Чугун

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 51)5 С 22 С 37/08 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТпО изОБРетениям и ОтнРытиямПРИ ГКНТ СССР В."3333 ИЯ ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИ ЭО ТЕН 7/029092. Бюл. Модственно1ревич, М,П Г Оа и Н.И.А.8)0564,2.ьство37/10 ССР1982 ую вынослиударно-уста,2-1,3 рате же До 1,0 До 0,1 Остальное пнозернистую е механическ сится к металлурфосфористым чугунтактной вынослиИзобретение отнгии., в частности кнам с повышенной квостью.Известен чугун,УглеродКремнийМарганецСурьмафосфорСераЖелезоГлубина отбелатактная выносливосИзвестен фосфорщего химического сУглеродКремнийфосфор н имеет крнестабильн ержащий мас Ф,7-3 3-0 0,6-1,0 0,7-1,022-3,0 0,3-0,5 0,8-2, О 0,3-0,6 Остальное уна, НРС 54-56,г. При изготов Железо Твердость чунос - 0,387-0,42,8 4,2 2,0-3,80,1-1,0 О 07-1 О 0,001-0,30,001-0,1Остальное угуна 4 мм. Конь низкая.стый чугун следуюстава, мас.Ф:2,8-3,2 1,2-1,7 0,2-0,60,2-0,6 ЯО 1705392 А 1 производстве чугунных отливок изобретения - повышение конта выносливости и ударно-усталос говечности. Предложенный цугу держит, мас,ь: С 2,1-2,6; В Мп 0,6-1,8; Сг 0,7-1,6; Ю 1 2, Сц 0,2-1,5; Р 0,2"0,71 Мо 2,0 КЬ 0,03-0,6 1 нитриды титана 0 В 0,12-0,33; 2 г 0,03-0,6; Се 0,08; Ге остальное. Дополните ввод в состав предложенного ч ВЬ нитридов титана, В, 2 г и С зволяет повысить контактн вость в 1,09"1,1 Ь раза и лостную долговечность в 1за. 2 табл. МарганецСераЖелезоЭтот цугуструктуру исвойства.Наиболееявляется чусостава, маУглеродКремнийМарганецХромНикельФосфорМедь близким к предлагаемомуун следующего химического25 прокатных валков и других деталейоснастки отмечаются недостаточные характеристики твердости, хрупкой прочности и контактной выносливости, Приоптимальном химическом составе контактная выносливость не превышаетч 50-520 МПа.Цель изобретения - повышение контактной выносливости и ударно-усталостной долговечности,Поставленная цель достигается тем,что фосфористый чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, молибден и железо, дополнительно содержит цирконий, ниобийнитриды титана, бор и церий при следующем соотношении компонентов,Л 1 дс. 4:Углерод 2,1-2,620Кремний О, 7-1,6Марганец 0,6-1,8Хром 0,7-1,6Никель 2,1-2 9Медь 0,2-1,5фосфор 0,2-0,7Молибден 2,05-3,3Ниобий 0,2"1,2Нитриды титана 0,02-0Бор 0 12 0 33 30Церий 0,03-0,08Цирконий 0,03-0,6Железо ОстальноеДополнительное введение нитридовтитана в чугун оказывает модифицирующее влияние, повышает дисперсностьструктуры и ударно-усталостную долговечностьПри увеличении их концентрацииболее верхних пределов увеличивается 40неоднородность структуры, содержаниенеметаллицеских включений по границезерен и снижаются механические свойства и термостойкость. При концентрации их менее 0,02 мас.Ф ударно-усталостная долговечность и механическиесвойства недостаточны,Содержание углерода, марганца икремния принято исходя из опыта про"изводства фосфористого чугуна для отливок ответственного назначения, работающих в условиях термических ударов и высоких температур. Верхниеконцентрации углерода и кремния ог"раничены содержаниями, исключающими55образование свободного графита в отливках и обеспечивающими повышенныепластицеские свойства при повышенныхтемпературах, При увеличении концентрации марганца более верхнего предела увеличивается количество аустенита и перлита и снижаются пластическиесвойства чугуна. При снижении их кон"центрации менее нижних пределов повышается загрязненность металла сернистыми и другими нел 1 еталлическими включениями и снижаются стабильностьструктуры и механические свойства, атакже увеличивается склонность металла к хрупкоцу разрушению и трещинампри термоциклировании,Медь измельчает структуру, повышаятехнологические свойства и ударно"усталостную долговечность, но при концентрации не более 1,5 мас.В усиливается ликоация и снимаются свойства.Бор введен для повышения однородности и стабильности структуры чугунав отливках, измельцения структуры иповышения пластических и эксплуатационных свойств при высоких температурах. Нижний предел концентрации бора принят от содержания (0,12 мас,Ф)при котором отмечается заметное повышение термической стойкости и пластических свойств, и ограничен концентрацией (0,33 мас,Ф), выше которойувеличивается содержание неметаллических включений по границам зерен,что снижает ударную вязкость, удароустойцивость и ударно-усталостную долговечность.Введение церия стабилизирует процесс модифицирования и повышает гомогенность чугуна в толстостенныхотливках, измельчает структуру и повышает механические свойства и технологическая пластичность. При концентрации его до 0,03 мас.Ф гомогенность чугуна в толстостенных отливках и его технологические и механические свойства недостаточны, а приконцентрации более 0,08 мас.Ф снижа"ются упруго-пластические свойства,трещиностойкость, технологическаяпластичность и ударно-усталостная долговецность.Никель легирует матрицу, повышает прочность, плотность, дисперсностьи однородность структуры, технологические и пластические свойства в отливках, цто обеспечивает стабильностьупруго-пластических и эксплуатационных свойств. При концентрации до2,1 мас.Ф легирующее влияние на ста- .бильность структуры и механическиесвойства проявляется слабо, а приувеличении со.ержання никеля более2,9 мас,Ж снижаются ударная вязкость,трещиностойкость и технологическаяпластичность и долговечность. Цирконий введен в вьсокопрочный чугун для снижения микропористости, повышения стабильности структуры в толстостенных отливках, механических, служебных и технологических свойств. При концентрации его до 0,03 мас.Ф однородность и дисперсность структуры чугуна в отливках и механические свойства недостаточны, а при повышения контактной выносливости и ударно- отмечается снижение технологической пластичности, стойкости чугуна в условиях ударных нагрузок, жидкотекучести, трещиностойкости, что приводит 20 к уменьшению эксплуатационной стойкости деталей.Дополнительное введение циркония стабилизирует дисперсность структурыповышая ударную вязкость, ударно"ус" 25 талостную долговечность и контактную выносливость, Гго содержание начинает сказываться с концентрации 0,03 мас.ь но при увеличении содержания его более 0,6 мас.ь повышается концентрация неметаллических включений по границам зерен и снижаются механические и эксплуатационные свойства чугуна.Хром введен как поверхностно-активная добавка, усиливающая стабильность эффекта от легирования нитридами титана. При содержании его до 0,7 мас.ь эфФект незначителен, а при увеличении содержания более 1,6 мас.ь 40 снижается стабильность структуры, ухудшаются форма графита и технологические свойства, усложняется процесс получения заданных структуры и свойств.45Микролегирование ниобием в количестве 0,2-1,2 мас.Ф повышает трещиностойкость и механическую прочность, способствует повышению пластических свойств при высоких температурах. При концентрации его менее 0,2 мас.ь его влияние незначительное а при концентрации более 1,2 мас.ь снижаются ста" бильность структуры, механические свойства, особенно при повышенных температурах, ударно-усталостная долговечность.П р и м е р. Опытные плавки чугунов доэвтектического состава проводили дуплекс-процессом вгрзнкз - дуговаяэлектрическая печь, ь качестве шихтовых материалов испольэовали запредельный коксовый чугун, стальной пом,феррованадий, ферромарганец, феррониобий, ферромолибден и другие Ферро"сплавы, При выпуске чугуна иэ вагранки температура металла составляла1400-1420 С. Перегрев расплава в дуговой электропечи - 1480-1500 С.Присадку ферромолибдена ФИо 2, феррохрома ФХ 800, никеля, феррониобияФН 660 и ферромарганца ФМн 75 (ГОСТ4755-80) производили в электропечьферроцирконий, ферросиликониобийФСН 630 (ТУ 14-141"90-86) и медь М 1(ГОСТ 859-78) ферроцерий и измельченные брикеты нитридов - в литейныековши при выпуске в них расплава иэпечи,Нитриды титана вводили в раздаточные литейные ковши емкостью 2 т при1430-1460 С, а Ферроцерий - в разливочные ковши, Заливку модифицированного чугуна для получения технологических проб, 16 мм образцов и отливоккронштейнов, ступиц и вилок произво"дили на напольном литейном конвейерев сырые песчано-глинистые ормы. Температура заливки 1390-14 10 С .Для получения чугуна отливки подцергают термообработке с проведением1 стадии графитиэации при 960-980 С,2 стадии - при 660-680 С в течение3,5-4 ч и иэотермической выдержкепри 370-410 С.В табл. 1 приведены химические составы чугунов; в табл, 2 - механическиесвойства и ударно-усталостная долговечность. формула изобретенияЧугун, содержащий углерод, кремний марганец, хром, никель, медь, фосфор молибден и железо, о т л и ч а ющ и й с я тем что с целью повышения контактной выносливости и ударно-усталостной долговечности, ондополнительно содержит ниобий, нитриды ти/ тана, бор, цирконийи церий при следующем соотношении компонентовмас,ь;Углерод 2,1-2,6Кремний 0,7-1,6Марганец 0,6-1,8Хром 0,7-1,6Никель 2,1-2 9Медь 0,2"1,51705392 0,12-0,330,03-0,6о,оз-о,о 8Остальное БорЦирконийЦерийЖелезо ФосфорМолибденНиобийНитриды титана 0,2-0,7 2,05-3,3 0,03-0,6 0,02-0,3 Т а б л и ц а 1 1 1е мас. ь) в составе Компоненты 3Ц 5 1(иэв,) 2 2,4 2,6 2,0 0,9 1,6 0,6 1 1 1 8 о 4 0,35 0,6 0,02 2,81 3,3 1,62 0,50 1,2 0,10 0,20 0,33 0,01 3,0 1,7 1,9 0,9 3,6 2,0 0,44 2,9 2,1 0,5 0,7 0,8 0,60,03 0,6 2,050,20 0)02 0)12 0,340,90,093,01,71,8Ост. 0,17 0,30 0,01О 5 О 7 О 10,05 0,08 0,012,5 2)9 1,50,8 1,5 0,11,4 1,6 0,1Ост. Ост. Ост. 0,020,5 0,20,022,9 2,11,4 0,21,0 0,7Ост, ОстТ а б л и ц а 2 Показатели Трещиностойкость,смУдарнаявязкость )Дж/см 2 61 Износ присухом трении, г/мин 0,010 Ударно-усталостнаядолговечностьтыс. цикловУдароус- тойчи 7,1 4,2 5,2 9 68 63 56 40 71 6,5 7,8 8,5 8,2 6,6 5,9 вость тыс,цикловКонтактнаявыносливость,МПа 650Эксплуатационнаястойкость )ч 1560 10,2 12,5 12,2 12,1 9,2 7,5 УглеродКремнийМарганецЦирконийМолибденНиобийБорНитридытитанафосфорЦерийНикельМедьХромЖелезо Свойства чугунов состава 0,007 0,008 0,002 0,016 0,03 712 758 747 661 635 1620 1696 1635 1410 1020