Чугун

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 37/О 114 "С ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ндаре металуано х ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГННТ СССР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(57) Изобретение относится клургии и может быть использовпри производстве отливок, работаю Изобретение относится к металлургии, н частности к разработке составон чугуна для отливок, работающих в условиях трения и ударно-циклических нагрузок,Цель изобретения - повышение ударно-усталостной долговечности (УУД) при сохранении уровня износостойкости. Выбор граничных пределон содержания компонентов, входящих н состав предложенного чугуна, обусловлен следующими соображениями.Углерод и кремний: нижние пределы (3,2 и 2,0 мас.Х соответственно) выбраны исходя из технологичности сплава и обеспечения его достаточной жидко- текучести. Верхние пределы (4,5 и 2,8 мас.Х соответственно) выбраны исходя из необходимости обеспечения. ЯО 14548 Т в условиях трения и ударно-циклических нагрузок. Целью изобретенияповышение ударно-усталостной долговечности при сохранении уровня износостойкости. Новый чугун содержит,мас.Х; С 3,2-4,5; Б 1. 2-2,8; Мп 0,10,4; Сг 0,6-1,2; Сы 0,8-1,4; Мо 0,61,0; 1 0,2-0,6; Р 0,2-0,6; 1 Я 0,010,02; БЬ 0,02-0,04; ИЬ 0,4-0,8;РВМ 0,005-0,01 и Ге остальное. Дополнительный ввод в состав чугунаБЬ, МЬ и РЗМ обеспечил по сравнениюс известным составом повышение ударно-усталостной долговечности в 1,361,56 раза при сохранении уровня износостойкости чугуна, 2 табл. требуемой стойкости и износостойкостчугуна. Марганец - карбидостабилизирующий элемент, упрочняищий сплав. При этом он не образует собственные карбиды, в связи с чем содержание марганца ограничено в пределах 0,1-0,4 мас.Х. Превышение содержания марганца выше верхнего предела не приводит к существенному упрочнению сплава.Наличие хрома н составе чугуна в пределах 0,6-1,2 мас,Х обеспечивает кристаллизации сплава по метастабильной диаграмме с образованием ледебуритной эвтектики. Хром относится к сильным карбидообраэующим элементам, существенно повышающим твердость и износостойкость чугунов, Нижний предел содержания хрома (0,6 мас.Х) обусловлен отсутствием(1,2 мас.7.) ограничен снижением жидкотекучести и увеличением склонности чугуна к пленообразованию,Медь в составе чугуна вызываетэффект дисперсионного твердения, чтоспособствует измельчению перлитноцементитной эвтектики. Нижний пределсодержания меди (0,8 мас.Х 7- минимальная концентрация, вызывающаяэффект дисперсионного твердения.Верхнее содержание меди в чугуне(1,4 мас.Х) ограничено стабилизацией дисперсионного твердения и незначительным повышением УУД сплава.Молибден и ванадий - упрочняющиеэлементы, действие которых связанос измельчением графитных включений,стабилизацией перлитной составляющейструктуры за счет увеличения дисперсности и микротвердости перлита. Содержание молибдена и ванадия ниженижнего предела ( ( 0,6 мас.7 и0,2 мас.Х) приводит к резкому снижению прочностных характеристик, асодержание их выше верхнего предела(1,0 мас,Х и0,6 мас,Х) эконо-мически нецелесообразно.Сурьма стабилизирует перлитнуюсоставляющую структуры чугуна, способствует также переохлаждению расплава, изменяет форму и размеры графитных включений, Общее число включений графита с добавкой сурьмы увеличивается, что благоприятно сказывается на повышении износостойкости чугуна. Верхний предел содержаниясурьмы (0,04 мас.Х) ограничен малымприростом перлитизирующего эффекта,нижний (0,02 мас.%) обусловлен достижением требуемой прочности.Фосфор существенно повышает жидкотекучесть высокоуглеродистыхсплавов и усредняет число графитныхвключений. Общее число включенийграфига становится меньше, но располагаются они в металлической основе чугуна более равномерно, Кроме того, в присутствии сурьмы и азота фосфор в чугуне образует сложнуюазотсодержащую Аосфидно-сурьмянистую эвтектику, обладающую большейтвердостью (Н 1 = 735 кг/мм), посравнению с обычной фосфидной(Н 1 и 580 кг/мм), которая, располагаясь по границам зерен в видеразорванной сетки и обладая большейтемпературой плавления (: 1100 С),способствует повышению износостойкости чугуна. Обычная (Ге - РеР) эвтектика, располагаясь сплошной сеткой по границам зерен имеет невысоФо кую температуру плавления (Т = 950 С). При длительной работе чугун нагревается до температур, близким к температуре плавления эвтектики, происходит подплавление эвтектики по границам зерен и затем резкое повышение темпа износа, материал разрушается,Верхний предел содержания фосфора(0,6 мас,7,) ограничен достижениеммаксимума твердости сплава, нижнийпредел (0,2 мас.7.) обусловлен снижением жидкотекучести чугунаДополнительный ввод в состав износостойкого чугуна ниобия способствует измельчению структуры металлической основы за счет образованиямелкодисперсных карбидов ниобия,равномерно расположенных по сечениюотливки, предотвращая микроликвационную неоднородность сплава. Приэтом существенно повышается УУД чугуна,Нижний предел содержания ниобияв чугуне (0,4 мас.Х) установлен необходимым количеством карбидовниобия для уменьшения микроликвационной неоднородности. Верхний предел (0,8 мас.Х) ниобия не вызываетсущественного увеличения дисперсности карбидов и повышения УУД.РЗМ введенные в состав чугуна,относятся к сильным рафинирующимэлементам, связывают Ои Я (примесичугуна) в неметаллические включенияи изменяют топографию их расположения, вытесняя с границ зерен и переводя последние непосредственно внутрь зерна. При этом значительно повышааются силы молекулярно-механического сцепления. УУД повышается вследствие удаления неметаллических включений с границ зерен, препятствующих движению дислокаций, Нижний предел содержания РЗМ (0,005 мас.Х) - минимальная концентрация, при которой осуществляется его положительное влияние. Верхний предел (0,01 мас.7.) установлен исходя из принципа экономичности. Выше верхнего предела эффект прироста УУД и износостойкости незначительный.П р и м е р. Плавку исходного расплава чугуна осуществляли в индук1454873 Таблица 1 Химический состав, нас.Х Пределысодернания Сплав Ы Си Мо0,6 1,15 0,6 0,4 0,5 С Б Мп СгГТ 3,стальое Среди зне Предлагаемый 08 0,6 2 20 ижиий 8 0,4 О,0,25 08 ий 3,8 4,5 2,8 0,4 12 ерхний 1 х результано из полученньний, ччгун преличается более 1,56 раза) при високого уров Как видтов испита ица 2 дложенного высокой УУ сохранении я иэносо Пределысодеро соста40 (в 1 Своиства уг Остаточ ТОЙКОСТяани зобретенидо ра ащий угле ром, медь азот и ж од, мол ппения Чугчн, содер ний, марганец, ванадий, фосфор отличающ б езо,м, что,талостя звеий о-у охр я уда и при йкост счрьм с целью повыиени ии нии ой долговечно рОВНя ИЭНОСОС он дополн ниобий иы при следую 1,4 жний Предла гаемии тельно содержитредкоземельные55 щем соотноненииУглеродКремнийМарганецХром лемен компо Сред нтов, м- 4,52 8,Х н 3,2,72 ерхни 1 - 0,4 6 - 1,2 ционной тигельной печи емкостью 50 кгс кислой Аутеровкой тигля, После перегрева расплава до 1450 С осуществляется доводка химического составапо основным и легирующим элементам.В качестве Ферросплавов использовали: аэотированний феррохром ФХ 400 Н(Мо 55%), Аеррониобий ФН(МЪ 55,6%),феррованадий В 81 (Ч 40%), катоднуюмедь МЧ, кристаллическую сурьмч Су 2,цериевый мирметалл М 11-40 (Се 36%).Усвоение элементов из Аерросплавов, Х: Сг 65-75; И 65-75; Мп 85-90;Ч 70; Мо 80; ИЪ 85. Усвоение Си 90%,БЪ 90 Х, РЗМ 60-70%,Для сравнительных испытаний известного и предложенного чугунов 20на УУД использовали специальную установку, реализующую одностороннийизгиб ударного образца без надреза сосредоточенным чдаром в центре с частотой 400 ударов в минуту. Образцы для испытаний на ударную усталость имели размеры 10 а 10 я 55 мм. Испитания проводили при постоянной нагрузке 0,3 кгЗа критерий УУД принимали количество циклов нагружения до разрубения образца.Износостойкость оценивали весовым методом. Образец диаметром 10 мм перемещали по поверхности абразивногоматериала, Дисперсность корунда, который служил в качестве абразивногоматериала, составляла 250-320 мкм.Нагрузка на образец 1,5 кг. Путьобразца по поверхности составлял50 м. Скорость движения 0,8 м/с,В таблице 1 приведены химическиесоставы предлагаемого и известногочугунов в таблице 2 - результатыиспытаний,01 0,02 0,4 0,005 Осталь- ное 015 0,03 0,6 00075 Остальное 0,02 0,04 0,8 0,01 Осталь"ное1454873 Составитель Н. КосторнойТехред М.Дидык Корректор И, Муска Редактор М. Циткина Подписное Тираж 576 Заказ 7413/31,ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5