Чугун

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 091 (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ СССР ТНРЬГГИЙНИЕ И ЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЪСТВУ ВТОРСКОМУ СВИДЕ ЖОУ 1-,-02 ия пр текуч ит ни ующем что,ти, о ий, с оотно Бюлдо Р 4о ополни Красного Зна ельский инст ильной прос а глерод ремнийарганером и8.8етелС 3ель ство СС 06, 196 во СССР 06, 197 й углер дь, тит ийся С 22свидеС 22 УН, сод анец,х л и ч т иобиитронцийарий 0,01 00,02 и тем, тальное(54) (57) ЧУГкремний, маргжелезо, о т 4 с гг с 37 06 с целью повыше ударе и пределательно содер и барий при сле компонентов, ма 1,6-2,8 О, 2-1,4 0,4-3,5 3,5-8,5 0,5-2,5 ,05-0,65 О, 1-3,5Изобретение относится к металлургии, а именно к изысканию составаизносостойкого легированного белого чугуна, предназначенного для работыв условиях ударно-абразивного износа в интервале температур 20-600 С.Цель изобретения - повышениепрочности при ударе и предела текучести.Выплавку чугуна ведут в индук- ционной печи ИСТ 025 с нейтральной футеровкой. В расплав чугуна при1380-1420 С вводят следующие легированные элементы: ферромарганец, медь, ниобий, феррохром и ферротитан. Перед заливкой на дно ковша вводят барий и стронций.в виде лигатур. Химический состав конкретных плавок предлагаемого и известного чугунов приведен в табл. 1.На основании проведенных испытаний установлено, что содержание углерода и кремния больше верхнего предела приводит к снижению ударной прочности и предела текучести, а следовательно, к увеличению износа, благодаря образованию в структуре чугуна сложных карбидов типа цементита формулой (Ге, Сг)З С,Уменьшение количества этих элементов менее нижнего предела также ведет к снижению ударной прочности, уменьшению твердости, а это сказывается на износостойкости - ведет к ее снижению.Марганец существенно влияет не только на структуру металлической основы, но .и на строение эвтектик, увеличивая долю тройной эвтектики (А + Сг,С+ МеС). При условии сохранения постоянной структуры металлической основы с увеличением содержания углерода должна увеличиваться и концентрация марганца. Это объясняется тем, что марганец подавляет перлитное превращение, что повышает износостойкость. Содержание марганца менее его нижнего предела ведет к недостаточным закали" ваемости (перлитная структура) и износостойкости. Введение его вьппе верхнего предела снижает температуру мартенситного превращения, повышает количество остаточного аустенита в структуре чугуна (после термообработки), снижает твердость и ухудшает износостойкость.Для получения у чугуна высоких ударной прочности и абразивной стой 99820 зкости его легируют хромом в пределах3,5-8,5 мас. %. Введение хрома менее 3,5 мас. % ведет к образованиюэвтектиеского цементита (Ре, Ст)з С,что нежелательно, так как хрупкаяэвтектика, содержащая цементит, располагается по границам эвтектических колоний и охрупчивает металлическую основу.1 О Присадка хрома выше верхнего предела приводит к образованию богатыххромом комплексов, увеличивающих неоднородность структуры. Как показали исследования, эти комплексысостоят из 70 мас. % хрома и30 мас. % железа, что ведет к охрупчиванию, а в итоге к снижению ударно-абразивной стойкости отливокиз предлагаемого чугуна.Легирование чугуна медью в пределах 0,5-2,5 мас. % повышает термодинамическую активность углерода.Использование при этом дополнительных карбидообразующих элементов.25 (хром, ниобий) приводит к значительному повышению ударной прочности и предела текучести, что непосредственно связано с ростом износостойкости.Содержание меди менее 0,5 мас. %малоэффективно, а выше верхнегопредела (2,5%) нецелесообразноиз-за сильного влияния на стаби.лизацию аустенита. После термической обработки выделяется большое 35количество остаточного аустенита,отрицательно сказывающегося йаизносостойкости.Присадка титана раскисляет чугун, улучшает свойства расплава 40за счет удаления неметаллическихвключений в шлак. Одновременно в начальный период кристаллизации происходит образование мелкодисперсных нитридов и карбидов, служащих 45 впоследствии центрами формирова .ния мелкодисперсной металлическойосновы, В результате увеличиваются прочностные свойства чугуна иего износостойкость.50 Содержание титана менее нижнегопредела практически не оказываетвлияние на свойства чугуна, а содержание его более верхнего пределасоздает технологические трудностипри получении отливок.Ниобий оказывает наиболее сильноелегирующее воздействие на расплавчугуна. Его влияние в наибольшей1199820 Таблица 1 Сплав Содержание ингредиентов в сплаве, мас. 7 С Бз Хп Сг Си Тд . КЬ Бг Ва Ре Известный 3,2 2,8 4,8 3,0 1,4 ОстальаВВ ное 0,3 Выходящий заграницы 1,6 0,2 0,5 3,7 0,5 0,07 0,05 0,005 0,01 То же . степени сказывается на грочностных характеристиках. Образуя в расплаве мелкодисперсные карбиды и нитриды, он формирует однородную мелкодисперсную структуру, которая после указанной ниже термической обработки способствует высокой стойкости к воздействию температуры (до 600 С), Это можно объяснить блокировкой дислокаций и перемещениями границ зерен в процессе влияния высоких температур. Это, в свою очередь, обеспечивает повышен ные ударную прочность и предел текучести в процессе работы деталей, полученных из предлагаемого сплава. С помощью электронного микроскопа выявляют новый тип сложных карбидов на основе ниобия, которые приводят к дисперсному твердению.Содержание ниобня менее 0,1 мас.7 малоэффективно, а более 3,5 мас.7 его вводить нецелесообразно, поскольку никакого влияния на дальнейший рост предела текучести и ударной прочности он не оказывает. Абразивная стойкость также соответствует пределу 3,5 мас. 7 ниобия;С целью увеличения прочностных и пластических свойств за счет рафинирования расплава (связывание при. месных элементов таких как сера, фосфор, кислород в неметаллические соединения правильной округлой формы и удаление их в шлак) в состав белого чугуна вводят стронций и барий. В результате большого химического сродства указанных элементов к примесным происходит достаточно полное удаление. последних из расплава, что при последующей кристаллизации обеспечивает образование мелкодисперсной структуры металлической основы. При этом границы зерен свободны от неметаллических включений неправильной фор"мы, например сульфидов марганца(МпБ) и других подобных соединений,Как показывают испытания, неметаллические включения бария и стронция правильной округлой формы распределены внутри зерен металлической основы. Такой характер их рас О пределения дополнительно ведет кувеличению прочности и предела текучести.Таким образом, присадка каждогоиэ указанных элементов менее егонижнего предела малоэффективна, аболее верхнего предела оказываетотрицательное влияние на формирование металлической основы, что приводит к снижению ударной прочности,предела текучести и износостойкости.Физико-механические испытанияобразцов указанных плавок проведены по известным методикам и представлены в табл. 2.25 Заливку образцов производят вразовые земляные формы при 15301550 С,Испытания проводят после термической обработки по следующему режи-му: нагрев до 930 С, выдержки 1,5 ч,закалка на воздухе, отпуск при 200 Св течение 4.ч.Испытания на износ проводят надеталях-толкателях непосредственно в35производственных условиях на стендах для ускоренных испытаний.Как видно из табл, 2, предлагаемый чугун позволяет более чем в2 раза повысить эксплуатационнуюстойкость деталей двигателя внутреннего сгорания, т.е. увеличить срокего службы, что приводит к существенному сокращению расхода запасныхчастей.1199820 Продолжение табл, 1 Содержание ингредиентов в сплаве, мас. 7 Сплав С 51 Мп Сг Сц Т 1 НЬ Бг Ва Ре Предла гаемыйаз 783 1/31. Тираж 582 ВНИИПИ Государствен по делам изобрет 113035, Москва, Ж, ал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная Выходящий заграницы 1 Подписиго комитета СССРий и открытийаушская наб., д.4/5 0,0 56 0,0 55