Чугун

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 22 С 37/10 9 щаа е нап- р еталях ость яжен арактериэуетвоэникающитковременном аксимальв литыхриложени к наг-4 Рра д р ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРР 985120, кл. С 22 С 37/04, 1982.Авторское свидетельство СССРР 1097705, кл. С 22 С 37/1 О, 1982. Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для машин и механизмов,ботающих в суровых климатическиховиях (до -60 С).Цель изобретения - повышение в термообработанном состоянии динамической прочности и работы зарожденияо трещин в интервале от +20 до -60 С.Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предлагаемого состава обусловлен следующим.Показателями, характеризующими эксплуатационную надежность литых деталей, работающих при ударных нагрузках и низких температурах, являются инамическая прочность и работа заождения трещин, Динамическая проч(5 4) ЧУГУН(57) Изобретение относится к металлургии и может использоваться при производстве отливок из высококачест венного чугуна. Цель изобретения - повышение в термообработанном состоя нии динамической прочности и работы зарождения трещин в интервале ото+20 до -60 С. Новый чугун содержит, мас.Е: С 3,2-3,6; Б 2,1-2,7; Мп 0,2-0,6; Сг 0,02-0,1; Си 0,005-0,1; Мя 0,03-0,06; Са 0,005-0,02; А 1 0,005-0,01; РЗМ 0,01-0,03; М 0,005- 0,01 р Ч 0,01-0,06; Ид 0,01-0,1; Ре остальное, Дополнительный ввод в сос тав чугуна М позволяет повысить динамическую прочность в 1,05-1,1 раза и увеличить работу зарождения трещин в 1,1-1,2 раза. 2 табл. рузки.Работа зарождения трещин при ударном нагружении наиболее достоверно оценивает способность материала противостоять разрушающим напряжениям до развития магистральной трещины и полного разрушения образца. Анализ осциллограмм разрушения показывает, что ударная вязкость характеризует полную работу удара, отнесенную к единице площади сечения образца и слагается из работы эарожцения (КСэ) и работы распространения трещин (КС ) Последняя характеристика в чугунах с шаровидной формой графита, в от 1520134личие от сталей, в меньшей степениопределяет способность материалапротивостоять разрушению при ужесоздавшейся трещине. Поэтому оценка материала с помощью динамическойпрочности и работы зарождения трещин является более реальной, отражающей условия работы литых деталей.Ввод з состав сплава азота и ванадия способствует упрочнению ствердого раствора за счет образования нитридов и карбонитридов ванадия,разномерно распределенных в металлической основе, 1 роме того, ванадий 15повышает дисперсность продуктов распада аустенита и вследствие этогопосле Ферритизирующего отжига измельчает зерно феррита. При снижениитемпературы испытаний (до -60 С) непроисходит существенного искажениякристаллической решетки 1-твердогораствора - динамическая прочностьи работа зарождения трещин повышаются,Нижний предел содержания азотаз чугуне (0,005 мас. ) установленминимальным его количеством, необходимым для образования карбонитридовванадия, упрочняющих сплав. Верхнеесцдержание (0,01 мас.%) определеноисходя иэ ограниченной растворимостиазота в жидких железоуглеродистыхсплавах,Нижний предел содержания ванадияв чугуне (0,01-0,06 мас.%) установлен исходя иэ достаточного упрочнения матрицы и измельчения зернатвердого раствора, а верхний - усилением карбидообразующего действияи увеличением продолжительности ферритизирующего отжига,Снижение содержания кремния до2,/ мас.по верхнему пределу значительно уменьшает микроликвационнуюнеоднородность сплава. Так, при содержании в чугуне 2,8 мас,и вышемикроанализом установлено наличиеповышенного содержания 8 в участках,примыкающих к графитным включениям.Микроликвация кремния при снижениитемпературы испытаний до -60 С усиливает искаженность кристаллическойрешетки Ы-твердого раствора и приводит к хрупкому разрушению.РЗМ в составе чугуна (0,010,03 мас.связывает Ои Б в не-55металлические включения и изменяеттопографию их расположения, вытесняяс границ зерен и переводя последние непосредственно внутрьзерна, В результате очищения границ зерен повышаются силы молекулярно-механического сцепления, обеспечивая при низких температурах повышение динамической прочности и работы зарождения трещин,Снижение верхнего предела содержания алюминия з чугуне до 0,01 мас,% связано при повышенных его концентрациях вследствие достижения предела растворимости с повышеннои склонностью чугуна к окислению и пленообразованию, Это приводит к нарушению сплошностн металлической основысплава и преждевременному хрупкому разрушению.П р и м е р. Выплавка чугуна предлагаемого состава может осуществляться как в дуговой, так и в индукционной тигельной печах (в конкретном примере использована высококачественная тигельная индукционная),В качестве шихтовых материаловиспользуют литейные чугуны, отходыстали, возврат собственного производства, Ферросплавы и специальныеприсадки. Получение необходимой концентрации по углероду в чугуне достигают варьированием состава металлозавалки. Доводку по содержаниюкремния, марганца, хрома осуществляютприсадкой з зазалку ферросилиция,Ферромарганца, азотирозанного Ферро-,хрома. Содержание ванадия з составечугуна достигают с гомощью феррованадия. РЗИ вводят в знде мишметалла.Сферондизирующую обработку производят при 1400 С лигатурой в реакци.онной камере литейной форм,1Пробы для изготовления образцовна механические испытания отливаютв сырые песчано-глинистые формы,которые подвергают дзухстадийномуФерритизирующему отжигу по следуюощему режиму: нагрев до 940 С; выдержка при данной температуре в течение6 ч;.охлажденные до 720-7 ЭО С; выдержка 10 ч; охлаждение с печью доо600 С; дальнейшее охлаждение на воздухе.Затем из проб вырезают стандартныеобразцы сечением 10 х 10 х 55 без надреза для испытаний на ударный изгиб.ударные испытания проводят на ротационном копре с осциллографированиемпроцесса разрушения, позволяющемс помощью диаграмм разрушения оценить,О Остале 0,045 0 ЗеЯ е 9 Оэб 5 05 О,релн Предлага1 0,0 То ле0,05э 3,2 2, 1 0,2 0,02 0,005 0,03 0,005 0,00 ЗэЯ 2 е 4 Ое 4 Оэ 06 Ое 05 Ое 045 Ое 01 Оеоо Зэб 2 7 Оэб Ое Ое Особ Ое 02 Ово Оео Ое 005 Оэо Ое 02 Оэ 0075 Ов 035 ОэОЗ Ов 01 Особ ланейренн н ерхннт е 1 Табл 3 КДже приратуре испыт угун МПа, при температОиспытания, С емпеО ия С,45 ,52 5 1520работу зарождения трещин и динамическую прочность исследуемых сплавов.Охлаждение образцов до -60 ОС осуществляют в специальном термостате сдвойными стенками и теплоизоляцией.В качестве охлаждающей жидкости используют ацетон в смеси с жидким азотом. Температуру охлаждающей ванныконтролируют пентанным термометром10с ценой деления в 1 С.По предлагаемой технологии выплавляют 5 составов предлагаемогосплава (на нижнем, среднем, верхнем,а также ниже нижнего и выше верхнего 15пределов содержания ингредиентов)и известный сплав.Химические составы исследуемыхчугунов приведены в табл. 1.Показатели динамической прочности и работы зарождения трещин притемпературе испытаний, +20 С и -60 Спредставлены в табл,2,Как видно из табл.2, дополнитель ныл ввод в состав чугуна никеля позволяет повысить динамическую прочность в 1,05-1,1 раза и увеличить работу зарождения трещин в 1,1-1,2 раза, 30 134 б Формула изобретенияЧугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, магний, кальций, алюминий, редкоземельные элементы, азот, ванадий и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения в термообработанном состоянии динамической прочности и работы зарождения трещин в интеровале 20 - (-60) С, он дополнительно содержит никель при следующем соотношении компонентов, мас.ХУглерод 3,2-3,6 Кремний 2,1-2,7 Марганец 0,2-0,6 Хром 0,02 0,1 Медь 0,005-0,1 Магний 0,03-0,06 Кальций 0,005-0,02 Алюминий 0,005-0,0 Редкоземельныеэлементы 0,01-0,03 Азот 0,005-0,01 Ванадий О, Ь 1-0, 06 Никель 0,01-0,10 Железо Остальное и примеси серы до 0,027 и фосфора до 0,01%.