Высокопрочный чугун

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ 19) (1 22 С ЕННЫЙ НОМИТЕ ЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯГОСУДПО ИЗОБРПРИ ГКНТ м ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Гр.1(71) Научно-производственное объединение по тракторостроению иХарьковский автомобильно-дорожный институт им. КомсомолаУкраины(56) Авторское свидетельство СССР В 850722, кл. С 22 С 37/10, 1981.Авторское свидетельстве СССР В 1057570, кл. С 22 С 37(10, 1983.(57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано припроизводстве коленчатых валов. Цельизобретения - повышение усталостнойпрочности при температуре 400 С втермообработанном состоянии. Новыйчугун содержит мас.Х: С 3,3-3:,9;Я 2,2-3,0; Мп 0,5"С,9 р Р 0,03-0, 1;Мд 0,3-2, 1; Мо Оэ 1 Оф 7 е Ф 01020,04; 1.а 0,005-0,008; Ю 0,003-0,006Ея 0,001-0,003; Уй 0,008-0,010; Ка0,001-0,003 н Ге остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна ЯЙ, Ег,УС и Ба обеспечивает повышение преде"ла усталостной прочности при 400 С в1,02-1,1 раза. 2 табл.Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для коленчатых валов.Цель - повышение предела усталостной прочности при температуре 400 С.Изобретение иллюстрируется примерами конкретного применения.Выбор граничных пределов содержания компонентов обусловлен следующим. 10Введение углерода и кремния в ука. занных пределах обеспечивает необходимые свойства предлагаемого высоко- прочного чугуна. Присадка углерода и кремния в чугун меньше нижнего пре дела приводит к отбелу и ухудшению обрабатываемости получаемых отливок. Присадка выше верхнего предела приводит к увеличению не только количества, но и размера включений графита 20 шаровидной формы, а также к нарушению однородности металлической основы в отливках, что в дальнейшем снижает усталостнуюпрочность.Содержание марганца меньше нижнего предела не оказывает существенного влияния на свойства чугуна. Введение марганца выше верхнего предела приводит к выделению карбидов в ли 1 той структуре, увеличению твердости ЗО и ухудшению обрабатываемости, а после нормализации - к повьппению твердости и снижению усталостной прочности, а следовательно, уменьшению долговечности коленчатого вала.Присадка фосфора меньше нижнего предела не оказывает влияния на структуру и свойства чугуна, Содержание фосфора выше верхнего предела приводит к формированию фосфидных вклю О чений значительного размера, что потребует увеличения модифицирующих элементов, а также сопровождается снижением прочности свойств чугуна.Легирование высокопрочного чугуна 45 никелем и молибденом повышает прочностные свойства. Особенно сильно это влияние проявляется при воздействии высоких температур, что непосредственно связано с формированием мел О козернистой литой структуры,.Введение никеля и молибдена меньше нижнего предела практически не влияет на изменение структуры и механических свойств чугуна. Присадка 55 никеля выше верхнего предела нецелесообразна ни экономически, ни практически, поскольку его содержание более 2, 1 Х начинает способствовать графитизации, а следовательно, изменениюструктуры чугуна. Присадка молибденавыше верхнего предела приводит к увеличению количества карбидов при нормализации, что резко повышает твердость и снижает усталостную прочность.Модифицидование чугуна комплексомэлементов обеспечивает однороднуюструктуру и правильную шаровиднуюформу включений графита практическиодинакового размера. При этом происходит связывание примесных элементови неметаллические включения правильной округлой формы. Взаимодействиемодифицирующих элементов с деглобуляризаторами приводит к исключениюих отрицательного влияния на механизмформирования включений графита шаровидной формы.Присутствие в комплексном модификаторе натрия, имеющего малый атомный вес, обеспечивает глубокое очищение расплава от кислорода за счетбольшого сродства и быстрого всплывания окислов. Присадка эрбия значительно усиливает процесс обессеривания расплава, что существенно усиливает эффект модифицирования,приводя почти к полной сфероидизации включений графита и болееравномерному их росту,Оставшиеся мелкозернистые неметаллические включения при кристаллизации расплава оказывают существенноевлияние на формирование металлическойосновы чугуна. В частности, находясьв расплаве в твердом состоянии, онивыпол.няют роль зародышей, образуяв конечном итоге мелкозернистуюструктуру. Очищая границы зерен иизменяя их энергетическое состояние,модифнцирующие элементы приводят ксущественному повышению прочностныххарактеристик чугуна в литом состоянии. При оптимальном режиме нормализации эти свойства значительно повышаются, обеспечивая высокие экс"плуатационные характеристики деталей,Содержание модифицирующих элементов (каждого в отдельности) меньшенижней границы неэффективно, поскольку процесс модифицирования расплавачугуна протекает частично, а вышеверхнего предела ведет к отрицательным результатам - происходит процессперемодифицирования, т.е. при звтектической кристаллизации образуютсявключения графита пластинчатой формы,,0,0 003 ф,007 О,ОО 5 0,009 которые отрицательно сказываются на свойствах чугунаП р и м е р , Выплавку чугуна проводят в дуговой электропечи ДСП-ЗА. В расплав чугуна при 1773-1793 К вводят лег) рующие элементы - никель гранулированный и ферромолибден. Перед выпуском из печи жидкого чугуна на дно ковша вводят лантан, неодим, иттрий, эрбий и натрий, модифицирование осуществляют металлическим магнием в автоклаве. Заливку проводят при 1653-1693 К, отливают коленчатые валы и образцы, Отливки подвергают нормализации по режиму: нагрев при 1133-1213 К, выдержка 1 ч, охлаждение на воздухе.Химический состав выплавленных чугунов приведен в табл . 1, прочностные характеристики - в табл, 2, из которых. следует, что ввод в состав чугуна Ы, Ег, Уй и Яа обеспечивает повышение предела усталостной прочности при 400 С в 1,02-1,1 раза. 79 18 формула изобретения Высокопрочный чугун, содержащийуглерод, кремний, марганец, фосфор, никель, молибден, магний, лантан и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения усталостной прочности при 400 С, он дополни 1 О тельно содержит неодим, эрбий, иттрий и натрий при следующем соотношении компонентов, мас.Х;Углерод 3,3-3,9 Кремний 2,2-3,0 16 Марганец 0,5-0,9фосфор 0,03-0,10 Никель 0,3-2, 1 Молибден 0,1-0,7 Маг ний О 02-0,04 20 Лантан 0,005-0,008Неодим 0,003-0,006 Эрбий 0,001-0,003 Иттрий 0,008-0,010 Натрий 0,001-0,003 25 Железо Остальное.ца 11447918 Та блица Прочностные характеристики после нор- мализации вф МПа Чугун вердость - НВ, ИПа, при С Усталостная прочность 4. МПа прифС 20 400 20 400е 390,0 270,0 4200 3250 850 Предлагаемый1 2150 275,0 2400 925,0 970,0 298,0 2800 2460 2400 290,0 2700 283,0 2550 952,0 936,0 2190 Составитель Н.КосторнойРедактор М.Недолнко Техред М.ХоданичКорректор Л.ПатайЬ ьв Заказ 6813/32 Тираж 595 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж Раущская наб.д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Известный