирует металлическую матрицу чугуна. Ее положительное 35 влияние на жидкотекучесть, микроструктуру и свойства чугуна проявляется при содержании меди в чугуне в количествах 0,057 и больше. При увеличении содержания меди больще 0,87 40 дальнейшее повышение жидкотекучести и свойств чугуна проходит значительно медленней.
Хром вводится в состав чугуна с целью перлитиэации микроструктуры и повышения дисперсности перлита. Положительное влияние хрома как перлитизатора начинает проявляться при его содержании в чугуне в количествах 0,027 и больше. При увеличении 50 содержания хрома больше 0,45% в микроструктуре чугуна появляется структурно-свободный цементит и снижаются прочностные свойства.
Ввод в состав чугуна титана в ко- 55 личествах 0,01-0,2% приводит к усилению действия модификаторов и уменьшению размеров, к улучшению формы графитовых включении. Положительное влияние титана на микроструктуту и свойства чугуна начинает проявляться при содержании титана в количествах
0,017 и больше. Увеличение содержания титана больше 0,27. не приводит к дальнейшему улучшению микроструктуры и повышению свойств чугуна.
Ваннадий вводится в состав чугуна как сильный перлитизатор, повьппаюший дисперсность перлита и соответственно увеличиваюший ударно-усталостную прочность чугуна. Оптимальное содержание ванадия в чугуне данного состава должно находиться в предепах 0,005-0,15%.
Положительное влияние ванадия на перлитизацию микроструктуры начинает проявляться при его содержании в чугуне в колич ествах О, 0057 и больше.
При увеличении содержания ванадия больше 0,157 в микроструктуре чугуна появляются структурно-свободный пементит, снижается ударно-усталостная прочность чугуна, повышается уровень остаточных напряжений и снижается геометрическая и размерная точность отливок.
Азот является сильным перлитизатором, способствуюшим значительному повышению прочностных свойств чугуна.
Заметное улучшение прочностных свойств чугуна наблюдается при содернии в нем 0,0087 азота и больше.
При содержании в чугуне больше .
0,0457 азота в отливках появляются газовые раковины, вызванные выделением азота в процессе эатвердевания чугуна, что приводит к браку отливок.
Ввод в состав чугуна никеля и кобальта способствует повышению прочностных свойств металлической матрицы микроструктуры .чугуна и уменьшенип влияния на них повышения скорости охлаждения, выравнивает прочностные свойства чугуна в тонких и толстых сечениях отливок, снижает уровень остаточных напряжений и повышает размерную и геометрическую точность отливок. Это объсняется положительным влиянием атомов никеля на повышение прочностных связей в решетке желеэоуглеродистых сплавов - и уменьшением влияния на процесс графитиэации этих сплавов скорости охлаждения. Оптимальное содержание никеля в чугуне данного состава должно находиться в пределах
0,05-0,35%. Повышение свойств чугуна
5 1602 начинает проявляться при содержании в металле никеля в количествах 0,05Х и больше. При увеличеьми содержания никеля больше 0,35Х его положительное влияние на повышение прочностных и эксплуатационных свойств чугуна проявляется слабее и становится экономически невыгодным °
Кобальт влияет на свойства чугуна )0 аналогично никелю . Так как он является сопутствующим никель элементом, era содержание в чугуне определяется содержанием никеля. Его положительное влияние на свойства чугуна начи- 15 нает проявляться при его вводе в чугун в количествах 0,008Х и больше.
При достижении в чугуне 0,06Х кобальта наблюдается максимальное повышение прочностных свойств чугуна и 20 при дальнейшем увеличении содержания кобальта наблюдается незначительный рост прочностных свойств чугуна.
Ввод в состав чугуна элементов из группы, содержащей кальций, барий и стронций, которые являются сильными модификаторами, способствует улучшению формы и уменьшению размеров графитовых включений. Совместно с никелем и кобальтом они способствуют полу- 30 чению оптимальной микроструктуры чугуна, обеспечивающей повьш ение прочностных свойств, особенно ударноусталостной прочности, снижение уровня остаточных напряжений и повышение геометрической и размерной точности корпусных деталей, Это объсняется тем, что при вводе в чугун никеля и кобаль— та и элемента иэ группы, содержащей кальций, барий и стронций, при их 40 соотношении 1:(0,15-0,20) способствует выравниванию микроструктуры и свойств чугуна в тонких и толстых сечениях при общем повышении его прочностных свойств. 45
Оптимальное содержание кальция, бария и стронция в чугуне должно находиться в пределах 0,01-0,08Х. Если содержание этих элементов меньше 50
0,01Х, то не наблюдается заметного их влияния на мик,.оструктуру и свойства
880 6 чугуна. Получаемый графит имеет форму длинных пластин и расположен в виде розеток, что снижает прочность свойства чугуна. При увеличении со-. держания этих элементов- больше 0,06Х, положительное их влияние на повышение свойств чугуна уменьшается и становится экономически невыгодным.
Железо составляет основу чугуна.
Исследование свойств чугуна-прототипа и чугуна предлагаемого состава проводили на опытных отливках.
Химический состав и свойства испытуемых чугунов приведен в табл.! и2.
Как следует из данных табл.2, дополнительный ввод в состав предлагаемого чугуна Ti, Со, а также в виде
Ва и Sr позволил говысить| предел прочности 6g в 1,16-1,27 раза; НВ в
1,13-1,31 раза, ударно-усталостную прочность в !,21-1,34.
Формул а и з обр ет ения
Чугун, содержащий углерод, кр емкий, марганец, алюминий, медь, хром, ванадий, никель, азот, один элемент из группы, содержащей кальций, и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения механических свойств он доголнительно содержит титан, кобальт, а группа дополнительно содержит барий и стронций при следующем соотношении компонентов, мас.Х:
Углер од 3,1-3,6
Кремний 1,8-2,6
Марганец 0,6-1,1
Алюминий 0,01-0,2
Медь 0,05-0,8
Хром 0,02-0,45
Ванадий 0,005-0,15
Никель 0,05-0, 3
Азот 0,003-0,045
Титан 0,01-0,2
Кобальт 0 008-0,06
Один элемент из группы, содержащей кальций, барий и стр онций
Железо
1602880
Т аблиц а 1
Содержание компонентов, мас.Ж, в составах чугуна
Компонент
Предлагаемый
Т I
Известный
1 2 3 4 5
3,38
1,74
0,38
0,42
0,024
0,17
0,09
0,010
0,46
0,02
0,03
0,08
Остальное
Остальное
Остальное
Таблица 2
Свойства
Чугун состава
89вест
Пр едлаг аеиый г j г з g a Предел прочности прн растяаенин,нпа
Молль упругости, !
О, НПа
26!-265 239-250 236-248 249-258 243-251
1360-!400 1270-1310 1 250-1290 1320-! 360 1 280-1320
202-212 ll30-1190
Ударно-усталостнаа прочность, MIla 99-103
140-1 48 128-135 ) 26-134 138-144 1 32-1 38
2470-2600 2230-2300 2!70-2200 2470-2520 2350-2400
Твердость, HIIa 1850-1870
Составитель Н. Косторной
Редактор M. Киштулинец Техред М,Дндык Корректор А.Осауленко
Тираж 487
Заказ 3361
Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101
Углерод
Кр емний
Марганец
Алюминий
Медь
Хром
Титан
Ванадий
Азот
Никель
Кобальт
Кальций
Барий
Стронций
Железо
3,12
2,60
1,08
0,16
0,05
0,08
0,06
0,14
О, 045
0,30
0,06
3,27
2,36
0,60
0,01
0,46
0,38
0,20
0,05
0,012
0,16
0,025
3,38
2,28
0,78
0,03
0,80
0,31
0,01
0,01
0,018
0,05
0,008
0,01
Остальное
3,42 3,60
2,09 1,93
1,10 0,91
0,20 0,07
0,13 0,64
0,02 0,27
0,11 0,08
0,15 0,005
0,041 0,23
0,21 0,2о
0,033 0,051
0,04
0,06
Осталь- Остальное ное