Высокопрочный чугун

)5 И ЕТЕЛЬСТВ АВТОРСКОМУ щих в условиях сухого рузок. Цель - повышеых свойств. Высокоолнительно содержит итриды иттрия,магний щем соотношении комерод 3,6 - 4,3, кремний 8-1,5, хром 0,02 - 0,07, 5, ванадий 0,05-0,15,0,015 - 0,05, медь 0,9- -нитриды иттрия 0,05- ,07, магний 0,05 - 0,12, сурьма 0,007 - 0,02; же- л ллургии ных чугу роитель стоикии высокопроч химического состава носо фекту является изный чугун следующегомас.%:УглеродКремнийМарганецХромВанадийРедкоземельные мталлыКальцийТитанАлюминийМедьЖелезоУдароустойчивостизнос в абразивной срДолговечность работьхого трения недостат620 ч, а износ в режи110 мг/м ч, Стойкострескивания 80 - 120 ц 2,6 - 3, 1,0 - 2, 0,5 - 1, 0,2 - 1 0,10 - 0 е, ач суает 60 - расГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ 1(56) Авторское свидетельство СССМ 370737, кл. С 22 С 37/04, 1971.Авторское свидетельство СССМ. 831851, кл, С 22 С 37/10, 1981.(57) Изобретение относится к метв частности к составам высокопрочнов для ответственных машинос Изобретение относится к металлургии, в частности к составам высокопрочных чугунов для ответственных машиностроительных отливок, работающих ц условиях трения и ударных нагрузок,Известен высокопрочный чугун, содержащий, мас,%;Углерод 3,5-4,0 Кремний 2,25 - 5,0 Марганец 0,4-1,5 Хром 0,25 - 2,0 Медь 0,75 - 1,0Магний 0,01 - 0,04 Железо Остальное Чугун в качестве технологических примесей может содержать, мас.%: фосфор до 0,2, никель до 0,5; сера до 0,02. Этот чугун содержит до 20% эвтектического цементита, снижающего эксплуатационную стойкость в условиях ударных нагрузок.Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому эфных отливок, работаю трения и ударных наг ние эксплуатационн прочный чугун доп ниобий, цирконий, н и сурьму при следую понентов, мас,%: угл 1,2 - 2,6, марганец О, алюминий 0,05 - 0,2 РЗМ 0,02-0,08, титан 1,4, ниобий 0,42-0,85 0,25, кальций 0,03 - 0 цирконий 0,06 - 0,13, лезо остальное. 2 таб 0,02 - 0,15 0,03 - 0,30 0,15 - 0,40 0,10 - 0,300,6 - 1,4Остальное ь чугуна 847 - 99 еде 160 - 190 мг/м чугуна в условиях очна и не превыш ме сухого трения ть чугуна противикл.10 15 Цель изобретения - повышение эксплуатационной стойкости.Высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий,титан, медь, алюминий, РЗМ, кальций и железо, дополнительно содержит ниобий, цирконий, нитриды иттрия, магний и сурьму приследующем соотношении компонентов,мас.%:Углерод 3,6 - 4,3Кремний 1,2 - 2,6Марганец 0,8 - 1,5Хром 0,02 - 0,07Ванадий 0,05-0,15Алюминий 0,05. - 0,25Редкоземельные металлы 0,02 - 0,08Титан 0,015 - 0,05Медь 0,9-1,4Ниобий 0,42 - 0,85 20Цирконий 0,06 - 0,13Нитриды иттрия 0,05 - 0,25Кальций 0,03 - 0,07Магний 0,05-0,12Сурьма 0,007 - 0,02 25Железо ОстальноеДополнительное введения ниобия обусловлено его положительным влиянием наупругопластические свойства и вязкостьразружения, что повышает долговечность 30работы в условиях сухого трения. При егоконцентрации до 0,42 мас.% влияние на упругопластические и эксплуатационныесвойства недостаточно, а при увеличениисодержания ниобия более 0,85 мас.% усиливаются ликвационные процессы, снижаетсястойкость против растрескивания и ухудшаются эксплуатационные свойства,Редкоземельные металлы (0,02 -0,08 мас.%) и магний (0,05 - 0,12 мас,%) улучшают форму графита и повышаютпрочностные и эксплуатационные свойства.При концентрации их менее нижних пределов модифицирующий эффект недостаточен, а при увеличении их концентраций 45более верхних пределов повышается угар иналичие неметаллических включений, чтоснижает прочностные и эксплуатационные свойства чугуна,Хром и ванадий увеличивают отбел, 50снижают упругопластические свойства приконцентрации более верхних пределов, поэтому их концентрация в сравнении с известным чугуном снижена. При концентрацииих менее нижних пределов износостойкость, прочность и эксплуатационные свойства чугуна недостаточны, Титан приконцентрации более 0,05 мас,% ухудшаетформу графита, снижает стабильностьструктуры и эксплуатационных свойств, поэтому его концентрация в предложенном чугуне снижена.Нитриды иттрия измельчают структуру чугуна, стабилизируют процесс модифицирования и повышают износостойкость, динамическую прочность и эксплуатационные свойства, При их содержании до 0,05 мас.% измельчение структуры и повышение эксплуатационных свойств недостаточно, а верхний их предел обусловлен увеличением угара и снижением стабильности пластических и эксплуатационных свойств,Марганец (0,8 - 1,5 мас.%) и алюминий (0,05 - 0,25 мас.%) оказывают раскисляющее и микролегирующее влияние, повышая стойкость против растрескивания, износостойкость и эксплуатационные свойства. Их раскисляющее влияние усиливается при введении в чугун кальция в количестве 0,03 - 0,07 мас,%. Верхние пределы концентрации кальция и алюминия снижены до пределов, при которых не ухудшается стабильчость и однородность структуры и повышаются пластические и эксплуатационные свойства.Введение сурьмы обусловлено ее способностью очищать границы зерен, повышать износостойкость и эксплуатационную стойкость, Влияние сурьмы,на износостойкость и долговечность работы начинает сказываться с концентрации 0,007 мас.%. Верхний предел обусловлен снижением вязкости разрушения, термостойкости и динамической прочности при более высоких концентрациях.Содержание основных графитизирующих компонентов (кремний 1,2-2,6 мас.%, углерод 3,6-4,3 мас.% и медь 0,9-1,4 мас,%) принято в пределах, обеспечивающих достаточно дисперсную и стабильную структуру, обеспечивающую повышение износостойкости, пластических и эксплуатационных свойств, При увеличении их концентрации выше верхних пределов укрупняется структура, снижаются упругопластические и эксплуатационные свойства чугуна, а при концентрации менее нижних пределов усиливается отбел, снижаются характеристики стойкости против растрескивания и эксплуатационных свойств,П р и м е р. Выплавку чугунов производят дуплекс-процессом вагранка - открытая индукционная печь, Способ производства чугуна включает выплавку высокоуглеродистого расплава в вагранке с температурой 1380 в 14 С с использованием шихты из перельных рафинированных чугунов марок ПВК 1 и ПВК 2, лома чугунного 17 А, литейных чугунов Л 1 и Л 2, силикомарганца СМ 17, феррованадия Вд 2, ферросиликохрома3,3 1,0 0,5 0,01 0,01 0,02 0,01 0,002 0,75 0,02 0.01 УглеродКремнийМарганецХромАлюминийВанадийРЗМТитанМедьКальцийНиобийНитридыиттрияМагний 4,4 2,8 1,6 0,6 0,27 0,18 0,09 0,06 1,55 0,1 0,81 0,12 0,07 0,25 0,12 0,27 0,14 0,05 0,05 0,03 0,04 ФСХ 40, ферромарганца доменного и ферросиликоциркония ФСЦрМр 30. В индукционной печи расплав перегревают до 1430 - 1460 С и рафинируют. Затем присаживают ферросиликониобий ФСНб 20 Ти 10, медь М 1, силикокальций ФСК 15 А 11 и сурьму СУЗ. Модифицирование чугуна ферросиликоалюминокальцием с РЗМ ФСАКР 20, магниевой лигатурой ЖКМКи ферросилицием производят в литейных ковшах, присаживая их в пакетах в измельченном виде до фракции 0,05 - 2,0 мм вместе с порошковыми нитридами иттрия ИтМН при выпуске расплава из печи в ковш. Температура металла перед выпуском из электропечи 1400 - 1430 С,Результаты модифицирования чугуна контролируют путем отбора проб из каждого ковша до заливки в литейные формы в соответствии с методикой по РТМ МТ 20-2- 85,В табл, 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок.Проводят определение структуры чугунов и механические и эксплуатационные свойства на технологических пробах, Долговечность работы высокопрочных чугунов производят на цилиндрических образцах в условиях сухого трения и ударных нагрузок при энергии удара 0,85 Дж, Термическую стойкость определяют в условиях термоциклирования по режиму 20 - 1000 С.В табл, 2 приведены механические и эксплуатационные свойства чугунов после нормализации с нагревом до температур выше критических (860 - 930 С) и последующим охлаждением на спокойном воздухе.Как видно из табл, 2, предложенный чугун обладает более высокими механическими и эксплуатационными свойствами, чем известный.Э кономический эффект от испол ьзования предложенного чугуна для изготовле ния износостойких отливок составит до 40руб на 1 т годного литья. При этом повышается долговечность и надежность работы в условиях сухого трения и ударных нагрузок.10 Формула изобретения Высокопрочный чугун, содержащийуглерод, кремний, марганец, хром, алю миний, ванадий, редкоземельные металлы, титан, медь, кальций и железо, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эксплуатационных свойств, он дополнительно содержит ниобий, нитриды 20 иттрия, магний, цирконий и сурьму приследующем соотношении компонентов,мас,%;Углерод 3,6 - 4,3 Кремний 1,2-2,6 25 Марганец 0,8-1,5Хром 0,02 - 0,07 Алюминий 0,05 - 0,25 Ванадий 0,05 - 0,15 Редкоземельные ме 30 талл ыТитанМедьКальцийНиобий35 Н итриды иттрияМагнийЦирконийСурьмаЖелезоЦирконийСурьмаЖелезо Остал ьн,Таблица 2 Свойства ч г нов составов Показатели 1 изв. Предел прочности при растяжении, МПа Относительное удлинение %Износ в режиме сухого трения, мг/м чДинамическая прочность, МДж/мВязкость разрушения,з(гСтойкость против растрескивания, цикл.Термостойкость, цикл. Долговечность работы, ч,246 260 355 465 458 415 9-11 17-18 13-17 4-9 17-19 16-18 15-18 18-22 43-57 54-65 60-86 0,56 0,30 0,62 0,18 0,77 0,15 17 1322906603 1963280664 2243662880 2363820800 2123500780 1202880600 10 Составитель Г.ДудикРедактор О,Спесивых Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 2054 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изсбретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Рэушская наб., 4/5