Фосфористый чугун

)й политехничес рпенко, М.Б.ЕгороЦейтлин ство СССР10, 1979.льство СССР Я1980.ГУН 57) Фосфористый изнсится к металлургии. тойкий чугун отноцелью повышени ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ РИ ГКНТ СССР(54) ФОСФОРИСТЫЙ Ч Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов износостойкого фосфористого чугуна для литых изделий, работающих в.условиях сухого трения и ударных нагрузок.Цель изобретения - повышение контактно-усталостной долговечности и износостойкости,Выбор граничных пределов содержания компонентов в составе предложенного чугуна обусловлен следующими факторами.Углерод и кремний являются основными элементами, определяющими структуру и комплекс свойств чугуна различного назначения, в том числе и для работы в условиях высоких контактных нагрузок и интенсивного износа, При концентрации углерода 3,3 - 4,3 мас. и кремния 2,2 - 3,1 мас,0 создаются наиболее благоприятные условия для формирования аустенитно-бейнитной структуры, наиболее благоприятной контактно-усталостнои долговечности и износостойкости он дополнительно содержит ниобий, хром и азот при следующем соотношении, компонентов, мас,: углерод 3,3 - 4,3; кремний 2,2 - 3,1; марганец 0,5 - 1,5; титан 0,03 - 0,4; алюминий 0,05 - 0,7; медь 0,05 - 0,7; фосфор 0,2 - 1,2; кальций 0,01 - 0,5; РЗМ 0,02 - 0,06; ниобий 0,0 4- 0,8; хром Р,05 - 0,38; азот 0,05 - 0,3 и железо - остальное. Хрупкая прочность чугуна после ста теплосмен с нагревом до 900 С составляет 630 - 645 МПа; износостойкость 0,21 - 0,36 мг; контактно-усталостная долговечность 732 - 795 МПа; сопротивление образованию сетки разгара 131 - 161 цикл и ударная вязкость 65 - 85 Дж/см . 2 табл,для обеспечения высокои контактной выносливости и упругопластических свойств.При концентрации углерода до 3,3 мас. и д кремния до 2,2 мас. увеличивается содержание цементита и снижается содержание бейнита, уменьшается склонность чугуна к бейнитовому превращению, падает вязкость, снижаются хрупкая прочность и кон- С) тактная выносливость, При увеличении Я концентрации углерода больше 4,3 мас. и (Я кремния сверх 3,1 мас, снижаются твердость, хрупкая прочность, износостойкость и контактная выносливость.еаЪДополнительное введение ниобия повышает твердость и термическую стойкость, измельчает структуру легированной матрицы, что повышает хрупкую прочность и контактную выносливость чугуна. При содержании ниобия до 0,04 йас,повышение этих характеристик недостаточное, а при увеличении концентрации ниобия сверх0,8 мас.% удлиняется продолжительность изотермической выдержки при термообработке чугуна, повышается концентрация аустенита, снижается содержание бейнита, что приводит к уменьшению хрупкой прочности и упругопластических свойств,Введение хрома обеспечивает получение высоких прочностных характеристик, повышение фрикционной износостойкости и контактной выносливости при одновременном измельчении структуры металлической матрицы. При содержании хрома до 0,05 мас.% повышение этих характеристик чугуна недостаточное, а соответственно увеличение содержания хрома сверх 0,38 ведет к резкому увеличению в матрице цементита, ухудшению износостойких характеристик и увеличению продолжительности термической обработки для графитизации связанного углерода.Микролегирование чугуна азотом обусловлено измельчением аустенитно-бейнитной структуры, повышением ее стабильности, что способствует увеличению механических свойств и контактной выносливости, Его влияние начинает сказываться с концентрации 0,05 мас.%, а при увеличении содержания более 0,3 мас.% повышается концентрация неметаллических включений по границам зерен, снижактся контактно-усталостная долговечность, уп.руго-пластические свойства и хрупкая прочность чугуна.Введение РЗМ обусловлено его высокой модифицирующеи способностью при сохранении термическои стойкости и фрикционных свойств и повышении прочности, контактной выносливости и пластических свойств чугуна. Концентрация РЗМ в чугуне до 0,002 мас.% недостаточна для модифицирующей и сфероидизирующей его способности. При увеличении его содержания сверх 0,006 мас,% повышается концентрация неметаллических включений в чугуне, укрупняются графитовые выделения, снижаются хрупкая прочность и эксплуатационная стойкость литых чугунных деталей,Концентрация легирующих компонентов (фосфор 0,2 - 1,2 мас.%, алюминия, 0,05 . - 0,7 мас,%, медь 0,05 0,7 мас.%, марганец 0,5 - 1,5 мас,%, титан 0,03 - 0,4 мас.%) обеспечивает получение высоких прочностных характеристик, повышенной фрикционной износостойкости и контактной выносливости. При увеличении их концентрации выше верхних пределов повышается содержание в структуре аустенита, что снижает упругопластические свойства и хрупкую прочность, а сни:жение концентрации ниже нижних пределов твердость, прочно сть и контактная выносливость чугуна недостаточны, существенно снижается и износостойкость.П р и м е р. Опытные плавки чугунапроводят дуплекс-процессом вагранка - электропечь, В вагранке выплавляют высокоуглеродистый чугун с температурой на желобе 1380 - 1400 С, используя литейный ипередельный чугуны, чугунный лом, возврат10 собственного производства, известняк иплавиковый шпат. Далее расплав перегревают в электропечи до 1480 - 1490 С и осуществляют процессы легирования идоводки его химического состава по содер 15 20 253035 40 45 50 55 жанию компонентов до заданного. В качестве легирующих компонентов используют феррониобий ФНб 50 (ГОСТ 16773 - 86), содержащий 3 - 8 мас.% алюминия, 0,4-0,5 мас.% фосфора и 0,8 - 1,0 мас,% меди; ферромарганец азотированный фосфористый ФМн 55 ФН (ТУ 14 - 5 - 5 - 81) и феррохром ФХ 25 ОН (ЧМ ТУ 5 - 3 - 80), Модифицирование чугуна проводят в ковше присадкой силикокальция СК - 30, ферроцерия и ферротитана,В табл,1 приведены химические составы чугунов опытных плавок.Заливку расплава чугуна при 1380;1400 С производят в песчано-глинистыеформы по сыромуОбразцы для механических испытаний и отливки подвергают термической обработке с использование изотермической выдержки при 370 - 410 С. Статические иповторно-статические испытания проводят на машине У 10 М. Ударную вязкость определяют на образцах типа 8 по ГОСТ 9454 - 78, а хрупкую прочность - после 100 циклов теплосмен с нагревом до 900 С. Усталостные испытания проводят на машине УРМ - 2000 при частоте нагружения 40 Гц,В табл.2 приведены результаты механических и технологических испытаний известного и предложенного чугунов,Как видно из табл.2, предложенный чугун обладает более высокими характеристиками износостойкости, хрупкой прочности, контактной выносливостью и прочностными свойствами по сравнению с известным фосфористым чугуном. Зкономический эффект от внедрения изобретения в народное хозяйство для использования чугуна в литых деталях, имеющих быстрый износ (технологическая литейная оснастка, детали различных машин), составит 96000 руб в год, благодаря дополнительному вводу ИЬ, Сг и й в его состав предлагаемый чугун обладает по сравнению с известным повышенной в 1,05 - 1,1 раза контактно-усталостной дол, 0,002 - 0,0060,04 - 0,80,05 - 0,380,05 - 0,3Остальное Таблица 1 Дудикгентал Корректор Э.Лончакова Составитель Техред М.Мо И.Шм ед аз 3578 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 говечностьюи улучшенной в 1,62 - 1,86 раза износостойкостью.Ф ор мул а изобретен ияФосфористый чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, титан, алюминий, 5 медь, фосфор, кальций, редкоземельные элементы и железо; о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения контактно-усталостной долговечности и изностойкости, он дополнительно содержит ниобий, хром и 10 азот при следующем соотношении компонентов, мас. :Углерод 3,3- 4,3 Кремний 2,2 - 3,1й МарганецТитанАлюминийМедьФосфорКальцийРедкоземельныеэлементыНиобийХромАзотЖелезо