Чугун

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) С 22 С 37/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ РЕТЕН эксплуатационной стойкости и вязкости разрушения при температурах от +20 дав 60 С. Цель - повышение эксплуатационной стойкости и вязкости разрушения при температурах от+20 до - 60 С. Чугун дополнительно содержит титан, бор, карбонитриды хрома и барий при следующем соотношении компонентов, мас,%: углерод 3,65-4,2; кремний 1,8 - 2,5; марганец 0,5 - 1,5; никель 0,2 - 0,7; медь 0,02 - 0,15; бор 0,002-0,03; цирконий 0,002 - 0,06; магний 0,02 - 0,06; кальций 0,02-0,06; по крайней мере адин элемент из группы, содержащей церий и лантан 0,02 - 0,05; иттрий 0,002 - 0,03; карбонитриды хрома 0,03 - 0,65; барий 0,006 - 0,05; титан 0,005 - 0,3; железо остальное. Кавитационная стойкость в абразивных средах при температурах от + 20 до - 60 С 5,4 - 13,5 мг/гс. 2 табл. И.Ма рпен ко, А. П, Мельников,(57) Изобр гии, в час чугуна мм ),зпи Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию износостойких чугунов для работы в средах, загрязненных абразивными частицами при температурах от+20 до - 60 С и используемых для деталей технологической оснастки.Известен чугун, содержащий, мас,%: Углерод 2,8-3,6Кремний 1,4-2,6 Марганец 0,8 - 1,6Иттрий 0,06 - 0,12 Цирконий 0,05 - 0,15Редкоземельные металлы 0,08 - 0,2 Железо ОстальноеТвердость известного чугуна 205 - 233 НВ, предел прочности 250 - 300 МПа. Отливки из этого чугуна имеют низкие характеризкости (О;1- ения до 20 длинения(д осостойкий,8 - 3,8 5 - 2 5 0,4-2,2 0,2-0.8 До 0,12 0,3-1,5 До 0,01 Остал ьн т содержат 0,8 мас.% хр Кальций Железо Этот чугун 0,8 мас.% молиб до 0,5 мас.% ванЭтот чугун и ки износостойко еь до мож аи(21) 486352 (22) 02.07.9 (46) 15.06,9 (71) Гомель лит" (72) М,И,Ка рукович и С (53) 669.13- (56) Авто рс М 692887,Патент кл, С 22 СЗАвто рс М 985122,Бюл, М 22кий литейный завод "Центро тение относится к металлурости к серым износостойким высокими характеристиками стики ударной ввязкости разруотносительногоИзвестен изжащий, мас.%;УглеродКремнийМарганецФосфорСераМедь 1740479 А 1 дия.еет низкие характеристити, прочности, плотности,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 нестабильными уп ругопластическимисвойствами в литых изделиях при отрицательных температурах. При работе в средах с абразивом чугун имеет низкуюстойкость и недостаточную ударную вязкость (до 0,6 МДж/м ).Наиболее близким к предложенному является чугун следующего химического состава, мас.;:Углерод 1,8 - 3,6Кремний 1,8 - 3,6Марганец 0,1 - 0,4Никель 0,05 - 0,50Медь 0,05 - 0,50Магний 0,02 - 0,06Кальций 0,001 - 0,05По крайней мереодин элемент из группы,содержащей церий илантан 0,01 - 0,15Иттрий 0,001 - 0,10Цирконий 0,01 - 0,10Железо ОстальноеИзвестный чугун обладает следующими свойствами: временное сопротивление 500 - 650 МПа; ударная вязкость1,1 - 1,6 МДж/м; вязкость разрушения, К 1 с,г,200 - 365 кгс мм -- при 20 С 120 - 195 при3о210 С; эксплуатационная стойкость в средах,загрязненных абразивными частицами при20 С, 14 - 26 мг/гс.Недостатками этого чугуна являютсянизкие характеристики вязкости разрушения и эксплуатационной стойкости, особенно при отрицательных температурах.Цель изобретения - повышение эксплуатационной стойкости и вязкости разрушения при температурах+20 - 60 С,Поставленная цель достигается тем, чточугун, содержащий углерод, кремний. марганец, никель, медь, цирконий, магний,кальций, по крайней мере один элемент изгруппы, содержащей церий и лантан, иттрийи железо, дополнительно содержит титан,бор, карбонитриды хрома и барий при следующем соотношении компонентов, мас.4:Углерод 3,65 - 4,2Кремний 1,8 - 2,5Марганец 0,5-1,5Никель 0,2-0,7Медь 0,02-0,15Титан 0,005 - 0,3Цирконий 0,002 - 0,06Магний 0,02 - 0,06Кальций 0,02-0,06По крайней мере одинэлемент из группы, содержащей церий, лантан 0,02 - 0,05Иттрий 0,002 - 0,03 Бор 0,002 - 0,03 Карбонитриды хрома 0,03 - 0,65 Барий 0,006 - 0,05 Железо Остальное Существенными отличиями предложенного чугуна является введение титана, бора, карбонитридов хрома и бария, которые значительно повышают эксплуатационную стойкость литых деталей в абразивных средах при температурах до - 60 С и обеспечивают необходимую вязкость разрушения. Оптимальными концентрациями, обеспечивающими существенное повышение эксплуатационной стойкости и вязкости разрушения при +20 - 60 С, являются следующие: титана 0,005 - 0,3 мас,; бора 0,05 - 0,3 мас. ; карбонитридов хрома 0,03-0,65 мас,и бария 0,006 - 0,05 мас,.В предложенном чугуне повышено содержание марганца до 0,5 - 1,5 мас.который обеспечивает повышение вторичной твердости, технологической пластичности, вязкости разрушения, эксплуатационной стойкости при сохранении ударной вязкости на высоком уровне. При суммарной концентрации марганца и никеля более 2,2 мас.снижается вязкость разрушения.При концентрации марганца до 0,5 мас.вязкость разрушения и эксплуатационная стойкость при+20 - 60 С недостаточны, а при увеличении содержания марганца более 1,5 мас,увеличивается отбел, снижаются упругопластические свойства и вязкость разрушения при отрицательных температурах.Дополнительное введение титана в количестве 0,005 - 0,3 мас. упрочняет матрицу при отрицательных температурах, микролегирует металлическую основу, повышает стабильность структуры и сопротивляемость межкристаллитной коррозии, что обеспечивает повышение прочностных свойств и эксплуатационной стойкости при + 20 - 60 С. При содержании титана до 0,005 мас. твердость, прочность, вязкость разрушения при отрицательных температурах, сопротивляемость коррозии и эксплуатационная стойкость матрицы недостаточны, а при увеличении концентрации титана более 0,3 мас.снижаются вязкость разрушения и стабильность твердости, динамической прочности и стойкости чугуна в отливках при воздействииабразивных сред. Карбонитриды хрома в количестве 0,03 - 0,65 мас,являются тугоплавкими микролегирующими добавками, повышающими твердость мета,яическойосновы и ее стабильность при отрицательных температурах, упрочняя металлическую1740479 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0,02 - 0,05 0,005 - 0,3 основу и способствуя повышению сопротивляемости износу и кавитации, Содержание карбонитридов хрома принято от концентрации 0,03 мас,%, при которой достигается существенное повышение твердости и эксплуатационной стойкости и ограничено концентрацией 0,65 мас. %, выше которой отмечается увеличение содержания неметаллических включений и снижаются ударная вязкость и вязкость разрушения, Барий (0,006 - 0,05 мас.%) обеспечивает повышение дисперсности и пластичности матрицы, механизм действия которого проявляется в образовании поверхностно-активной пленки на растущих кристаллах, неметаллических включениях и графите, повышении вязкости разрушения и упругопластических и эксплуатационных свойств, Содержание бария определено экспериментально. При его концентрации до 0,006 мас.% повышение вязкости разрушения незначительное, а при концентрации бария более 0,05 мас.% отмечается снижение механических свойств чугуна в отливках, эксплуатационной стойкости при +20 - 60 С и служебных свойств.В предложенном чугуне снижен верхний предел концентрации кремния, так как при более высокой его концентрации укрупняется графит и снижаются эксплуатационная стойкость и вязкость разрушения, Нижний предел содержания углеродаповышен до 3,65 мас.%, так как при умень-шении содержания углерода и дополнительном введении карбонитридов хрома и бора и увеличении содержания марганца увеличивается отбел, в структуре появляется цементит, снижается стабильность структуры, пластических свойств и вязкости разрушения, Содержание меди и циркония, снижающих вязкость разрушения, ограничено 0,02 - 0,15 и 0,002 - 0,06 мас.%.Бор введен как поверхностно-активный модификатор, очищающий границы зерен от неметаллических включений, что способствует повышению вязкости разрушения и эксплуатационной стойкости при отрицательных температурах. При содержании бора до 0,002 мас,% модифицирующий эффект низкий, а эксплуатационные свойства чугуна низкие. При повышении концентрации бора более 0,03 мас.% снижается вязкость разрушения и увеличивается отбел чугуна.Содержание других микролегирующихи модифицирующих компонентов принято исходя из практики производства износостойких чугунов с повышенными упругопластическими свойствами,Чугун выплавляют в открытых индукционных печах из шихты на основе литейных ЛКЗ и ЛК 4 чугунов, передельных чугунов М 1 и М 2, стального лома, боя электродов, силикобария, ферробора, ферротитана, карбонитридов хрома и ферросплавов, Дробленные до фракции 0,1 - 3,0 мм брикеты ферробора и карбонитридов хрома вводят в печь в конце плавки. Состав ферробора соответствовал марке Ф Б 13.Редкоземельные металлы, магниевую лигатуру, ферробарий вводили в подогретые разливочные ковши. Угар бора составил 8 - 12 мас.%, карбонитридов хрома 8 - 10; бария 15 - 17 и титана 18 - 21 мас.%. В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок, а в табл, 2 - механические свойства чугунов в отливках. Износ деталей в абразивных средах определяют на литейных моделях на прессовых формовочных машинах высокого давления, Для определения ударной вязкости используют образцы типа 5 и метод испытания на ударный изгиб при комнатной и пониженной температурах.Как видно из табл. 2, предложенный чугун обладает более стабильными и высокими значениями эксплуатационной стойкости при воздействии абразивных сред, и вязкости разрушения при температурах от + 20 до - 60 С, чем базовый чугун. Формула изобретения Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, медь, цирконий, магний, кальций, лтррий, по крайней мере один эле. мент церий и лантан и железо, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости и вязкости разрушения при температурах от + 20 до - 60 С, он дополнительно содержит титан, бор, карбонитриды хрома и барий при следующем соотношении компонентов, мас,%:Углерод 3,65 - 4,2Кремний 1,8 - 2,5Марганец 0,5-1,5Никель 0,2-0,7Медь 0,02-0,15 Цирконий 0,002 - 0,06Магний 0,02 - 0,06 Кальций 0,02 - 0,06 Иттрий 0,002-0,03 По крайней мереодин элементцерий и лантанТитан1740479 0,06 - 0,05Остальное 0,002 - 0,030,03 - 0,65 БарийЖелезо БорКарбонитриды хрома Табл и ца 1 Со е жание, мас, , вч г не Компоненты 1 ( известный0,65 0,05стальное 0,42 0,01 стальное Остал ьно блица 2 Показатели оставы ч г нов в отливка 1 изв,) В н ременное сопротивлеие, МПаУдарная вязкость, Дж/смВязкость разрушения, К 1 с мм, при-60 СИзнос деталей в абразивных средах за 100 ч работы,мкмЭксплуатационная стойкость при воздействии абразивных сред при,7 5 Составитель Г Дудикдактор О.Спесивых Техред М.Моргентал Корректор А.Осауленк аказ 2054 ВНИИПИ Тираж Подписноеударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1 УглеродКремнийМарганецНикельМедьМагнийЦирконийКальцийТитанЦерийЛантанБорИттрийКарбонитридыхромаБарийЖелезо 3,5 1,9 0,2 0,3 0,2 0,06 0,08 0,03 0,03 3,651,80,50,20,0020,020,0020,020,0050,020,0020,002 3,8 2,2 0,8 0,5 0,08 0,05 0,05 0,03 0,08 0,03 0,02 0,01 0,01 4,2 2,5 1,5 0,7 0,15 0,06 0,06 0,06 0,3 0,03 0,02 0,03 0,03 3,6 2,7 0,2 0,1