Высокопрочный чугун

(51) 5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО.ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКО ВИДЕТЕЛЬСТ работающих в условиях термоциклирования, Целью изобретения является повышение термической и эксплуатационной стойкости высокопрочного чугуна в отливках. Предлагаемый чугун содержит, мас.%: углерод 2,0 - 3,0; кремний 1,0 - 2,5; марганец 1,0-1,8; хром 0,06-0,5, никель 3,05 - 8,8; медь 0,24 - 2,6; молибден 0,04-0,8; ванадий 1,02-2,08; нитриды бора 0,02-0,08; магний 0,002 - О,О 6; церий 0,002-0,04; цирконий 0,005-0,08; висмут 0,002-0,01; железо - остальное, Чугун имеет СИ = 966 - 987 МПа, НРЧ= 5460-5676 МПа, фрикционную тепло- стойкость 2405 - 2733 циклов, термостойкость 4020-4130 циклов, эксплуатационную теплостойкость 3270-3850 ч, 2 табл. оение относится к металлургии, составам износостойких высоугунов, работающих в условиях ования в отливках.н чугун следующего химическоас% КремнийМарганецНикельХромТитанФосфорМедьАзот 3,2-3,4 1,8-2,4 0,6-0.8 0,5 - 0.9 0,2-0,4Остальное ской примеси чу мас.% фосфоадает:недонакоперемосмен.близкимсодержащ вус ЖелезоВ качестветехнологиможет содержать до(71) Всесоюзный заочный политехничеинститут(56) Авторское свидетельство СССРМ 1423620, кл. С 22 С 37/10, 1988,Авторское свидетельство СССРЬЬ 926058, С 22 С 37/10, 1982.(57) Изобретение относится к областиталлургии, в частности к составамноеостойких высокопрочных чугун Изо брет в частности копрочных ч термоцикли Известе го состава, м Углерод Кремний Мар гане Алюмин Титана.Чугун обладает высоким объемом усаочных пор (2,1 - 2,5 смз) и недостаточной ермической стойкостью. Коэффициент отосительной износостойкости в условиях рикционного разогрева не превышает 2,5,Известен чугун, содержащий, мас.%: Углерод 3,0-3,6 ЖелезоЧугун облстью приловиях тепНаиболеется чугун,УглеродКремнийМарганеНикельХромМол ибдеМагнийМедь 1,6 - 2,50,4-1,20,1-1,00,1-0,60,01 - 0,080,10 - 0,250,15-1,00,006 - 0,18 МОстальное 6 д статочной выносли- Дь енных нагрузках в (О предлагаемому явй, а,%:2,2-2,4 1;2-1,8 0,1 - 0,33,0-3,50,1-0,30,3-0,50,03-0,05 1,6-2.5Церий 0,01-0,02 Железо Остальное Высокопрочный чугун обладает в литых изделиях следующими свойствами: временное сопротивление на разрыв 690 - 735 МПа, ударная вязкость 170-320 кДж/м, твердость 341 - 397 НВ, скорость износа при сухом трении 0,38-0,45 мкм/км, предел коррозионной усталости на базе 10 циклов 285 - 291 МПа, термическая стойкость 1120 - 1520 циклов.Однако известный высокопрочный чугун обладает недостаточной термостойкостью и высоким износом при сухом трении,Цель изобретения - повышение термической и эксплуатационной стойкости.Высокопрочный чугун, содеркащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, молибден, марганец, церий и железо, дополнительно содержит ванадий, нитриды бора, цирконий и висмут при следующем соотношении компонентов, мас,00:,Углерод 2,0-3,0 Кремний 1,0-2,5 Марганец 1,0 - 1,8 Хром 0,06 - 0,5 Никель 3,05 - 8,8 Медь 0,24 - 2,6Молибден 0,04 - 0,8 Нитриды бора 0,02 - 0,08 Магний 0,002 - 0,06, Церий 0,002-0,04 Ванадий 1,02-2,08 Цирконий 0,005 - 0,08 Висмут 0,002 - 0,01Железо. ОстальноеДополнительное введение ванадия обусловлено его отбеливающим и упрочняющим влиянием, повышающим твердость, микротвердость, термостойкость и эксплуатационные свойства сплава, При содержании ванадия до 1,02 мас, Я, микротвердость, термостойкость и стабильность служебных свойств недостаточны, При увеличении его содержания более 2,08 мас,70 снижаются пластические свойства, ударная вязкость и стабильность механических и служебных свойств сплава.Нитриды бора введены с целью изменения структуры чугуна и повышения микро- твердости, стабильности термической стойкости и служебных свойств. Их влияние на стабильность механических и служебных свойств начинает сказываться с содеркания 0,02 мас Верхний предел 0,08 мас,) обусловлен увеличением содержания неметаллических включений по границам зерен и снижением стабильности предела коррозионной усталости, механических и служебных свойств,Введение висмута обусловлено его модифицирующим и отбеливающим влияниемна структуру, способствующим првышениюстабильности прочностных и служебных5 свойств, При его содержании меньше0,002 мас.модифицирующий эффект истабильность служебных свойств недостаточны, При повышении висмута более 0,01мас,70 возрастает его угар и отмечается сни 10 жение механических свойств как при обычных, так и при повышенных температурах,Ведение меди в количестве 0,24 -2,6 мас,00 измельчает .труктуру, увеличивает прокаливаемость и твердость чугуна,15 оказывает влияние на природу упрочненияфаз и их термическую стойкость, что способствует снижению износа и повышению стабильности эксплуатационной стойкости.Нижняя концентрация меди принята такой,20 при которой начинает сказываться ее влия-.ние на структуру чугуна и эксплуатационную стойкость, а верхний предел меди(2,.6 мас.0/,) обусловлен сникением пределавыносливости стрелы прогиба и пластиче 25 ских свойств ввиду снижения растворимости ее в металлической основе при болеевь 1 соких концентрациях и увеличения ликвации в отливках, что снижает стабильностьслужебных свойств,30Дополнительное введение церия вколичестве 0,002 - 0;04 мас.способствуетизмельчению размеров шаровидных включений графита, повышению эксплуатационной стойкости, трещиностойкости,35 износостойкости и прочности чугуна при повышенных температурах. Нижний пределконцентрации церия принят от значения, скоторого начинает сказываться его влияниена размер и фору графита; При увеличении40 концентрации церия более 0,04 мас.00 возрастает угар металла, увеличивается количество неметаллических включений по.границам зерен, снижаются пластические иэксплуатационные свойства чугуна при на 45 греве и охлаждении.Содержание углерода, марганца и кремния в высокопрочном чугуне выбрано с учетом практики производства термостойкихотливок с повышенной стабильностью экс 50 плуатационных и механических свойств,При увеличении их концентрации выше верхних пределов стабильность прочности,предела выносливости и характеристики упругопластических свойств снижаются, а при55 снижении ниже нижних пределов ухудшаются литейные свойства, термическая стойкость, прочность и эксплуатационнаястойкость, Составляющие чугуна, мас.0 :хром 0,06 - 0,50: никель 3,05-8,80; молибден0,040,80 и медь 0,24 - 2,6 упрочняют и мик1742348 2-31,0-2,51,0 - 1,80,06 - 0,53,05 - 8,80,24 - 2,60;04-0,81,02 - 2,080,02 - 0,080,002-0,060,002 - 0,040.005 - 0,080,002-0,01Остальное Таблица Содеряание компонентов, иас, ьНикель Недь Церий Оанадий3,050,24 0,002 1,02 0,046,4 : Оэ 95 Оа 007 150 0.5 8,8 2,6 0,04 2,08 0,8 2 2 О 05 О 001 0 6 0 02 Э,2 3,37 Оуое 3,0 0,9(мелево " остальное) Нагний Рмснут Чугун Цмрко.ний Полибден Нитрндыбора Хрсм Нарга- нец Углерод 0,0020,040,060,0010,1 О, 002 О, 006 0,01 О,О 01 0,03 0,06 . 1,0 0,02 1,6 05 1 ее 0,03 0,8 0,6 1,9 0,005 От 050 0,080 0,001 О,10 0,02 0,05 0,08 0,01 О 11 1 2,0 2 2,5 34 1,95 3,3 6 (извест" ный) 2,3 1,0 1 ве 25 0,52,8 3, 0 2,2 0,02 0,5 0,05 13 012 О,З Таблица 2 Относитель ррйкцмон-ная.мзмосо- ная тепло .стойкость;стойкость,.К циклы. я,8227 зз9 я 76 . 27266,67" 1 . 17157,85 , 1972 Стойкостьк растрескиванио,трофимы Термическая стойПределпроыности мриизносе Эксплуата"ционнаятеплостойкость, и Контактная вынос" ливостьНПа Никро тверлость 1 Па Чугун кость, циклы 3270 3850 3740 2320 3050 662,2) 1610 ролегируют матрицу, повышают ее термостойкость и эксплуатационную стойкость.Введение циркония измельчает графит, нейтрализует влияние хрома при термоупрочнении, снижает коэффициент 5термического расширения и повышает сопротивляемость термохимических воздействий, что обеспечивает повышениеэсплуатационной стойкости. При концентрации его до 0,005 мас. Оь сопротивляемость 10термохимическим воздействиям и эксплуатационная стойкость недостаточны,а и ри концентрации циркония более0,08% мас, % снижаются стабильностьтермической стойкости и сопротивляемость 15к ударным нагрузкам,Введение магния в количестве 0,002 -0,06 мас.% раскисляет и модифицирует расплав, очищает границы зерен, повышаетстабильность эксплуатационной стойкости 20в условияхтеплосмен. Верхний предел магния ограничен его усвояемостью в чугуне, апри. концентрации магния менее0,002 мас,% его модифицирующий эффектнедостаточен, что приводит к снижению 25эксплуатационной стойкости,П р и м е р. Плавки чугуна проводят в индукционной печи с использованием литейных и передельных чугунов, лома чугун ного 17 А, стального лома 1 А, феррохрома высокоуглеродистого, феррованадия ВД 2, ферроцерия ФЦеМ, брикетов нитридов . бора, ферромарганца ФМн, никеля НЗ, ферромолибдена Мо 1 и других ферроспла вов, Чугун из печи выпускают при 1480- 1500 С в литейные ковши с магнйевой лигатурой ФС 50 Мг 2, висмутом Ви 2, ферроцерием и другими добавками. Из чугуна от 40 ливают отливки тормозных устройств, об. разцов и технологических проб.В табл, 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок, а в табл, 2 - механические и служебные свойства.Трещиностойкость определяют по звездообразным технологическим и робам 250 мм и высотой 140 мм, контакту выносливости в условиях качения с торможением прииспытании на базе 5 10 циклов и эксплуатационную стойкость в условиях фрикционного износа. Как видно из табл, 2, высокопрочный чугун обладает более высокими механическими и служебными свойствами по сравнению с известным.Формула изобретения Высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, молибден, магний, церий и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что; с целью повышения термической и эксплуатационной стойкости, он дополнительно содержит ванадий, нитриды бора, цирконий и висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%:УглеродКремнийМарганецХромНикельМедьМолибденВанадийНитриды бораМагнийЦерийЦирконийВисмутЖелезо