Высокопрочный чугун

,02008;опол" йОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИажРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБР(56) Авторское свидетельство СССУ 773121, кл. С 22 С 37/10, 1980Авторское свидетельство СССРВ 1154366, кл. С 22 С 37/10, 198(57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано призготовлении крышек магистральныхлюков. Цель изобретения - повышениеусталостной прочности при вибрацияи хрупкой прочности. Новый чугун содержит., мас.Х: С 3-3,бу Зъ 2,3-3,0;Мп 0,2-0,6; М 8 0,02"0)09 у Вд 0)030,15; Сг 0,02-0,15; Се 0,03-0,10 рСп 0,05-0, 101 А 1 0,03-0,09; Са 00,06 ЕгЯ 0,01-0,07 Тъ 0,002-0,В 0,002-0,01 и Ре - остальное, Днительный ввод в состав чугуна Вобеспечил повышение усталостнойпрочности в 1,06"1, 11 раза и хрупкопрочности в 1,22-1,32 раза. 2 табл.Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для изготовления крьппекмагистральных люковЦель изобретения - повьппение усталостной прочности при вибрации ихрупкой прочности.Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предлага Оемого состава обусловлен следующим.Введение в чугун 0,002-0,01 мас. .бора, 0,05- О, 1 мас.% меди и 0,010,07 мас.Е нитридов циркония в совокупности обеспечивает повышение усталостной прочности при вибрацияхи хрупкой прочности. Отсутствиеодного из дополнительно введенногокомпонента или содержание его в неоптимальных пределах не позволят 2 Одостичь повьппения усталостной прочности при вибрациях и хрупкой прочностиНитриды циркония при содержании0,01- 0,07 мас% измельчают первичную структуру, служат центрами кристаллизации, снижают скорость зарождения и роста микротрещин, повьппаютдемпфирующую способность в широкоминтервале температур, что приводитк повышению усталостной прочностипри вибрациях и хрупкой прочности,.увеличивают величину деФормацни разрушения нри динамическом сжатии. Кон"центрация нитридов циркония принятаот содержания, с которого начинаетсяповышать усталостная прочность привибрациях и ограничивается содержанием, вьппе которого повышается содержанке в отливках неметаллическихвключений и снижаются трещиностойкость и хрупкая прочность,Медь в количестве 0,05-0,1 мас.%упрочняет и микролегирует матрицу, повышает величину деформации разрушения и механическую прочность, что приводит к повышению хрупкой прочности и сопротивляемости вибрациям. Пониженное содержание меди (до 0,05 мас. Ж не обеспечивает существенного повы"5 О шения сопротивляемости вибрациям, а при увеличении содержания меди (более О, 1 мас.%) увеличивается лик.вация, неоднородность структуры55 и повышается хрупкость.Бор в чугуне является поверхностно-активным компонентом, улучшающим форму неметаллическнх включений, монолитность графита, повьппакцим трещнностойкость, что обеспечивает по" вьппение усталостной прочности и пластических свойств. Прн концентрации бора менее 0,002 мас. . укрупняется структура, снижаются пластичность, усталостная и хрупкая прочность. При увеличении концентрации бора (более 0,01 мас. ) снижаются трещиностойкость и пластичность, сопротивляемость чугуна остаточным напряжениям и усталости.Содержание основных компонентов (углерод 3,0-3,6 мас, , кремний 2,3- 3,0 мас. . и марганец 0,2-0,6 мас, ) принято, исходя иэ практики производства чугунных крьппек люков для колодцев при литье в кокнль, и обеспечивает исключение образования эвтектического цементита в отливках, повышение пластических свойств, трещиностойкости и монолитности матрицы, что приводит к повьпнению хрупкой прочности, Увеличение содержания кремния (более 3 мас.%), углерода (более 3,6 мас. ) н снижение марганца (менее 0,2 мас.%) увеличивают неоднородность структуры, снижают пластические свойства, трещиностойкость и усталостную прочность. При концентрации углерода менее 3 мас. ., кремния менее 2,3 мас.% и марганца более О,б,мас.увеличивается отбел, снижается стабильность структуры и свойств, что приводит к снижению хрупкой н усталостной прочности.Магний (0,02-0,09 мас.%), цернй (0,03-0, 1 мас. ) и кальций (0,02- 0,06 мас.Е) являются основными модифицирующими и раскнсляющими компонентами, улучшающими форму графита, очищающими границы литого зерна н повьппающими пластические свойства и усталостную.прочность. При уменьшении их концентрации (менее нижних пределов) их модифицирующий и раскнсляющий зффект незначителен, улучшение формы графита н механических свойств недостаточное, а при увеличеннч их концентрации (выше верхних пределов) повьппается содержание не- металлических включений по границам зерен, неоднородность структуры, снижаются хрупкая и усталостная прочность.Титан (0,001-0,008 мас./) и алюминий (0,02-0,09 мас.%) способствуют14461измельчению структуры и повышению динамической прочности, сопротивляемости вибрациям и остаточным напряжением но при повышении их концентЭ5 рации (выше верхних пределов) ухудшается Форма граФита, уменьшаются хрупкая прочность и усталостная прочность чугуна в отливках.Хром в количестве 0,02-0,15 мас.7. и никель в количестве 0,03-0, 15 мас .7 микролегируют матрицу, повышают величину деФормации разрушения, механическую прочность, что способствует повышению усталостной прочности при 15 вибрациях и хрупкой прочности.П р и м е р. Высокопрочные чугуны заэвтектического состава выплавляют в газовой лечи Петрашевского с использованием литейных чугунов, чугун ного лома, стального лома и Ферросплавов. Для раФинирования чугуна используют известняк и плавиковый шпат, вводимые вместе с металлической шихтой соответственно в количест ве 2-3 и 0,1-0,37. от металлозавалки. Среднеуглеродистый. Феррохром и Ферромарганец вводят в шихту, а азотированные комплексные лигатуры СЦР-ЗОН и СЦРН, буру и магниевую лигату- З 0 ру на основе никеля и меди, содержащую 6-87. РЗМ и 5-67 магния, вводят в литейные ковши при выпуске металла из печи. Заливку модиФицированного чугуна в литейные Формы производят при 1350-1380 С для получения крышек люков, технологических проб и образцов. Крышки люков получают заливкой чугуна в металлическую Форму (кокиль)40 И табл. 1 приведены химические составы высокопрочных чугунов опытных плавок.45Содержание ингредиентов в чугунах определяют по стандартным методикам количественного анализа, а нитриды циркония - по методике диФФеренцированного химического анализа. Угар 874меди 18-227; магния 48-517.; бора16-197 и церия 31-357,В табл. 2 приведены механическиесвойства и сопротивляемость высоко"прочных чугунов вибрациям и деФормациям при динамическом сжатии. Отливки крышек проверяют на механическуюи на хрупкую прочность. На образцахопределяют временное сопротивление,относительное удлинение, усталостнуюпрочность при вибрациях, величинудеФормации при динамическом сжатийпо стандартным методикам испытаний.Эталоном при испытании чугунов надемпФнрующую способность служитВЧ 45-5.Как следует из табл. 2, дополнительный ввод в состав чугуна бораобеспечивает повышение усталостнойпрочности при вибрации в 1,06-1, 11 раза, а также увеличение хрупкой прочности в 1,22-1,32 раза.Формула изобретенияВысокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, магний, никель, хром, медь, церий, кальций, алюминий, титан, нитриды циркония и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения усталостной прочности при вибрации и хрупкой прочности, он дополнительно содержит бор при следующем соотношении компонентов, мас,7.;Углерод 3,0-3,6 Кремний 2,3-3,0Марганец О, 2-0,6 Магний О, 02-0, 09 Никель О, 03-0, 15 Хром 0,02-0,15 Медь 0,05-0,10 Церий 0,03-0, 15 Кальций 0,02-0,06 Алюминий 0,03-0,09Титан 0,902-0,008 Нитриды циркония 0,01-0,07 Бор О, 002-0, 010Железо ОстальноеСодеркение ковпонентов, мес,Х Иввестямй З,З 2,3 0,30 0,05 0 03 0,22 0,02 0,08 О, 20 0,05 1, 1 " 0,070 Остедвное йредде рвее 4 Зэа ЗеО Оэг Ое 02 ОеОЗ 0103 Оэ 02 ОеОЗ Оэ 02 ОэО Оэ 05 Ое 002 Оф 002 3,2 2,8 О 5 0 05 0,06 0,05 0,05 0,06 О, 1 005 0 08 . 0,005 0,005 3 б 2,3 0 б 0,09 Од 015 0,06 Оэ 09 ОЙ 5 0,07 0,1 0,01 О 008 И р я и е я а я я еЧуйуя яввествойо составе содервят, мес.Х 8 д 0,03 Но 0,1 Ч 0,1а вместо С 1 - РЗМ. Таблица 2ИЭВЕОтива . 2 Е,5 1 а 2 Е 2 бОЕ Зб5 72 Составитель Н. КасторноРедактор Н. Гунько Техред Л.Олийнык ректорЛ.Пата аказ 6719/32 Тираж 595 Подписное ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при 113035, Иосква, Ж 35 р Раушская наб д. 4/5 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная 2 42,0 э м,о З,б г,г