Высокопрочный чугун

(5 ЗОБРЕТЕНИВЩатвЪСтву А щийся тем, я ударнойии прочности л лезо ью повышен ри сохране остоянии, следующем то, с ц вязкостиВ литомпоненты вмас. 7.:УглероКремниМарган ко оде отношении 3,1-3,7 2,1-3,2 О, 2-0,6 0,05-0, 2 0,05-0,4 0,05-0,5 0,04-0,07 О, 001-0, 01 О., 001-0, 01 Ц ь МедьМагнийКальцийБарийРедкоземелные метал 0,001-0,02Остальное лыЖеле ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Белорусский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 550453, кл. С 22 С 37/10, 1975.2. Авторское свидетельство СССР В 587171, кл. С 22 С 37/10, 1976. (54)(57) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, магний, кальций, барий, редкоземельные металлы и зе 2 С 37/08; С 22 С 37/Изобретение относится к металлур гйи, а именно к составам железо- углеродистых сплавов, и может быть использовано для изготовления ответ. ственных тонкостенных деталей сельхозмашин, в частности стойка плуга, кольчато-шпоровый диск, к которым предьявляются повышенные требования по прочностным характеристикам, так как они испытывают в процессе эксплуатации динамические удары.Известен чугун Я следующего химического состава., мас.7.:Углерод 2,6-4,5Кремний 1,0-4,0Марганец О, 1-1,2Хром 9,01-0, 5Никель 0,01 - 1,0Медь 0,01-1,0Магний 0,015-0,1Кальций 0,015-0,06Редкоземельныеметаллы 0,005-0,15Алюминий 0,005-0,4Железо ОстальноеДанный чугун обладает высокими механическими свойствами, но склонен к отбелу, не обеспечивает требуемого уровня стабильности свойств при эксплуатации деталей в условиях динамических нагрузок.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является высокопрочный чугун 2, содержащий ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:Углерод 3,0-3,8Кремний 2,4-3,2Марганец О, 2-0,45Хром 0,02-0,065Никель 0,5-1,5Медь 1,0-1,5Магний 0,02-0,08Кальций 0,005-0, 15Барий 0,001-0, 1Редкоземельные металлы 0,001-0,1Молибден 0,2-0,5Олово 0,035-0,25Железо ОстальноеВ качестве примесей чугун содержит,. мас,%:Фосфор 0,01-0,06Сера . 0,001-0,01Известный сплав обладает достаточно высокими прочностными характеристиками и эа счет содержания магния бария и кальция обеспечивает получение шаровидной формы графитав отливках с толщиной стенки неменее 20 мм. Однако в широко распространенных тонкостенных отливках 5 с толщиной стенки менее 20 мм онне обеспечивает достаточной ударнойвязкости за счет чрезвычайно высокого уровня легирования карбидообразующими элементами (Сг, Мо, Япи т.д,). Данные концентрации элементов не обеспечивают получение отливок с сечением до 10 мм беэ структурно-свободного цементита, чтоухудшает обрабатываемость отливок.15Цель изобретения - повышениеударной вязкости при сохранении прочности в литом состоянии.Указанная цель достигается тем,что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь,магний, кальций, барий, редкоземельные металлы и железо, содержиткомпоненты в следующем соотношении,мас.7:25Углерод 3,1-3,7Кремний 2, 1-3,2Марганец 0,2-0,6.Хром 0,05-0,2Никель 0,05-0,4 30Медь 0,05-0,5Магний 0,04-0,075Кальций 0,001-0,01Барий 000.1-0,01Редкоземель-.ные металлы 0,001-0,02Железо ОстальноеПределы содержания компонентовустановлены, исходя из благоприятного сочетания структуры и свойств40чугуна. Нижний предел по содержаниюуглерода 3,1 мас.7 и кремния2,1 мас.% ограничен получениемструктуры без метастабильной автоматики, Верхний (углерод 3,7 мас.%,45кремний - 3,2 мас .%) ограничен ввиду дальнейшего охрупчивания сплава(образование силикокарбидов и легированного феррита). Нижний пределпо содержанию марганца (0,2 мас.%),50хрома (0,05 мас.7.), нит еля(0,05 мас.%), меди (0,05 мас.%)обеспечивает получение сплавас высокими прочностными характеристиками при минимальной степени леги 55 рования чугуна,. Наличие марганцаболее 0,6 мас.7 приводит к появлению цементита в структуре тонко"стенных отливок, что отрицательно1154360 Таблица 1 Химический состав,мас.7,Я Мп Сг Чугун С И 1 Сц 3 ф 2,80,32 0,042 0,32 1,2 Известный Предлагаемый 3,7 2,1 0,2 0,05 0,05 0,05 0,22 0,27 3,4 2,6 0,4 0,12 0,6 0,2 3,1 3,2 0,4 0,2 0,03 0,03 0,04 0,30 0,55 3,2 0,6 0,25 сказывается на свойствах чугуна. Повышенная концентрация никеля и меди вьппе 0,4 мас.% и 0,5 мас.7 соответственно не дает значительного эффекта в данных сечениях отливок и экономически нецелесообразно. Предельная концентрация хрома 0,2 мас.% установлена из необходимости исключения отбела в отливках.Нижние пределы содержанйя магния (0,04 мас .%), кальция (0,001 мас.%) бария (0,00 мас.%), редкоземельных металлов (0,001 мас.7) обуслов - лен необходимостью получения шаровидной формы графита в отливках с содержанием серы в исходном расплаве свыше 0,02 мас.7. Верхний предел по содержанию магния (0,075 мас .%)и редкоземельных металлов (0,02 мас.%) ограничен ввиду ухудшения формы графита при больших концентрациях (эффект "перемодифицирования"). Добавки кальция свыше 0,01 мас.7. приводят к ухудшению ударной вязкости и снижению прочностных свойств чугуна. Верхнее содержание бария (0,01 мас.%) ограничено экономическими соображениями, а также последующим малым приростом достигаемого положительного эффекта,П р и м е р, Для изучения структуры и свойств и проведения сравнительных испытаний вьи 1 лавляют ч уг уны известного и предлагаемого соста.вов (табл. 1) . Плавка чугунов производится в 60-килограммовой индук ционной печи с кислой футеровкой.Содержание примесей серы в исходном расплаве составляет 0,04 мас.7,.После перегрева до температуры1450 С чугун модифицируется в ковше: редкоземельными, металлами, силикокальцием, вводят также электролитический никель, медь и затемв форме - железокремниймагниевойлигатурой с содержанием (магния7 - 9 мас.%) в количестве 1,8-2,0 мас.%.Расчет производят исходя из усвоения Са, Ия, Ва и РЗМ 30, 70, 40,407 соответственно, остальное тугоплавкие) усваиваются в среднемна 95%. Образцы для механическихиспытаний вырезаются из комплекснойпробы, включающей ступенчатую плитус толщиной стенок 10-30 мм. Предлагаемый состав чугуна целесообразно использовать для изготовления тонкостенных деталей сельсхоз"машин, например стойка плуга, кольчато-шпоровый диск.30 Экономический эффект от внедрения предлагаемого объект 4 составит820 тыс.руб.1154360 Продолжение .табл.Ф Чугун Химический состав, мас.Ж Яп Мя Са Ва РЗМ Мо 0,122 0,35 Известный 0,05 0,022 0,05 0,05 Предлагаемый 0,04 0,001 0,001 0,001 0,01 0,010,035 0,001 0,0010,01ЧугунбВкгс/мм НВ . кгм/смфк 0,057 0,005 0,005 0,01 0,02 0,075 0,001 0,01 0,02 0,08 Т а б л и ц а 2 Механические свойства в отливках с толщиной стенки, ммаНВ кгм/см Известный 3,1 295 20 Предлагае 82 227 7,0 85 235 5,0 240 4,5 260 4,0 235 4,5 260 3,5 83,5 230 85 235 81,5 227 85 235 6,0 87 4,5 89 84 4,0 87 Составитель Г.ДудикРедактор Н.Тупица Техред Т,Маточка Корректор М.Максимишинец Заказ 2638/26 Тираж 583 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5