Высокопрочный чугун

Высокопрочный чугун

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве прокатных валков и деталей технологической оснастки. Цель изобретения - повышение механических и технологических свойств. Чугун содержит, мас.%: С 2,2-2,8; Si 1,2-1,8; Мп 0,35-1,1; Сг 0,10- 0,60; Ni 2,15-3,5; Си 0,7-1,5; Мо 0,51-1,3; Mg 0,02-0,09; Се 0,02-0,07; карбонитриды стронция или бария 0,02- 0,20; ванадий 1,03-3,18; окись циркония 0,002-0,08; висмут 0,002-0,01; Fe остальное. Дополнительный ввод в состав предлагаемого чугуна карбонитридов стронция или бария, ванадия, окиси циркония и висмута позволит повысить механические свойства в 1,28-1,58 раза и технологические свойства в 1,36-6,0 раза. 2 табл. с « (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (g1)g С 22 С 37/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPGHO5Nf СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ 1 ННТ СССР (21) 4681264/02 (22) .20. 04 .89 (46) 07.04.91. Бюп. N - 13 (71) Всесоюзный заочный политехнический институт (72) Б.К. Святкин, О.Н. Руднев, M.È. Карпенко, A.Н. Слюсарь, С.M. Бадюкова и Н.С ° Косаченко (53) 669. 1 5-19 6 (088. 8) (56) Патент Японии N - 51-6607, кл. С 22 С 37/10, 1976.

Авторское свидетельство СССР

N 926058, кл. С 22 С 37/10, 1980 ° (54) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве прокатных валков и детаИзобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для прокатных валков и сменных деталей технологической оснастки.

Цель изобретения — повышение механических и технологических свойств.

Карбонитриды бария или стронция в высокапрочном чугуне повышают термостойкость и стабильность структуры при повышенных температурах, фрикционную стойкость, износостойкость и эксплуатационную стойкость. При концентрации карбонитридов бария или стронция до 0,02 мас.Ж фрикцнонная стойкость высокопрочного чугуна в отливках при 600-800 С недостаточная, а при повышении концентрации их свыше

„,Я0„„1640196 А 1

2 лей технологической оснастки. Цель изобретения — повышение механич еских и технологических свойств. Чугун с одержит, мас . Е: С 2, 2-2, 8;

Si 1,2-1,8; Мп Ое 35 1 ь 1 Cr Оэ 100,60; .Ni 2 15-3,5; Си 0,7-1,5; Мо

0,51-1,3; Mg 0,02-0,09; Се 0,02-0,07; карбонитриды стронция или бария О, 02О, 20; ванадий 1, 03-3, 18; окись циркония О, 002-0, 08; висмут 0,002-0, 01;

Ре остальное. Дополнительный ввод в состав предлагаемого чугуна карбонитридов стронция или бария, ванадия, окиси циркония и висмута позволит повысить механические свойства в

1,28-1,58 раза и технологические свойства в 1,36-6,0 раза. 2 табл.

0,2 мас.X отмечается снижение стойкос- ф ти чугуна в условиях ударных нагру- ф зок и теплосмен, снижение трещнноус- р тойчивости, что приводит к уменьшению эксплуатационной стойкости и увеличению фрикционного износа.

Висмут введен как поверхностноактивная добавка, снижающая износ при сухом трении и усиливающая стабильность эффекта от легирования карбонитридами бария и стронция. При а содержании висмута в высокопрочном чугуне до 0,002 мас.7. эффект его влияния незначителен, а прн увели.чении его содержания сверх 0,01 мас.X имеет место снижение стабильности структуры и фрикционной стойкости при 600-800 C.

1640196, Дополнительное введение ванадия в количестве 1,03-3„18 мас.7 легирует матрицу, увеличивает количество мартенсита в структуре, повышает эксплуатационную стойкость, плотность и твердость высокопрочного чугуна, а также его износостойкость, усталостную прочность, стабильность структуры и механических свойств. При 0 концентрации ванадия в высокопрочном чугуне до 1,03 мас.7. легирующий эффект на повышение фрикционной теплостойкости, усталостной прочности и износостойкости повышается незначи 15 тельно, а при его содержании сверх

2, 18 мас.7 приводит к повьппению трещннообразонания, снижению пластичес: нх свойств и эксплуатационной стойкости отливок в условиях высоких 20 статических и динамических нагрузок и фрикционного износа при 600-800 С, Влияние нанадия усиливается при наличии н высокопрочном чугуне меди в количестве 0,7-1,5 мас.% и молибдена 25 в количестве 0,51-1„3 мас.%.

Хром н количестве 0,1-0,6 мас.7

::. вьппает дисперсность "- твердость металлической основы, способствует дополнительному упрочнению матрицы за счет дисперсионного твердения, повышения усталостнай прочности и термической стойкости., обеспечивает существенное снижеш е износа высокопрочного чугуна при сухом трении при о

600-800 С. Содержание хрома принято от концентрации, при которой износ, и ограничено 0,6 мас.%, выше которой увеличивается неоднородность структуры. Нижний (0,1 мас.%) и верхний (0,6 мас.%) пределы содержания хрома определены исходя из получения мелкодисперсной и стабильной структуры в отливках с учетом повьппения твердости и сохранения термост ойкости и пластических свойств на высоком уровне.

Церий и магний B. = àäåíû как эффектные модифицирующие добавки, измельчающие структуры чугуна, обеспечивающие образование в нем шаровидного

50 графита в отливках и повышающие износостойкость при сухом трении при

600-800 С, при содержании их ниже о

0,02 и 0,02 мас.7. соответственно повышение износостойкости при сухом трении несущественно. При увеличении концентрации церия и магния сверх

0,07 и 0,09 мас.% соответственно отмечается снижение ударной вязкости и эксплуатационной стойкости при 600800 С.

Содержание в высокопрочном чугуне основных компонентов(2,2-2,8 мас.7. углерода, 1,2-1,8 мас.7 кремния и

0,35-1,1 мас.7 марганца) в отливках обеспечивает исключение образования эвтектического цементита и повышение стабильности структуры и свойств, увеличение фрикционных свойств.

Никель н пределах 2, 15-3,5 мас.7 микролегирует матрицу, повышает прочность, плотность, дисперсность и однородность структуры, термостойкость и пластические свойства в отливках, что обеспечивает стабильность износа и повышение эксплуатационных свойств. При концентрации никеля до

2,15 мас.% легирующее влияние на стабильность износа и механические свойства и эксплуатационную стойкость проявляется слабо, а при увеличении содержания никеля более 3,5 мас.% (снижаются твердость, ударная вязкость, износостойкость и срок службы при фрикционном износе при 600800 С.

Легируюпде и модифицирующие компоненты оказывают влияние на структуру нысокопрочных чугунов при 600800 С в результате сложных физикохимических процессов, которые имеют место как н расплавленном, так и в тнердом состояниях, как в процессе кристаллизации чугуна, так и при охлаждении отливок. Существенное алияние на дисперсность структуры высокопрочного чугуна оказывает также степень перегрева расплава и режим тер. — . мической обработки отливок.

Предлагаемый высокопрочный чугун выплавляют в открытых индукционных печах с использованием литейных чугунов, чугунного лома, возврата собственного производства, никеля НЗ, ферронанадия, ферромарганца, меди, феррохрома, карбонитридов бария и стр онция, ферромолибдена, окиси циркония, ферроцерия и других ферросплавов. Феррохром, никель, ферромолибден и ванадий вводят вместе с шихтой н электропечь, а более легкоплавкие добавки (ферромарганец, медь, ферросилиций) — после рафинирования

7 раскисления и продувки расплава порошками окиси циркония. За 5-10 мин перед разливкой металла в литейные

0,02-0,20

Остальное (Та бли ца 1

Содержание компонентов, мас.X в чугуне

Элемент

Известный предлагаемый

2,2

2,8

2,4 2,8

1,5 1,2

0,5 1,1

2,4

2,2

2,4

233

Углерод

Кр емкий

Марганец

Никель

1,2

1,8

1,5

1,8

1,6

1,5

0,35

0,5

0,35

0,2

0,3

2,15

3,5

3 5

3,0

3,1

3,3

2, 15

3,0

0,70

1,5

1,5

1,2

1,3

0,70

2,3

2,5

0 51

0,8 1,3

1,3

0,8

0,4

0,3

Молибден

Хром

Магний

Церий

Висмут

0,22

0,02

0,6

0,6

0,5

0,4

0,22

0,2

0,1

0,09

0,09

0,05

О, 04 0,05

0,01 0,02

0,05

0,02

0,02

0,07

0,05 0,04 0,07

0,02

0,, 005 0,01

0,002 0,01

0,005

О, 002

5 164019 ф ормы в р а спла в вв одя т кар б они триды бария или стронция и модификаторы (магниевая лигатура, ферроцерий и металлический висмут) . Модифицированный расплав запивают в песчано-глинистые формы, заформованные по-сыро— му. Усвоение карбонитридов бария составляет 80-83Х. Угар ванадия составляет 8-117., висмута 22-247, окиси 10 циркония 4-7Х и магния 44-48Х. Температура расплава при заливке форм

1370-1420 С.

Химический состав. высокопрочных чугунов опытных плавок приведен в табл. 1.

Механические и эксплуатационные свойства чугунов, определенные на стандартных образцах отливках проУ

20 катных валков и других сменных деталей прокатных станов, приведены в табл .2.

Режим термической обработки включает закалку отливок прокатных валков с температуры 930 †9 С и отпуск о 25 при 530-560 C. Фрикционную теплостойкость определяют на установках

УМТ-1М при нагреве поверхностей трения до 600 и 800 С. За эталон принят высокопрочный чугун состава 1 (табл.1), износ которого при фрикционном трении при 600 С составляет

20 мг/км.

Как следует из табл.1 и 2, дополнительный ввод в состав предлагаемого чугуна висмута, ванадия, окиси циркония и карбонитридов бария или стронция позволил повысить уровень механических свойств: 0б в 1,28

6

1,34 раза и КСИ в 1 47-1,58 раза, а также технологических свойств; окалиностойкость в 3,75-6,0 раз, т ер мост ойкост ь в 1, 74-2, 22 раза, коррозионная усталость в 1,62-1,82 раза, фрикционная теплостойкость в

1, 2-3,25 раза и износостойкость в 1,36-2 раза.

Формула и зобр ет ения

Высокопр очный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хр ом, никель, медь, молибден, магний, церий и железо, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения механических и технологических свойств, он дополнительно содержит ванадий, висмут, окись циркония и кар б онитриды б ария или с тр онция при следующем соотношении компонентов, мас.X:

Углерод 2, 2-2,8

Кремний 1, 2-1,8

Марганец 0,35-1, 1

Хр ом О, 10-0,60

Никель 2,15-3,5

Медь О, 70-1,5

Молибден О, 51-1, 3

Магний 0,02-0,09

Церий О, 02-0, 07

Ванадий 1, 03-3, 18

Висмут О, 002-0, 01

Окись циркония О, 002-0,08

Карбонитриды бария или стр онция

Железо

1640196

Продолжение табл, 1

Содержание компонентов, мас.Е в чугуне 1

Элемент

Известный

Предлагаемый

1 2 2 .3 4 5 6 7

Кар бонитридь! бария стронция

0,20

0,08

0,02

0,02

Оэ2

0,08

Окись цнркония

008 0002 008

3,18 1,03 3,18

0,02

0,02

О, 002

2,35

2, !5

1,03

Ванадий

Железо

ОстальОс= тел ьное

ОстальОсталь" ное

Остальное

ОстальОсОсное таль-;тальное ное ное ное

Окалнностойкость г/и ° ч зксплуатацнонная стой-

Фри«пленная теплостойкость, Х, при, С

Ударная вяз кость, кп1к/м!

Временное сопротивл ение,ийа

Состав чугуна ность, ч

600 800

Кэвестный !

3 ° 0 1260 100 . 60 Оэ55 Оэб4 370

3, 1266 103 62 0,52 0,62 376

725 412

731 414

29!

295

Составитель Н. Костроной

Редактор И. Дербак Техред M,дидык Корректор M. Самборская

Заказ 999 Тираж 386 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рау!пская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Пр еллага емый

2

4

972

936

990

612

654

656

624

655 б!7 Предел корроэионной усталостин на баэе 10 цикл он1

ИПа

479

527

538

481

544

2,1

0,8

0,7

0,5

2,7

2во

0,38 0,47

0,32 0,4 1

0 ° 30 0,40

О, 26 0,35

0,37 0,4

0,25 0>39

2210 172 174 510

2780 191 187 631

2787 192 189 635

2805 198 196 644

2290 174 74 515

22 16 196 19 7 648