Чугун

тво СССР О, 1981. о СССР О, 1977. ельст С 37/ СУДАРСТЭЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(57) Изобретение может быть использовано для изготовления отливок,работающих в условиях термоциклирования нагрузок при воздействии абразивной среды, Цель - повышениетермостойкости, предела прочностина изгиб и ударной вязкости. Чугунсодержит компоненты в следующемсоотношении, мас.7: углерод 2,2-2,8;кремний 0,4-1,0; марганец 9-12,0;хром 22-24,0; азот 0,01-0,05; магний 0,01-0,05; титан 0,10-0,30;железо остальное, Дополнительныйввод в состав чугуна титана обеспечивает повышение термостойкости до836-978 циклов, Ьв при 900 С до240-265 ИПа и а при 900 С до16-19 Дж/см . 1 табл, Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке состава чугуна для отливок, работающегов условиях термоциклических нагрузокпри воздействии абразивной среды.Целью изобретения является повышение термостойкости, предела прочности на изгиб и ударной вязкостипри 900 С.Оптимальные пределы содержанияхимических элементов в разработанном чугуне обоснованы следующимиаргументами.Углерод в пределах 2,2-2,8 мас. обеспечивает получение необходимогоколичества высокотвердых карбидов(Сг, Ре) Сз , обеспечивающих высокую износостойкость, а также регулирование степени эвтектичности чугуна, обеспечивающей необходимые литейные свойства, Уменьшение концентрации углерода (менее 2,2 мас,%) ведет к снижению количества карбидов(Сг, Ре) С, литейных свойств и увеличению склонности к образованию пористости. При содержании углеродаболее 2,8 мас. . структурастановитсязаэвтектической, карбиды хромаприобретают форму крупных и грубых выделений, снижаются термостой.кость и прочность чугуна,Кремний в пределах 0,4-1,0 мас,7,как и углерод, используется для регулирования степени эвтектичностичугуна, предопределяющей его литейные свойства и структуру. При содержании кремния менее 0,4 мас.7 снижаются литейные свойства и возрастает склонность к образованию пористости, Увеличение содержания его(более 1,0 мас,7) приводит к снижению термостойкости и прочностипри высоких температурах,марганец в пределах 9,0-12,0 мас,7обеспечивает стабилизацию остаточного аустенита. При содержании марганца менее 9,0 мас.7 не обеспечиваетсяполучение металлической матрицы, состоящей из одного аустенита, в нейсодержатся различные продукты эвтектоидного превращения аустенита (мартенсит, бейнит, сорбит, троостит),что является причиной нестабильности структуры при термоциклическихнагрузках и снижения термостойкости.При содержании марганца более 12,0мас.7. матрица приобретает крупнозернистое строение, увеличиваетсяТитан, имея высокое химическоесродство с азотом, образует в жидком чугуне нитриды и карбонитриды,являющиеся дополнительными центрамикристаллизации и обеспечивающие получение мелкозернистой структуры, 35уменьшение в ней размеров эвтекти 1ческих колоний и устранение ее транскристалличности, что сопровождаетсяповышением термостойкости, прочности и ударной вязкости. Благодаря высокой микротвердости нитриды и карбонитриды титана повышают износостойкость чугуна. Связывая растворенныйв чугуне избыточный азот, титан устраняет склонность к образованию азотистой пористости. Влияние титанана величину зерна размеры эвтекти 3ческих колоний и соответственно натермостойкость и ударную вязкость существенно проявляется при содержанииего не менее 0,1 мас,7., носит экстремальный характер и при содержанииболее 0,3 мас,7. снижается. При приме-:нении более высоких концентраций титана также ухудшается жидкотекучестьчугуна и возрастает количество брака отливок по трещинам , в связи с1возникновением на межфазных границахконцентраций напряжений. 5 10 15 20 25 транскристалличность, что ведет к снижению термостойкости и ударной вязкости, а также возрастанию склонности к образованию трещин в литье,Хром в пределах 22,0-24,0 мас.7 обеспечивает получение в структуре гексагональных карбидов хрома (Сг, Ре) Сз, обладающих высокой микро- твердостью. При содержании хрома менее 22,0 мас.7. в структуре помимокарбидов (Сг, Ре) С имеются карбиды (Ре, Сг)С, имеющие меньшую микротвердость. Поскольку последние имеют более разветвленную форму, то при их появлении увеличиваются непрерывность карбидной фазы и отклонение от принципаД 1 арпи, что ведет к снижению механических свойств и термостойкости, Увеличение содержания хрома (более 24,0 мас,%)приводит к увеличению количества крупных выделений карбидов хрома, возрастанию транскристалличности, снижению вязкости, ухудшению литейных свойств (ухудшению жидкотекучести и возрастанию объемной усадки), увеличению склонности к образованию трещин.Азот в пределах содержания 0,01-0,05 мас.7 расширяет область существования устойчивого аустенита и обеспечивает получение нитридов и карбонитридов титана. При содержании азота менее 0,01 мас.не обеспечивается существенное изменение структуры и свойств чугуна, а при увеличении его концентрации (более 0,05 мас.7) возрастает склонность к 10 образованию пористости и трещин.Магний, раскисляя жидкий чугун, уменьшает возможность образования окислов хрома и титана, которые в виде плен снижают жидкотекучесть чу гуна, обеспечивает увеличение степени усвоения титана, а главное десульфирует чугун, что обеспечивает чистоту межзеренных границ от сульфидов, . ухудшающих механические свой ства и термостойкость. При содержании магния менее 0,01 мас.7 не обеспечивается достаточная степень раскисления и десульфурации чугуна. Увеличение содержания магния (более 0,05 мас.Е) приводит к снижению степени его усвоения без увеличения степени окисления десульфурации и раскисления.П р и м е р. Чугун выплавляют в ЗО электропечи с кислой футеровкой, Шихта состоит из низкокремнистого предельного чугуна, стального лома и ферросплавовНеобходимое количество азота в чугуне обеспечивают при-. 35 садкой азотированного феррохрома. Магний и титан вводят в металл после выпуска его из печи, используя металлический колокольчик, От каждой плавки отбирают пробы в виде болва кок диаметром 30 мм, отлитых в песчано-глинистых формах, из которых вырезают образцы для проведения металлографических исследований, металлических испытаний и определения термостойкости.Термостойкость определяют термоциклированием (электронагрев до 900 С и охлаждение водой) на установке, обеспечивающей предварительное защемление торцов образцов. Мерой термостойкости является количествоФормула и з обретения Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, азот, магний и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения термостойкости, предела прочности на изгиб и ударной вязкости при температуре 900 С, он дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас,7.:УглеродКремнийМарганецХромАзотМагнийТитанЖелезо 2,2-2,8 0,4-1,0 9,0-12,022-24,0 0,01-0,05 0,01-0,05 0,10-0,30 Остальное циклов до разрушения образцов из-затермоусталостных напряжений, Прочность и ударную вязкость при высокихтемпературах определяют через 3-5 спосле электронагрева образцов доо900 С. Металлографические исследования проводят на образцах после механических испытаний, анализируя микроструктуру шлифов, выполненных методом алмазной полировки, по месту раз-.рушения образцов,Химический состав образцов и результаты механических испытаний приведены в таблице.Анализ приведенных в таблице данных свидетельствует о том, что сурьма снижает эффективность влияния титана на структуру и свойства чугунов (плавки 4-11). Это связано стем, что она взаимодействует с титаном, нейтрализуя его влияние на свойства чугуна, а также образует собственную хрупкую эвтектику по границам зерен, поэтому она исключена изсостава разработанного чугуна (плавки 13-17),Дополнительный ввод в составпредлагаемого чугуна титана обеспечивает по сравнению с известнымповышение термостойкости, пределапрочности при изгибе и ударной вязкости,1315510 утун Содерканне хнмнческнх элементов мяс.Х Прочностьна нэтнбнрн900 асПа Термостой" Ударналвяэ"костьнрн900 С,к ем 1 ТС Ре кость,количествоцнкловдо рае"Рунення Невест"еай 1 1,70 080 800 125 00 0 О 0036 003 76,9 Я 652 135остальное 718 170 14 8,50 24,0, 0,05 007 0,015 0,25 3 3 ОО 2,60 Остальное У 46 н - 732 785 УВЯ, н 005768 2 2,10 0,30 8,50 20,5 0,005 0,005 0,043 Предлатае-,ей 13 2 20 040 9,00 22,0 0,0 001 0,035 0,10 Остальное 836 О, 15 " " " 892 4 2350,55 9,50 22,5 002 002 0,030 15 2,50 0,70 10,50 230 003 0 ОЭ 0,023" 978 н 926837 786", 779 0,20 16 2,65 0,85 11,50 23,5 0,04 0,04 0,017 7 2,80 1,00 1200 24,00 0,05 0,05 0,015 18 3,00 1,О 1250 24,5 0,06 0,06 005 0,25 0,30 О,Э 5 9 3;20 1,20 3,00 25,0 0,07 О 08 0,015 0,40 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4,2 2 Э 5 1,70 3,25 18,2 0,03 0,04 0)018 0,14 4 2,10 О,ЭО 8,50 20,5 0005 0,005 0048 0,01 0,05 5 2,20 040 9,00 22,0 0,01 0,01 0,036 0,03 0,10 6 235 055 50 225 002 002 0,033 0,08 015 "798 7 2,50 0,70 1050 23,0 0,03 0,04 0,018 0,14 0,20 "826 8 2,65 0,85 1,50 235 004 0,05 0,016 0,19 025 " " " 812 9 2,80 00 12,00 24,0 0,05 007 0,05 0,250,30 - " - 804 10 3,00 1,10 2,50 24,5 0,06 0,08 0,015 0,26 0,35 " 770 11 3,20 1,20 1300 25 О 0,07 0,09 0,04 0,27 0,40 Составитель НКосторной Редактор Н, Гунько Техред М.Моргентал Корректор И, МускаЗаказ 2320/28 Тираж 604 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5