Чугун

З СОВЕТСНИХОЦИАЛИСТИЧЕСНИСПУБЛИН 4 С 22 С 37 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ а Трудов ргически и Днепро ельныи интешов,О.Н.Рудсяжнюк,риев,Ж.И,Без 1,5 - 2,5 0,15-0,30 0,06-0,10 0,06-0,10 0,04-0,08 0,04-0,08 Остальное во СССР 1979. СССР 1964,ан Неодим Железо ГОСУДАРСТНЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Днепропетровский ордего Красного Знамени металлинститут им. Л,И. Брежневапетровский инженерно-строиститут(54) (57) ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, никель и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целюь снижения модуля упругости, повышения удароустойчивости, износостокости, предела прочности при изгибе и предела прочности при растяжении, он дополнительно содержит ниобий, церий, иттрий, лантан, неодим при следующем соотношении компонентов, мас.ЕУглерод 3,5 - 4,2 Кремний 1,2 - 18 Марганец 2,5 - 4,0 НикельНиобийЦерийИттрий1 1227Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для отливок, работающих в условиях ударно-абразивного износа.Цель изобретения - снижение модуля5 упругости, повышение удароустойчивости, износостойкости, предела прочности при изгибе и предела прочности при растяжении.При установлении необходимых соот ношений компонентов учитывали следующее,Износостойкость чугуна с мартенситной матрицей повьппается по мереувеличения содержания углерода. Верхний практический предел содержания углерода в большинстве случаев обусловливается эвтектическим составом,потому что при более высоком содержании углерода появляются первичныекарбиды, склонные к разрушению, чтои приводит к возрастанию износа Присодержаниях углерода менее нижнего рекомендуемого предела значительно уменьшается количество карбидной фазы, что приводит к снижению твердости и, как следствие, износостойкости.Кремний. В выбранных концентрациях кремний нейтрализует карбидирующее действие марганца, т.е. обеспечивает получение необходимой степени графитизации чугуна (К), При уменьшении содержания кремния ниже 1,27. параметр графитизации чугуна (Кг) низок, а поэтому такой чугун обладает недостаточной прочностью. Увеличение содержания кремния выше рекомендуемого верхнего предела не позволяет получить белый безграфитовый чугун,Марганец. Наибольшие прочность и износостойкость белых чугунов с плас 40 тинообразной эвтектикой и высокотвердыми специальными карбидами ниобия могут быть достигнуты только в случае, если они находятся в твердой и прочной матрице, В предложенном чугуне для получения мартенситной матрицы предусматривается легирование марганцем в пределах 2,5-4,07 в комбинации с 1,5-2,5 Е никеля, Снижение концентрации марганца ниже 2,57 непозволяет получить мартенситную магрицу, в структуре, присутствует троостит, снижая износостойкость. Йовышение содержания марганца свьппе 4,07 не приводит к дальнейпему улучшению свойств.Никель. Как уже указывалось вьппе, пределы содержаний никеля выбраны 706 2исходя из необходимости получения мартенситной матрицы. Нижний предел содержания никеля, обеспечивающий в ,комбинации с 2,5-4,07 марганца получение мартенситной матрицы, составляет 1,57. Оптимальную прочность и износостойкость обеспечивает легирование 2,57 никеля. Повышение концентрации никеля свыше 2,57 к значительному увеличению свойств не приводит, а стоимость такого чугуна возрастает значительно.Ниобий, В предложенном чугуне одной из причин повышения износостойкости является ввод ниобия в количествах, обеспечивающих образование высокотвердых его карбидов (установлено, что такими пределами являются О, 15-0,307) . Применьших концентрациях карбиды либо вовсе не образуются (содержание до 0,17.), либо их очень мало и повышение износостойкости незначительно. Содержание ниобия свыше 0,37 способствует некоторому снижению свойств.При выборе модификаторов для подавления выделения ледебурита в белом чугуне и повышения свойств учтено, что известные модификаторы (церий, иттрий, лантан, неодим) в значительной степени отличаются друг от друга по химической активности, модифицируемому влиянию, имеют различные температуры плавления, кипения, теплоты образования соединений и энергии Гиббса. Однозначно установлено, что, например, максимальную микро,твердость цементита и перлита позволяет получить модифицирование иттрием и лантаном, а феррита - модифицирование и неодимом (механизм такого влияния изучен недостаточно) . Комплексное модифицирование указанными модификаторами приводит к преимущественному образованию СеО, энергия Гиббса которого значительно ниже, чем у ЬаО и У Оэ. Таким образом установили нижние пределы содержания указанных элементов, обеспечивающие подавление выделения ледебуритной эвтектики и преобразование ее в пластинообразную (нижние пределы концентраций модификаторов для данного случая должны быть следующими, мас,7: церий 0,06, иттрий 0,06, лантан 0,04, неодим 0,04, Уменьшение концентраций модификаторов любого из указанных) ниже рекомендуемых пределов не позволяет получить пластинообразную эвтек1227706 Таблица Химический состав, мас.7г ИЬ Тд Р Се1,а к Чугун С 81 Мп М 1 С Ы Ре Известный 3,75 0,31 2,1 1,25 0,1 - 0,12 0,2 3,6 0,5 2,95 1,9 0,2 - 0,2 0,25 3,51 0,68 3,47 2,15 0,3 - 0,3 0,38 Остальное тику, в структуре присутствует леде- бурит, приводящий к.снижению износостойкости. Верхние пределы концентраций иттрия и лантана определяли по степени возрастания микротвердости карбидной фазы, При концентрации 0,17, иттрия и 0,087 лантана микротвердость карбидной фазы была максимальной.Дальнейшее увеличение содержаний этих элементов приводило к образованию большего количества неметаллических включений, снижающих износостойкость, Учитывая, что церий в первую очередь расходуется на рафинирование расплава, рассчитали минимально необходимое его содержание, а потом по степени возрастания микротвердости матрицы определили максимальную его концентрацию. Верхний предел неодима также определяли от степени возрастания микротвердости матрицы. При 0,17 церия и 0,087. неодима (в комплексе с 0,017. иттрия и 0,087 лантана) микротвердость матрицы была максимальной. Дальнейшее увеличение концентраций указанных элементов не приводит к повышению микротвердости и, как следствие, износостойкости. Степень модифицирующего влиния индивидуальных рассматриваемых элементов - модификаторов в значительной мере возрастает при комплексном использовании и в большинстве случаев модифицирование индивидуальным элементом - модификатором не позволяет достичь результатов, полученных при комплексном модифицировании.П р и м е рЧугун выплавляли в индукционной печи ЛПЗМ с кислой футеровкой. Модифицирование производили следующим образом: модифицирующие элементы (церий, иттрий, лантан, неодим) вводили в ковш перед выпуском металла в виде иттрий-цериевой и лантан-неодимовой лигатур следующих составов, мас.7:Иттрий 15 - 20 Лантан 15 - 20 Церий 15 - 20 Неодим 15 - 20 5 Углерод 0,3-0,5 Углерод О 3-0,5Кальций 0,4-0,5 Кальций 0,4-0,5 Кремний 30 - 35 Кремний 30 в , 35 Железо Остальное Железо Остальное 1 О Ниобий вводили в виде ферросплавов в печь при доводке.Чугун при 1500+5 С выпускали вковш с необходимой навеской модификаторов и при достижении температуо15 ры 1330-1340 С заливали в кокильныеформы. Отливки имели размеры; диаметр 50 мм, высота 200 мм, Из отливок вырезали образцы для химическогоанализа, металлографического иссле дования, измерения пределов прочности при изгибе и растяжении, износостойкости и модуля упругости. Испытания механических свойствпроводилипо стандартным методикам. Износостойкость сплава определяли на установкеСМЦпри трении скольжения с усилием70 кгс/мм .Испытание ударостойкостипроизводили по числу ударов до разруше. - .ния литого шара при падении с высоты 6 м.Модуль упругости определяли ультразвуковым методом на установке УЗИС-ЛЭТИ,Химический состав и свойства чугуна приведены в табл. 1 и 2 соответственно.Как видно из табл. 1 и 2, предел 35прочности при растяжении у предложенного чугуна по сравнению с известнымповысился на 66,77., предел прочности при изгибе - на 31,87, модуль уп:ругости снизился на 18,77, износостойкость возросла в 2,53 раза, ударостойкость - на 22,87., микротвердость карбидной фазы - на 15,67, микротвердость матрицы - на 37,271227706 Продолжение табл. тэавщющеее юееж а щ,ф в а Химический состав, масЛ8 Ип М Сг КЬ Тд Р СеЕа Яй Ре Чугун СеВ Предло- женный 35 12 25 15 - 015 4,2 1,2 2,5 2,5 - 0,30 3,5 1,8 2,5 2,5 - 0,15 4,2 1,8 2,5 1,5 - 0,30 3,5 1,2 4,0 1,5 - 0,30 4,2 1,2 4,0 2,5 - 0,15 3,5 1,8 4,0 2,5 - С,ЗО 0,05 0,10 0,10 0,04 0,08 10 0,05 0,06 0,06 0,08 0,08 0,05 0,06 О, 1 О 0,08 0,04 0,05 0,08 0,08 0,02 0,02 4,0 1,5 - 0,15 4,2 1,8 12 3,8 1,5 3,2 2,0 - 0,10 Предло- женный 13 3,8 1,5 3,2 2,0 - 0,15 - 0,05 0,08 0,04 0,04 0,04 Осталь- ное 14 17 18 0,05 0,08 0,08 0,06 0,06 19 20 0,05 0,10 0,08 0,06 0,06 0,05 0,12 0,08 0,06 0,06 21 3,8 1,5 3,2 2,0 - 0,22 3,8 1,5 3,2 2,0 - 0,30 Зь 8 1 э 5 Зф 2 2 ьО Ое 35 3,9 1,4 3,3 2,0 - 0,22 3,9 1,4 3,3 2,0 - 0,22 3,9 1,4 3,3 2,0 - 0,22 3,9 1,4 3,3 2,0 - 0,22 3,9 1,4 3,3 2,0 - 0,22 0,05 0,06 0,10 0,08 0,08 0,05 0,06 0,06 0,08 0,08 0,05 0,10 О, 10 0,04 0,04 - " 0,05 0,10 0,06 0,04 0,08 0,05 0,10 0,06 0,04 0,04 О, 05 0,08 0,05 0,06 О, 06 0,05 0,08 0,08 0,08 0,08 Оь 05 Оэ 08 Оэ 08 Оь 10 0,10 - " 0,05 0,04 0,12 0,06 0,06 0,05 0,06 0,10 0,06 0,061227706 Таблица 2 Ударостойкость,число удаИзносостойкость,г Чугун МодульупругостиЕ 10,кг/мм Микро- твердость карбиднойфазы, МПа Предел Микротвердость матрицы,МПа Предел прочности0, МПа прочности бву МПа ров доразрушения Известный 620 420 595 380 560 380 11900 6700 1850 0,048 1900 0,042 20,5 21,0 12200 6800 20,8 1980 0,040 12500 7050 Предло- женный 23400,028 17,0 780 650 780 645 770 650 14590 8900 2350 0,020 16,8 13800 9100 17,2 2300 0,022 13900 9300 17,5 2280 9600 765 640 13900 0,020 760 635 760 640 780 655 2220 0,019 17,8 9000 14200 2231 0,019 0,017 14500 17,7 9550 2345 16,9 14100 9400 10 2200 О, 018 755 650 14450 8900 17,9 1365 С 750 650 81 СО 17,8 2190 0,031 0,030 0,025 0,022 0,025 0,024 0,020 0,021 0,021 12 760 645 13600 765 650 14000 780 660 14200 17,6 2205 8700 13 14 2235 8900 17,5 9100 16,8 2300 14300 765 645 2230 9100 16 17,2 60 . 640 14000 8800 2200 17 9200 760 635 765 640 765 635 765 635 14100 17,5 2290 2280 14150 9300 17,4 19 14150 9300 17,4 2280 20 0,024 14150 935 С 2300 21 17,3 Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ВНИИПИ Заказ 2267/30 Тираж 567Подписное