Чугун

СОЮЗ СОВЕТСНИХСВИВЛИраесиииРеспуБлик 3 СЮ С 22 С 37 ЕТЕН СТ У госуд ственный комитет ссст Д ел АИ ИВСДЕВФ ч ВПЮЫЮ ОПИСАНИЕ(71) Белорусский ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехнический(54)(57) ЧУГУН, содержащий углерод,кремний, марганец, хром, никель, ти. тан, ванадий, церий, кальций, азоти железо, о т л.и ч а ю щ и й с я г тем, что, с целью повышения термостойкости и получения равномерной прочности в отливках с толщиной стенки от 40 до 70 мм;он дополнительно содержит алюминий при следующем соотношении ингредиентов, мас.Ъ Углерод 3,0-3.,6 Кремний2,4-2,8 Марганец 0,82-1,5 Хром 0,1-0,4 Никель 0,05-0,4 Титан " 0,03-0,1 Ванадий О,. 32-0, 50 церий 0,005-003 Кальций 0,02-0,04 Азот 0 005-0,02 Алюминий О 015-0,1 Железо ОстальноеИзобретение относится к литейно- . му производству, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может быть использовано для получения отливок, работающих в условиях циклических температурных нагру- .зок, а также интенсивного износа (например тормозных барабанов большегрузных автомобилей).Известен чугун для получения качественных отливок следующего химического .состава, вес.%:Углерод 2,9-3,5Кремний 1,7-2,7Марганец0,3-0,8Хром0,1-0,5Никель 0,05-0,3Ванадий 0,15-0,5Азот 0,005-0,03Церий 0,005-0,02Алюминий 0,001-0,1Железо ОстальноеДанный чугун обладает следующими свойствами: предел прочности на изгиб 50-56 кг/мм, предел,прочностй на разрыв 26-29 кг/мм, твердость 210-235 НВ, отбел 3-6, износ 0,49-0,57 г.Известен также чугун следующего химического состава, вес.Ъ:Углерод 2,9-3,5Кремний 1,8-2,6Марганец 0,4-0,8Хром 0,15-0,4Никель 0,1-0,4ВанадийАлюминий 0,005-0,02Церий0,005-0,02Медь 0,02-0,3титан О,ОЗ-О,1Железо ОстальноеДанный;чугун предназначен для получения качественных отливок и обладает следующими свойствами:предел прочности на изгиб .53-55 кг/мм; предел прочности на разрыв 26- 27 кг/мм 2, твердость 239-243 НВ, износостойкость 0,59-0,65 г/1000 м. коэффициент трения 0,33-0,38.Наиболее близким к изобретению . по технической сущности к достигаемому эффекту является чугун, который содержит ингредиенты в следующем соотношении, вес.%:Углерод4,9-3,5Кремний 1,7-2,5Марганец. 0,3-0,8Хром - 0,05-0,3Никель 0,05-0,3Титан О,02-0,15 Ванадий 0,03-0,3Церий 0,005-0,03 Азот 0,005-0,02 Кальций 0,001-0,02 Железо ОстальноеЧугун также содержит примеси серы до 0,08 и фосфора до 0,15 вес.Ъ. составе комплекса стабилизирующихэлементов .(марганец, хром, ванадий,титан), что обеспечивает высокиепрочностные характеристики в от ливках с толщиной стенки до 30 мм.В массивных сечениях с толщинойстенки от 40 до 70 мм при данномуровне содержания указанных элементов формируется неравномерная-струк тура. В условиях интенсивного износа, сопровождающегося .значительнымциклическим нагревом чугуна до .600-700 ОС неравномерность структу"ры а следовательно, и свойств чу-.гуна в различных сечениях снижаетдолговечность материала, При этомнаряду с повышенным износом снижается и термостойкость чугуна.Целью изобретения является повышение термостойкости и полученияравномерной прочности вотливкахс толщиной стенки от 40 до 70 мм.Для достижения указанной целив состав чугуна, содержащего углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан, ванадий, церий, кальций, азот и железо, дополнительно)введен алюминий при,следующем соотношении ингредиентов, вес.%:Углерод 3,0-3,6Кремний 2,4-2,8Марганец 0,82-1,5Хрбм 0,1-0,4Никель 0,05-0,4Титан 0,03-0,1 35 Ванадий 0,32-0,5Церий О,ОО 5-О,аЗКальций 0,02-0,04Азот 0,005-0,Ь 2Алюминий 0,015-0,1 40 Железо ОстальноеВ качестве примесей чугун содержит серу до 0,08 и фосфор до0,1 вес.Э.Наличие в составе чугуна цЕрия,алюминия, кальция вследствие графитиэирующего действия тугоплавкихнитридов и других .соединений позволяет измельчить эвтектическое зерно в разностенных отливках и темсавым повысить механические свойства чугуна. Повышение концентрацииванадия, марганца в совокупности с;:Хромом и титаном обеспечивает высокуюдисперсность перлота, обладающегоменьшей склонностью к выкрашиваниюв процессе сухого трения скольжения.Кроме тогО,. повышается стабильностьперлита при высоких температурах,что в свою очередь увеличивает нетолько износостойкость, но и термо .стойкость отливок в процессе эксплуатации. Наличие в чугуне азота в присутствии ванадия оказывает благоприятное влияние на структуру и свойства чугуна.,Никель и титан обеспечивают получение равномерной проч 65ноети отливок с толщиной стенки от40 до 70 мм.П р и м е р. Для получения чугуна.были выплавлены 3 состава предлагаемого чугуна на нижнем, среднем иверхнем пределах содержания ингреди" 5ентов. Для сравнительных испытанийбыл использованизвестный чугун,содержащий ингредиенты на среднемпределе. Плавки проводили в индукционной печи с кислой футеровкой. . 10В качестве шихтовых материалов ис-.пользовались литейный чугун ЛКЗ,стальной,лом, ферросплавы кремния,марганца, никеля, титана, ванадия, лигатуры, содержащие церий, кальций,алюминий, а также азотированный марганец. Шихту загружалив печь,рас-; плав перегревали до 1480 ОС и перед разливкой вводили церий, кальций,алюминий.:Чугун заливали в разовыепесчаные. формы. Из образцов с диаметром 50 мм вырезались кольца для испытаний на термостойкость, которая оценивалась по количеству цикловдо.образования первой трещины.принагреве в свинцовой ванне до 650 С и охлаждений в проточной воде до 150 С. Испытание на износ прово:дили на машине трения МТ 2. в условиях сухого трения скольжения при Ф, удельной нагрузке 16 кг/см и скорос:, ти скольжения 1,2 м/с. Свойствачугуна ( д р НВ ) в отливках Опре делили по стандартныМ методикам на образцах, вырезанных иэ ступенчатойплиты с толщиной стенки .40,50 и 3570 мм..Химический состав чугунов приведен. в табл. 1.Свойства чугунов приведены,в табл, 2. 40Как,видно иэ табл. 1 и 2, изменение пределов содержания марганца,. ванадия и кальция, а,также дополнительное иегированне алюминием выравнивает прочность чугуна в отливках 45 с толщиной стенки от 40 до 70 мм. Предложенное сочетание стабилизи- : . рующих элементов (хрома, титана, марганца) и особенно ванадия с азотом в комплексе с графитиэирующнми добавками, обеспечивает повышение износостойкости и термостойкости чугуна. Стуруктура предлагаемого чугуна перлитная с равномерно разделенным графитом. Высокая дисперсность и стабильность перлита обеспечивает высокую надежность чугуна в процессе износа при значительных удельных нагрузках, сопровождающих ся циклическим нагревом чугуна довысоких температур.Пределы содержания углерода икремния: верхние 3,6 и 2,8 соответственно установлены исходя изнеобходимости получения перлитнойструктуры и нижние 3,0 и 2,4 - исходя иэ того, чтобы в структуре отсутствовал цементит Нижний пределсодержании марганца 0,82, хро"ма 0,1, никеля 0,05 и ванадия 0,32обусловлен получением чугуна требуемой прочности, износостойкости,термостойкости, а верхний пределсодержания марганца 1,5, хрома 0,4,ванадия 0,5 установлен исходя изполучения перлита высокой дисперснос-,ти и стабильности, а также некоторым снижением трещиноустойчивостипри содержании данных элементов выше укаэанных пределов. Верхний пределсодержания никеля 0,4 обусловленполучением более равномерной прочности в различных сечениях. Пределысодержания титана 0,03-0,1 выбраны исходя иэ получейия равномерногораспределения графита в чугуне. Пределы содержания церия 0,005-0,03,кальция 0,02-0,04, алюминия 0,015-0,1 обеспечивают эффективное модиФицирование жидкого чугуна, темсамым улучшая форму граФита, и исключают кромочный отбел. Азот приконцентрации 0,0050,02 усиливаетлегирунзцее действие ванадияповышает дисперсность перлита. Оптималь.ный состав предлагаемого сплава. Технология получения сплава заключается .в расплавлении компонентовшихты в электродуговой печи, насыщение расплава азотом и обработкечугуна перед разливкой церием,кальцием и алюминием с помощью лигатур.Предлагаемый состав целесообразно использовать для изготовленияотливок тормозных барабанов большегрузных автомобилей БелАЭ,грузоподъемностью 70 т в частности.Экономический эффект от исполь-зования предлагаемого чугуна обеспечивается эа счет повышения надежности тормозных барабанов и снижениянормы Расхода запасных частей.Расчетный экономический эффект .составляет 115900 руб. в год.Износ Тремостойкость мм (циилы до появл первой трещины) Чугун Пределы 70 40 23 25 27 200 Предлагаемяй Нижний 0,3 29 29 28 260 29, 5. 30 280 Средний 0,45 29 31 32 310 Верхний, 0,6 Составитель Г.ДудикТехредл,пекарь Корректор О,Билак Редактор В.Данко Заказ 4678/31 Тираж 627 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Рауыскся наб., д. 4/5