Высокопрочный чугун

СНИХ СНИХ СОКИ СОВЕТСОЦИАЛ ИСРЕСПУБЛИ П 9) ( 01 51) С 22 С 37/08 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМ,Ф ДЕТЕЛЬСТ юп. Яф 13аочный политехнич ССР1980. а тойко ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМРИ ГННТ СССР(71) Всесоюзный зкий институт(57)Изобретение относится к металлургии и может быть использованопроизводстве прокатных валков и д Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для прокатных валков и сменных деталей технологической оснастки.Цель изобретения - повышение механических и технологических свойств.Карбонитриды бария или стронция в высокапрочном чугуне повышают термостойкость и стабильность структуры при повышенных температурах, фрикционную стойкость, износостойкость и эксплуатационную стойкость. При концентрации карбонитридов бария или стронция до 0,02 мас.Е фрикцнонная стойкость высокопрочного чугуна в отливках при 600-800 С недостаточная, а при повышении концентрации их свыше лей технологической оснастки. Цельизобретения - повышение механич еских и технологических свойств. Чугун содержит, мас.Е: С 2,2-2,8;Б 1 1, 2-1, 8; Мп О, 35-1, 1; С г О, 100,60; .Нд 2 15-3,5; Сц 0,7-1,5; Мо0,51-1,3; Мя 0,02-0,09; Се 0,02-0,07;карбонитриды стронция или бария 0,020,20; ванадий 1,03-3,18; окись циркония 0,002-0,08; висмут 0,002-0,01;Ре остальное. Дополнительный ввод всостав предлагаемого чугуна карбонитридов стронция или бария, ванадия,окиси циркония и висмута позволитповысить механические свойства в1,28-1,58 раза и технологическиесвойства в 1,36-6,0 раза. 2 табл,2 мас.Ж отмечается снижени ти чугуна в условиях ударных нагрузок и теплосмен, снижение трещнноустойчивости, что приводит к уменьшению эксплуатационной стойкости и увеличению фрикционного износа.Висмут введен как поверхностно- активная добавка, снижающая износ при сухом трении и усиливающая стабильность эффекта от легирования карбонитридами бария и стронция. При содержании висмута в высокопрочном чугуне до 0,002 мас.7. эффект его влияния незначителен, а прн увеличении его содержания сверх 0,01 мас.7 имеет место снижение стабильности структуры и фрикционной стойкости при 600-800 С.1640196, Дополнительное введение ванадия в количестве 1,03-318 мас.7 легирует матрицу, увеличивает количество мартенсита в структуре, повышает эксплуатационную стойкость, плотность и твердость высокопрочного чугуна, а также его износостойкость, усталостную прочность, стабильность структуры и механических свойств. При 0 концентрации ванадия в высокопрочном чугуне до 1,03 мас.7. легирующий эффект на повышение Фрикционной теплостойкости, усталостной прочности и износостойкости поньлпается незначи 15тельно, а при его содержании сверх 2,18 мас.7 приводит к повьппению трещннообразонания, снижению пластических свойств и эксплуатационной стойкости отливок в условиях высоких 20 статических и динамических нагрузок и Фрикционного изнсса при 600-800 С, Влияние нанадия усиливается при наличии н высокопрочном чугуне меди в количестве 0,7-1,5 мас.Е и молибдена 25 в количестве 0,51-1,3 мас.%.Хром н количестве 0,1-0,6 мас.7 .вьапает дисперсность . твердость металлической основы, способствует дополнительному упрочнению матрицы за счет дисперсионного твердения, повышения усталостной прочности и термической стойкости обеспечивает существенное снижение износа высоко- прочного чугуна при сухом трении прио600-800 С. Содержание хрома принято от концентрации, при которой износ, и ограничено 0,6 мас,%, выше которой увеличивается неоднородность структуры. Нижний (0,1 мас.%) и верхний (0,6 мас.%) пределы содержания хрома определены исходя из получения мелкодисперсной и стабильной структуры в отливках с учетом повьппения твердости и сохранения термост ойкости и пластических свойств на высоком уровне.Церий и магний в.едены как эффектные модифицирующие добавки, измельчающие структуры чугуна, обеспечивающие образование в нем шаровидного50 графита в отливках и повышающие износостойкость при сухом трении при 600-800 С, при содержании их нижео0,02 и 0,02 мас.7. соответственно повышение износостойкости при сухом трении несущественно. При увеличении концентрации церия и магния сверх 0,07 и 0,09 мас.7 соответственно отмечается снижение ударной вязкости и эксплуатационной стойкости при 600- 800 С.Содержание в высокопрочном чугуне основных компонентов 2,2-2,8 мас.7. углерода, 1,2-1,8 мас.7 кремния и 0,35-1,1 мас.7 марганца) в отливках обеспечивает исключение образования эвтектического цементита и повышение стабильности структуры и свойств, увеличение фрикционных свойств.Никель н пределах 2, 15-3,5 мас.7 микролегирует матрицу, повышает прочность, плотность, дисперсность и однородность структуры, термостойкость и пластические свойства в отливках, что обеспечивает стабильность износа и повышение эксплуатационных свойств. При концентрации никеля до 2, 15 мас.% легирующее влияние на стабильность износа и механические свойства и эксплуатационную стойкость проявляется слабо, а при увеличении содержания никеля более 3,5 мас.% (снижаются твердость, ударная вязкость, износостойкость и срок службы при фрикционном износе при 600- 800 С.Легирующие и модифицирующие компоненты оказывают влияние на структуру нысокопрочных чугунов при 600- 800 С в результате сложных физико- химических процессов, которые имеют место как н расплавленном, так и в твердом состояниях, как в процессе кристаллизации чугуна, так и при охлаждении отливок. Существенное алияние на дисперсность структуры высоко- прочного чугуна оказывает также степень перегрева расплава и режим тер. - . мической обработки отливок.Предлагаемый высокопрочный чугун выплавляют в открытых индукционных печах с использованием литейных чугунов, чугунного лома, возвратасобственного производства, никеля НЗ, Ферронанадия, Ферромарганца, меди, Феррохрома, карбонитридов бария и стронция, ферромолибдена, окиси циркония, ферроцерия и других ферросплавов. Феррохром, никель, ферромолибден и ванадий вводят вместе с шихтой н электропечь, а более легкоплавкие добавки (Ферромарганец, медь, Ферросилиций) - после рафинирования7 раскисления и продувки расплава порошками окиси циркония, За 5-10 мин перед разливкой металла в литейные(Таблица 1 Содержание компонентов, мас.7; в чугуне Элемент Известный Предлагаемый 2,2 2,8 2,4 2,8 1,5 1,2 О, 5 1, 1 2,4 2,2 2,4 2,3 УглеродКр емкийМарганецНикель 1,2 1,5 1,8 1,6 1,5 0,35 0,5 0,35 0,2 0,3 2,15 3,5 3,5 3,0 3,1 3,3 2, 15 3,0 0,70 1,5 1,5 1,2 1,3 0,70 2,3 2,5 0,51 0,8 1,3 1,3 0,8 0,4 0,3 Молибден Хром Магний Церий Висмут 0,22 0,02 0,6 0,6 0,5 0,4 0,22 0,2 0,1 0,09 0,09 0,05 О, 04 0,05 0) 01 0) 02 0,05 0,02 0,02 0,07 0,05 0,04 0,07 0,02 О,005 0,01 0,002 0,01 0,005 О, 002 5 164019 Формы в расплав вводят карбонитриды бария или стронция и модификаторы (магниевая лигатура, Ферроцерий и металлический висмут). Модифицированный расплав запивают в песчано-глинистые формы, заформованные по-сыро - му. Усвоение карбонитридов бария составляет 80-837. Угар ванадия составляет 8-117., висмута 22-247, окиси 10 циркония 4-7 Х и магния 44-487 Температура расплава при заливке форм 1370-1420 С.Химический состав. высокопрочных чугунов опытных плавок приведен в табл.1.Механические и эксплуатационные свойства чугунов, определенные на стандартных образцах отливках проф л20 катных валков и других сменных деталей прокатных станов, приведены в табл .2,Режим термической обработки включает закалку отливок прокатных валков с температуры 930 в 9 С и отпуско 25 при 530-560 С. Фрикционную тепло- стойкость определяют на установках УМТМ при нагреве поверхностей трения до 600 и 800 С. За эталон принят высокопрочный чугун состава 1 (табл.1), износ которого при Фрикционном трении при 600 С составляет20 мг/км.Как следует из табл .1 и 2, дополнительный ввод в состав предлагаемого 3 чугуна висмута, ванадия, окиси циркония и карбонитридов бария или стронция позволил повысить уровень механических свойств: 0 б в 1,28 661,34 раза и КСИ в 1,47-1,58 раза, а также технологических свойств;окалиностойкость в 3,75-6,0 раз, термостойкость в 1,74-2,22 раза, кор- розионная усталость в 1,62-1,82 раза, фрикционная теплостойкость в 1,72-3,25 раза и износостойкость в 1,36-2 раза. Формула и зобр ет ения Высокопр очный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, молибден, магний, церий и железо, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью повышения механических и технологических свойств, он дополнительно содержит ванадий, висмут, окись циркония и карбонитриды бария или стронция при следующем соотношении компонентов, мас.Е:Углерод 2,2-2,8 Кремний 1, 2-1,8 Марганец 0,35-1, 1 Хр ом О, 10-0,60 Никель 2, 15-3,5Медь О, 70-1,5Молибден О, 51-1, 3Магний О, 02-0, 09 Церий 0,02-0,07 Ванадий 1, 03-3, 18 Висмут О 002-0,01 Карбонитридыбария илистронцияЖелезо164 019 б Продолжение табл.г Содержание компонентов, мас.Е в чугунеМ Элемент Известный Предлагаемый 1 2 2 .3 4 5 6 7 КарбонитридЬ бария стронция 0,20 0,08 0,02 0,02 Оэ 2 0,08 Окись цнркония 0,08 0,002 0,08 3,18 1,03 3,18 0,02 0,02 О, 002 2,35 2, 5 1,03 Ванадий Железо Ос- тальОстальное Ос- тальОстал ь"ное Остальное ОстальОсОсное таль- ;тальное ное ное ное Окалнно"стойкостьгам ч Эксплуатацноннаястой-Ударнаявязкость,кдя/м 1 Временноесопротивнение,ИПа Состав чугуна ность,ч600 800 Кэвестный2 3,0 1260 100 60 0,55 0,64 370 3, 1266 103 62 0,52 0,62 376 725 412 731 414 29 295 2210 172 174 510 2780 191 187 631 2787 192 189 635 2805 198 196 644 2290 174 174 515 2216 196 197 648 Составитель Н. КостронойРедактор И. Дербак Техред М,Дидик Корректор М, Самборская Заказ 999 Тираж 386 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Рауюская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Пр салага ему1 2 3 4 5 6 935 972 975 985 936 990 612 654 656 624 655 б 7 ТПрецепкорроэионной усталости на баэе 10 цикловИПа 479 515 527 538 481 544 г, 0,8 0,7 0,5 2,7 2,0 Фрнкпионнаятеплостойкость, Х,при, С 0,38 0,47 0,3 г 0,4 1 0,26 0,35 0,37 0,4 1 0,25 О 39