Чугун

(19) ( 5)4 С 22 С 37 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЬСТВУ АВТОРСКОМУ СВИ отаюдар ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Белорусский политехнический институт и Производственное объединение "Павлодарский тракторный завод" им. В.И.Ленина(56) Авторское свидетельство СССР У 956594, кл. С 22 С 37/10, 1982.Авторское свидетельство СССР В 618442, кл. С 22 С 37/08, 1976. (54) ЧУГУН(57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве отливок, раб щих вусловиях повторяющихся у ных нагрузок и абразивного износа, Цельизобретения - повышение ударно-усталостной долговечности, снижениесклонности к образованию горячитрещин и улучшение износостойкости.Новый чугун содержит компоненты вследующем соотношении, мас.3: С 2,83,2; Б 1 0,8-1,2; Мп 0,3-1,0; Сг 1015; М 0,3-1,0 Т 0,05-0,1; Се0,005-0,1 И 0,01-0,02 ф Ч 0,2-"0 );Ва 0,05-0,10; Ре - остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна 7 иВа повысил ударно-усталостную долговечность в 1,16-1,44 раза, снизилсклонность к трешинообразованию в1,18-1,43 раза и улучшил износостойкость в 1,33-2,03 раза. 2 табл.Изобретение относится к металлургии, в частности к разработк состава чугуна для отливок, работающихВ условиях повышенных ударно-цикли 5ческих нагрузок и абразивного износа,Цель изобретения - повышениеударно-усталостной долговечности,снижение склонности к образованию горячих трещин и улучшение износостойкости.Нижние пределы углерода и кремния (2,8 и 0,8 мас, ) соответственно выбраны исходя из технологичностисплава - обеспечения достаточной жидкотекучести сплава (как правилосплав идет на изготовление тонкостенного литья - дробеметные лопатки,бронеплиты трубных мельниц и т.д.,толщина стенок которых не превьппяет,5-10 мм и поэтому обеспечение хорошейжидкотекучести является важным Фактором получения качественного литья.,соответственно выбраны исходя из 25,необходимости обеспечения требуемойстойкости и износостойкости, вследствие образования при превышении верхнего предела хрупких сложных эвтек-.тических карбидов и менее термостойкого карбида типа Ме. С.Марганец - карбидостабилизирующийэлемент, упрочняющий сплав. При этомон не образует собственные карбиды,, в связи с чем содержание марганца, ограничено в пределах 0,3-1,0 мас.35При содержании марганца ниже нижнего предела образовавшийся при крис таллизации аустенит в случае быстро, го охлаждения, что имеет место приизготовлении тонкостенных отливок,частично распадается на перлит имартенсит, Наличие перлита в структуре чугуна ведет к резкому повышениюизноса деталей. Присадка марганцавьппе верхнего предела не приводит ксущественному упрочнению.Содержание хрома в пределах 10 -15 мас,% обеспечивает кристаллизацию сплава по метастабильной диаграмме. Хром и ванадий - сильные карбидообразующие элементы, причем их собственные карбиды обладают значительнобольшей микротвердостью, чем карбидыжелеза и оказывают значительное влияние на твердость и износостойкостьчугунов,Нижний предел по содержанию хрома(10 мас,l) гарантирует требуемую микроструктуру с.1: в .в (достаточноеколичество и рясредепение карбидов,дпя обеспечения износостойкости).Вьппе верхнето препеля (15 мас )ухудшается Форма и происходит укрупнение карбидов, что обуславливаетснижение износостойкости и служебныхсвойств сплава,Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна ванадия в количествах0,2-0,6 мас,/ приводит к образованиюкарбидов и карбонитридов, которыеравномерно расположены в металлической матрице сплава. Карбиды и карбо -нитриды ванадия характеризуются высокой дисперсностью (5-10 мкм) имикротвердостью (Н 9000-10000 ИПа).что способствует повьппенпю износостойкости сплава. Вместе с тем ввод всостав чугуна ванадия улучшает еготеплоФизические свойства, Это связанос тем, что при кристаллизации повышается дисперсность продуктов распада аустенита, увеличивается количество карбидной Фазы, что оказывает положительное влияние на улучшение теплопроводности, Склонность к образованию горячих трещин снижается. Никель - сильный упрочняющий элемент. Нижний предел 0,3 мас, , обеспечивает достаточное упрочнение металлической матрицы. При верхнем пределе 1,0 мас,в сочетании с суммарным содержанием ванадия, титана, марганца и хрома обеспечивается максимальный упрочняющий эФФект,Церий и титан - сильные рафинирующие элементы, способствуют связыванию 0, Б и Р в неметаллические включения и изменяют топограФию их расположения, вытесняя с границ зерен и переводят непосредственно внутрь зерна. При этом значительно повьппаются силы молекулярно-механического сцепления, Ударно-усталостная долговечность повышается вследствие отсутствия неметаллических включений, препятствующих движению дислокаций. Наряду с этим церий и титан способствуют измельчению и улучшению Формы карбидных включений и равномерному их распределению в матрице, что также повышает стойкость чугуна в условиях ударно-абразивного износа. Нижние пределы 0,005 и 0,05 мяс.% соответственно - минимальная добавка, при которых ощущается их положительное5687,4ров в минуту Образцы для испытанийна ударную усталость имели форму сразмерами 10 10 55 мм, Испытания проводили при постоянной нагрузке50,3 кГ, За критерий УУД принималоськоличество циклов нагружения до разрушения образца Ю. Склонность чугуна к образованию горячих трещин определялась с помощью прибора конструкции ЦНИИТМАШ с усовершенствованнойэлектрической схемой, Принцип действия этого прибора основан на преобразовании усилий деформации пружины,тормозящей линейную усадку залитогообразца при его охлаждении, в пропор-.циональные изменения разности потенциалов.Данная методика позволяет получатькачественные зависимости склонностисплава к образованию горячих трещинот различных металлургических факторов в виде усилия Р, вызывающего образование горячих трещин в термическом25 узле образца, Исследования проводились на образце длиной 500 мм и диаметром 16 мм, переходящего в термический узел диаметром 50 мм.Износостойкость оценивали весовымЗ 0 методом. Образец диаметром 1 О мм перемещался по поверхности абрази 1 ногоматериала. Дисперсность корунда, который служил в качестве абразивногоматериала, составляла 250-320 мкм.35Нагрузка на образец 1,5 кГ. Путь образца по поверхности составлял 50 м.Скорость движения 0,8 м/с.В табл.1 приведены химические сос-тавы предложенного и известного чугу 40нов в табл.2 - результаты испыта"ний. 339 45 50 влияние, Верхние пределы (0,10,1 мас. ) установлены исходя изпринципа экономичности. Вьппе верхнихпределов эффект прироста УУД и износостойкости незначительный,Азот - элемент, образующий прочные соединения с титаном, ванадием,такие как нитриды и карбонитриды,равномерно располагаясь в матрице,они способствуют увеличению общейтвердости чугуна и особенно износостойкости. Нижний предел его содержания 0,01 мас.обеспечивает доста-,точное количество нитридов и карбонитридов для повьппения износостойкости сплава, Верхний предел(0,02 мас. )установлен исходя из ограниченнойрастворимости азота в жидких железоуглеродистых сплавах. Барий частичнорафинирует чугун от примесей. Основное назначение бария в составе износостойкого чугуна - снижение различийв коэффициентах теплового расширенияфаз при кристаллизации и затвердевании чугуна, повышение его теплопроводности. Установленные пределы содержания бария в чугуне (0,05-0,10 мас. )обеспечивают снижение образования горячих трещин.П р и м е р. Плавка исходного расплава чугуна осуществляется в индукционной тигельной печи емкостью 50 кгс кислой футеровкой тигля. После перегрева расплава до 1450 С осуществлялась доводка химического состава по основным и легирующим элементам, В качестве ферросплавов использовались: азотированный ФеррохромФХ 400 Н, ГОСТ 457-67 (Сг 68 .,М 5 ), ферромарганец ФМп 0,5, ГОСТ4755-70 (Мп 85 ); Ферротитан Ти 1,ГОСТ 4761-67 (Т 1. 30 ); феррованадий Вд 1, ГОСТ 4760-49 (7 40 );электролитический никель, цериевыймишметалл МЦ, ЦМТУ-20-67(Се 36 ); барий в виде Ферросилиция с барием ФС 65 Ба 7, ТУ 14-5-16084 (Ва 8 ), Усвоение элементов изферросплавов, : Ст 65-75, Ю 65-75,Мп 85-90 7 70, Т 1 60-70,. УсвоениеН. 85-90 Х, Се 60-70 , Ва 70-80 .Для сравнительных испытаний известного и предложенного чугунов на ударно-усталостную долговечность использовали специальную установку, реализующую односторонний изгиб ударногообразца без надреза сосредоточеннымударом в центре с частотой 400 удаКак следует из табл,1, дополнительный ввод в состав предложенного чугунами и Ва обеспечивает по сравнению с известным повьппение ударно-усталостной долговечности в 1,16-1,44 раза, снижает. склонность к образованию горячих трещин в 1,18-1,43 раза и улучшает износостойкость в 1,332,03 раза. Формула изобретения Чугун, содержащий углерод, кРемний, марганец, хром, никель, титан, . церий, азот и железо, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повьппения ударно-усталостной долговечности,,4 0,07 0 0 3 0,02 0,1 0,6 0 аблица 2 Свойства ределыодержаЧуг 1 инейная усадка,Х но состойсть, г ууд, Ю 10 циклов силие и образ вания горяч трещин,Р, кГ 1,2 105 естный Средний редложеный 21 Ниж,5 и м е ч а н и е. Испытания проводились на образцах, подвергнутыхзакалке с последующим охлаждением в струе воздуха.оТемпература аустенизации 920110 С. Составитель Н.КосторнойТехред Л.Сердюкова Корректор И,М Редактор Т,Лазоренко Заказ 246827 Тираж ВНИИПИ Государств по делам изобре 113035, Москва, Ж-З594 Пнного комитета СССРений и открытийРаушская наб д, 4/5 одписн роиэводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 5 1395687 снижения склонности к образованию горячих трещин и улучшения износостойкости, он дополйительно содержит ванадий и барий при следующем соотноше 5 нии компонентов, мас.4:Углерод2,8-3,2Кремний 0,8-1,2Марганец 0,3-1,0 ХромНикельТитанЦерийАзотВанадийБарийЖелезо 10-15 О, 3-1,0 0,05-0,1 0,005-0,1 0,01-0,02 0,2-0,6 0,05-0,10 Остальное