Высокопрочный чугун для отливок

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 03459 А 1 91 .ъЖ я)5 С 22 С 37/10 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) НО ИЕ ИЗ ЕТЕНИ ъединение Гом рпенко, М.П.Изнищенко во СССРО, 1988.во СССР, 1982,84 МолибденНитриды ваМагнийЦерийВольфрамЦирконий ия 0,02 - 0,08 0,002 - 0,06 0,002 - 0,04 1,02-2,08 0,33-0,88(56) Авторское свидетельсМ 1411351, кл. С 22 С 37/Авторское свидетельсМ 926058, кл, С 22 С 37/1 Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве отливок из микролегированного чугуна, обладающего низкой склонностью к образованию усадочных раковин и повышенными технологическими свойствами и термической стойкостью,Цель изобретения - повышение термостойкости и стабильности эксплуатационных свойств.Высокопрочный чугун по данному изобретению, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, молибден, магний, церий и железо, дополнительно содержит вольфрам, нитриды ванадия, цирконий, титан и бор при следующем соотношении компонентов, мас,0,:Углерод 3,05-3,65 Кремний 0,3-0,8 Марганец 1,0-1,8 Хром 3,36 - 6,8 Никель 3,05 - 8,8 Медь 0,24 - 2,6 4) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН ДЛЯ ОТЛОК(57) Изобре Высокопро жит, мас.,ь 0,8; марган 3,05 - 8,8, м нитриды ва 0,06, церий цирконий 0,06 - 0,35, онная тепл терм ическа 2 табл,тение относится к металлургии чный чугун для отливок содеруглерод 3,06-3,65,кремний 0.,3- ец 1,0-1,8, хром 3,36 - 6,8, никель едь 0,24-2,6, молибден 0,84-1,8, надия 0,02 - 0,08, магний 0,002 - 0,002 - 0,04, вольфрам 1,02 - 2.08, 0,38-0,88, бор 0,002 - 0,01, титан и железо - остальное. Фрикциостойкость чугуна - 2855-2815, я стойкость - 4620-4835 циклов. Бор 0,002-0,01 Титан 0,06 - 0,35 Железо Остальное Использование предлагаемого чугуна в качестве фрикционного материала для ра боты в условиях износа при повышенных температурах с высокими удельными давлениями и динамическими нагрузками значительно повышает .износостойкость и надежность деталей узлов трения и других фрикционных деталей, дает возможность снизить трудоемкость изготовления их и заменить стальные литые заготовки на чугунные.Дополнинадия обуслние дисперс тельное введение нитридов ваовлено их влиянием на повыше- ности структуры. термической, ские свойства, а при содержании бора до0,002 мас.% отмечаются недостаточные технологические свойства сплава, недостаточная износостойкость, низкий предел коррозионной усталости и стабильность служебных свойств,Дополнительное введение циркония всостав чугуна повышает модифицирующий эффект, снижает склонность к пленообразованию и увеличивает термостойкость, износостойкость, технологическую пластичностьи предел коррозионной усталости, Его влияние на эти свойства начинает сказываться с содержания 0,33 мас,%, а при концентрации циркония в чугуне более 0,88 мас.% снижается жидкотекучесть обрабатываемого сплава. увеличивается склонность к короблению и снижаются пластические и эксплуатационные свойства. Присутствие в лигатуре 0,33-0,88 мас.% циркония усиливает дегазирующее и микролегирующеевлияние церия и редкоземельных металлов, которое начинает проявляться при концентрациях 0,002 мас.% церия и 0,002 мас,%магния. При больших низких концентрациях церия и магния повышение технологиче 35 40 45 стойкости и стабильности служебныхсвойств, При содержании нитридов ванадиядо 0,02 мас.% измельчение структуры и повышение механических и эксплуатационных свойств недостаточно. Верхний предел 5их содержания обусловлен увеличениемконцентрации неметаллических включенийпо границам зерен и снижением динамической прочности, термической и эусплуатаЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ. 10Вольфрам упрочняет структуру, повышает ее микротвердость, механические ислужебные свойства и их стабильность. Присодержании вольфрама до 1,02 мас.о упрочнение структуры и повышение стабильности термической стойкости и служебныхсвойств недостаточны.При концентрации вольфрама более2,08 мас.% скорость растворения вольфрама, однородность структуры, стабильность 20эксплуатацйонных свойств и динамическаяпрочность снижаются,Содержание кремния в чугуне сниженадо б,3-0,8 мас.%, так как при более высокихего концентрациях снижаются износостойкость и служебные свойства и их стабильность,Бор введен как поверхностно-активнаядобавка, способствующая повышению однородности структуры, эксплуатационных и 30технологических свойств, При концентрации бора более 0,01 мас.% снижается растворимость ее в матрице, увеличиваетсяпленообразование, снижаются пластической пластичности. жидкотекучести. меха нических и эксплуатационных свойств недостаточно, При концентрации церия более 0,04 мас.% и магния более 0,06 мас,% усиливается пироэффект, снижается стабильность технологических, механических и эксплуатационных свойств,Содержание марганца (1-1 8 мас.%) способствует раскислению и глубокой очистке чугуна, повышению технологических и эксплуатационных свойств, но при увеличении его концентрации более верхнего предела снижается микротвердость, износостойкость и коррозионная стойкость. Ти-. тан в количестве 0,06-0,35 мас,% повышает коррозионную стойкость, стабильность технологических, механических и эксплуатационных свойств. При увеличении концентрации титана более 0,35 мас,% повышается содержание в обрабатываемом сплаве неметаллических включений, что снижает жидкотекучесть и увеличивает склонность к пленообразованию и износу. При концентрации титана менее 0,06 мас,% термическая стойкость и стабильность механических и эксплуатационных свойств недостаточны.Молибден в количестве 0,84-1,6 мас,% упрочняет металлическую основу и повышает ее микротвердость и прочность, увеличивает износостойкость чугуна в отливках, термическую и фрикционную теплостойкость при повышенных температурах, что обеспечивает существенное повышение эксплуатационной стойкости при термическом и фрикционном разогреве до 800 - 1000 К. При содержании его до 0,84 мас,% увеличение микротвердости и эксплуатационной стойкости при фрикционном разогреве незначительное, а при концентрации молибдена более 1,8 мас.% увеличиваются количество включений, расположенных по границам литых зерен и неоднородность структуры, снижается динамическая прочность чугуна и эксплуатационная стойкость,Медь в количестве 0,24 - 2,6 мас,% микролегирует металлическую основу, увеличивает ее стабильность до более высоких температур и повышает стабильность пре- дела выносливости, что обеспечивает снижение износа при фрикционном разогреве до 800-1000 К. Нижний предел концентрации меди принят от значений (0,24 мас.%), когда заметно повышается микротвердбсть матрицы, износостойкость и стабильность предела выносливости при 1000 К. а верхний предел ее концентрации (2,6 мас.%) обусловлен ее ликвацией, снижением микро- твердости и фрикционной теплостойкости1803459 Таблица 1 Со е жение компонентов /железо - остальное/, мас,Компонент 6 /изв/ 33,650,86,81,88,82,5 .0,042,081,80,01.0,06 3,81,27,0 .1,99,23,370,08З,О1,9О,ОЗ0,1 2,9 0,08 0,8 2,20,050,001 0,60,320,0010,001 3,50 0,6 6,6 1,6 6,40,950,007 1,5 1,50,0060,04 2,3 1.3 0.2 0,3 3,0 2,2 Ц,02 0,5 0,05 3,05 0,30 3,36 1,0 3,05 0,24 0,002 1,02 0,84 0,002 0,002 Углерод Кремний Хром Марганец Никель Медь Церий Вольфрам Молибден Бор Магний Нитриды ванадия Титан 0,060,01 1,10 0,57 О,33 0,06 0,88 0,35 0,65 0,12 при 800-1000 К при более высоких концентрациях,П р и м е р. Опытные плавки проводят вдуговой электропечи емкостью 1,5 т с кислой футеровкой. Микролегирование цирко, нием, ферробором, нитридами ванадия имедью производят в печи за 3 - 6 мин довыпуска в ковш. Перегрев чугуна составлял1480 - 1500 С. Церий и модификаторы вводят в ковш, Разливку металла производят в 10сухие жидкостекольные формы при температуре 1410-1450 С,В табл,1 приведены химические составы чугунов опытных плавок; в табл,2 - результаты механических и эксплуатационных 15испытаний чугунов, полученных на заготовках и пробах после их закалки и отпускапри 560 - 580 С,Микротвердость определяют на приборе ПМТ-З, а эксплуатационную стойкость - 20в условиях фрикционного износа и трещиностойкость - на звездообразных пробах.Термическую стойкость определяютпри термоциклировании в интервале температур 30-900 С, а эксплуатационную 25стойкость - на испытательных стендахфрикционного износа.Как видно из данных табл,2, предлагаемый чугун обладает более высокими характеристиками фрикционных свойсв и термыЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ,Формула изобретения Высокопрочный чугун для отливок, со держащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, молибден, магний, це. рийижелезо,отличающийся тем,что, с целью повышения термостойкости и стабильности эксплуатационных свойств, он дополнительно содержит вольфрам. нитриды ванадия, цирконий, титан и бор при следующем соотношении компонентов, мас..УглеродКремнийМарганецХромНикельМедьМолибденМагнийЦерийНитриды ванадияВольфрамЦирконийТитанБорЖелезо1803459 Таблица 2 Показатели СвойСтва износостойких чуднов Предлагаемый чугун ИзвестныйПредел прочности при изгибе, МПаТермическая стойкость, цикловКонтактная выносли вость, МПаКоэффициент износостойкости, Кф, МПаМикротвердость, Н/мм Стойкость к растрескиванию, трещинЭксплуатационная стойкость, чФрикционная теплостойкость, икл 1062 1087 1076 768 1009 745 4835 4790 3090 3570 2800 682 696 612 648 515 6,215040 8,86 5845 9,88 5680 10,52 5715 9,96, 5690 6,87 5120 3,7 4,0 3,9 6,0 6,6 3980 3960 3920 2710 3360 2100 2855 2823 1610 2815 1826 2085 Составитель Г. ДудикТехред М.Моргентал Корректор Л. Пилипенко Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул,Гагарина. 101 Заказ 1035 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ГССР 113035, Москва. Ж, Раушская наб 4/5