Белый чугун

/Ц ЕНИЯ ч а ю щ и и с я тем,повышения твердости прдо 700 С, ударной вязкостойкости, он дополнитцирконий, барий, неодимпри следующем соотношентов, мас.7Углерод о, с цель температурахсти и износо ьио со и празеодимии компоненьФь Мс ф 3 СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ ПИСАНИЕ ИЗ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт технологии автомобильной промышленности(56) Авторское свидетельство СССР Ф 1084331, кл. С 22 С 37/10, 982Авторское свидетельство СССР В 1067074, кл, С 22 С 37/08, 1984 (54)(57) БЕЛЫЙ ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий и железо, о т л и КремнийМарганецХромНикельВанадийЦирконийБарийНеодимПразеодимЖелезо 1,5-3,00,1-1,20,3-2,82,0-7,00,1-3,51,5-6,50,01-0,60,02-0,050,01-0,030,01-0,035Остальное214779 3 ПЕЕНИЮ ХРУ 11 КОСТИ, ОЛЕИЕКО ИнИЕО Стой-. кост ь как 1 ла В 11 ь 1 Р 11:1 р 1 мг то с упне ,ственио снижается.Для полу 1 ее 111 я стрчктуры чугуна с большим соде ржаЕОЕем карбидов, Обладающеи ве 1 сокой стойкостью к воздействию абраэив 11 ого износа, Особенно в условиях высоких температур, чугун легирован хромом и ванадием.При содержании последних менее их нижнего предела образуются карбиды типа МеС, что приводит к снижению твердости и теплостойкости, а в итоге - износостойкости, Содержание 510 1 1Изобретение относится к металлур-,гии, в частности к изыскае 1 ию износостойких чугунов, работающих в условиях интенсивного абразивного износа,Целью изобретения является повьппение твердости при температурах до700 С, ударной вязкости и иэносостой.костиП р и м е р. Выплавку чугуна проводят в индукционной печи ИСТ 025с основной фетуровкой, В расплав чугуна при температуре 1490-1510 С вво.дят легирующие элементы; никель, фер.рованадий, цирконий и феррохром. Перед заливкой в ковш вводят барий,неодим и празеодим. В разовые земляные формы при температуре 1450-1480 Спроизводят заливку и получают стандартные образцы для испытаний. Последние подвергают термической обработке по следующему режиму; нагревдо 950 С, выдержка 2 ч, закалка нао,воздухе, отпуск при 230 С в течениеВ5 ч, затем охлаждение на воздухе,Составы плавок предлагаемого чугуна и прототипа приведены в табл, 1.В результате проведенных исследований физико-механических характеристик плавок предлагаемого чугунаустановлено, что содержание углеродаи кремния менее их нижнего пределаувеличивает вязкость и уменьшаеттвердость не только в литом состоянии, но и после термической обработки.Содержание указанных элементов,превышающее верхний предел, резкоснижает износостойкость из-за образования в структуре чугуна хрупкихсложных эвтектических карбидов именее термостойкого карбида типаМеС, Одновременно происходит снижение прочности на изгиб и ударнойвязкости,При содержании марганца меньшенижнего предела образовавшийся прикристаллизации аустенит в случаебыстрого охлаждения, например привыбивке отливки из формы, частичнораспадается на перлит и мартенсит,Наличие перлита в структуре чугунаведет к резкому повышению износадеталей,Присадка марганца вьппе верхнегопредела приводит к снижению твердости не только в литом состоянии,но и после термообработки, Хотя этоведет к увеличению вязкости й умень 5 2 О 25 ЗО 35 40 45 5 О 55 хрома и ванад 11 я каждого в количестве,превьппаю 1 цем их верхний предел, такжеснижает износостойкость. Это можнообъяснить тем, что они в избыточномколичестве образуют хрупкую эвтетику, содержащую цементит, располагаемыйпо границам эвтектических колоний.Легирование никелем приводит кобразованию аустенитно-карбиднойструктуры в литом состоянии и мартенситно-аустенитной после термообработки, что повьш 1 ает прочностьна изгиб и ударную вязкость,1Содержание никеля менее 0,17. прак тически не влияет на свойства чугуна такие, как его прочностные характеристики и ударная вязкость, поскольку не изменяет структуру, аболее 3,57, оказывая воздействие настабилизацию аустенита, резко увеличивает его остаточное содержаниепосле термообработки, а это снижаеттвердость и износостойкость.Присадка циркония изменяет условия кристаллизации, способствуя образованию мелкодисперсной структуры,благодаря образованию мелкодисперсных карбидов и сульфидов, появляющихся в начальный период кристаллизации расплава, способствуя улучшению механических свойств (прочности, ударной вязкости и т,п,), атакже росту теплостойкости и износостойкости в условиях ударно-абразивного воздействия при температурахопорядка 20-700 С, Это можно объяснить также и тем, что основным фактором, определяющим степень упрочнения чугуна при легировании цирконием, служит количество электроновпоследнего, участвующих в образовании металлической связи с железом.На основании расчетных данных активными являются электроны 11 - иЮ-оболочек.1214779 Таблица 1и ейи/и Плавка (сплав) Ингредиенты, мас.Х 1 Мп Сг й Ч Ег Ва С 51 1,5 Ое 90,02 0,3 Ост,1. Иэвестный 2 эб 1 э 0 1 е 09 эО 1 е 8 1 еО 2. Выходящий эа пределы 1,5 0,4 0,3 ЭеО Ое э 5 Ое 005 Ое 01 Оэ 005 Ое 005 ее Э. Предлагаемый 1,5 0,5 0;Э 6,0 0,1 4,5 0,01 0,03 0,01 0,01 и 1 е 5 2 еО 1 еО 5 еО Оэ 2 Ое 02 Ое 02 ОеОЭ 4. Предлагаемый 3,0 0,1 5Предлагаемый 2,4 0,8 2,8 5,0 3,5 15 0,6 0,04 0,03 0,02 Ост. Оэ 4 Оэ 05 Ое 02 Ое 035 7. Выходящий эа пределыээ 3,0 1,2 3,0 6,5 3,5 6,5 0,8 0,07 0,05 0,05 Содержание пиркония менее ОеОХне оказывает эффективного влиянияна свойства чугуна, а более Оэ 67вводить его нецелесообразно, так какзто ведет к увеличению содержанияостаточного аустенита за счет снижения в нем содержания углерода иувеличения других легирующих элементов, например хрома, ванадия и др.Это приводит к снижению иэносостойкости чугуна в результате воздействия на неэ о абразива,Для рафинирования расплава исвязывания примесных элементов (азот,сера, фосфор и кислород) в неметаллические соединения округлой формы свыведением их в шлак в расплан вводят барий, неодим и празеодим. Неметаллические включения отрицательновлияют на формирование структуры и,следовательно, на прочностные свойства легированного белого чугуна.Введение бария, неодима и празеодима в расплав чугуна, как показываетэксперимент, приводит к связываниюазота и кислорода, доводя содержаниеэтих элементов в расплаве до минимальных концентраций, которые впоследствии не оказывают влияния насвойства чугуна при формировании егоструктуры в процессе кристаллизации.3В процессе раФинирования происходитсвязывание и удаление атомов кислорода и азота от граничных атомовмелкодисперсных образований графита,находящихся н расплане, что существенно облегчает образование карбидовванадия и хрома.6; Предлагаемый 2,0 1,2 2,0 7,0 2,0 6,5 Содержание каждого из этих элементон меньше нижнего предела оказывает слабое влияние на уменьшение вредного влияния серы, кислорода,фосфора, азота и др, элементов, т.е.на изменение формы, уменьшение количества и характер распределениясульфидов, фосфидов, окислов и нитридон, образующихся при энтектичес 10 кой кристаллизации, Присадка каждогоиз указанных элементов выше верхнегопредела приводит к появлению в структуре чугуна значительного количестванеметаллических включений, отрица 15 тельно влияющих на ударные свойствадеталей,Результаты физико-механическихиспытаний, проведенных по известнымметодикам, представлены в табл. 2.20 Испытания на износ велись непосредственно на детали (седло клапана) в производственных условияХ . Комплексное легирование и модифи цирование позволяет получить у белого чугуна, ныплавляемого в производственных условиях, хорошее сочетание свойств (прочностье ударнаявязкость, твердость и др.) при вы соких температурах и, следовательно,высокую износостойкостье Высокийуровень прочностных свойств и иэносостойкости (см. табл. 2 ) подтверждает целесообразность широкого использования этого чугуна в машиностроении, что позволяет экономитьметалл и снижать трудоемкость припроизводстве деталей.124779 Таблица 2 Г г Плавка (сплав) физико-механические свойства Ударнаявязеплостойкость,Износ,г/м чг Твер"дость,НКС Н 11 С костьгкгс м/см 600 С 700 С 63,0 35 6,8 0,4 41 Известная Выходящая запределы 43 62,0 50 75,0 Предлагаемая61 90,0 87,0 60 62 83,0 Выходящая запределы 45 2,2 0,5 46 64,0 лСоставитель Н. ШепитькоРедактор Л. Павхан Техред Т.Тулик Корректор Т, Колб Заказ 1161 Тираж 567 Подписное ВНИИЛИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5