Высокопрочный чугун

(51)4 С 22 С 37/О ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС 0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ЗОБРЕТЕН ЕЛЬСТВУ(71) Всесоюзный заочный политский институт(57) Изобретение относится клитейного производства, в часк составам бетонных высокопро енк ССР 80,лас тностчных ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ 801 З 5932 чугунов. Целью изобретения является повышение контактной прочности и предела контактной выносливости высокопрочного чугуна в отливках. Предложенный чугун содержит в мас.7.: углерод 3,4-3,8, кремний 1,5-2,6,марганец 0,8-1,7, хром 0,06-0,2, никель 0,005-0,8, титан 0,02-0 06, медь 0,32-1,45,магний 0,02-0,08, церий 0,09-0, 17, кальций 0,02-0,06, алюминий 0,002-0,02, германий 0,003 - 0,08, нитриды циркония 0,025-0,08, лантан 0,002-0,03, железо - остальное, Чугун предложенного состава мод жет быть использован для изготовления деталей зубчатых передач. 2 табл,3,4-3,8 1,5-2,6 0,8-1 7 0,06-0,2 0,05-0,8 0,02-0,06 0,32-1,45 0,02-0,08 0,09-0,17 0,02-0,06 0,002-0,02 0,003-0,08 15 ТитанМедьМагнийЦерийКальцийАлюминийГерманийНитридыцирконияЛантанЖелезо 20 25 0,025-0,080,002-0,03Остальное Дополнительное введение германия 30 микролегирует металлическую основу, измельчает графит, повышает склонность к бейнитному превращению повышает предел контактной выносливости и контактную прочность. При концентрации германия до 0,003 мас,7. графит в чугуне крупный, содержание бейнита в структуре низкое, а предел выносливости и контактная прочность недостаточны. При концентрации 40 германия более 0,08 мас.снижаются поверхностная твердость и прочность, что приводит к снижению контактной выносливости.Нитриды циркония дополнительно 45 введены как эффективные модифицирующие добавки, служащие дополнительными центрами кристаллизации, измельчающими структуру, и повышающие контактную прочность, износостойкость 50 и предел выносливости, При концентрации нитридов циркония до 0,025 мас. .их модифицирующий эффект, обеспечивающий микрорегулирование и измельчение структуры, недостаточен, а повышение контактной прочности и усталости недостаточен, а при увеличении их концентрации более 0,08 мас.% повышается содержание нитридов по Изобретение относится к литейному производству, в частности к сосаавам бейнитных высокопрочных чугунов, используемых для изготовления деталей зубчатых передач.Цель изобретения - повышение контактной прочности и предела контактной выносливости высокопрочного чугуна в отливках, работающих в услови ях трения,Чугун предложенного состава содержит, мас,%;УглеродКремнийМарганецХромНикель границам зерен и снижаются пределвыносливости и контактная прочноеть.1Лантан в количестве 0,002-0,08 мас.%стабилизирует аустенит, повышает твердость, контактную прочность и пределвыносливости. При концентрации лантана до 0,002 мас.7 повышение твердости и контактной прочности недостаточно, при увеличении концентрации лантана более 0,08 мас.бейнитная реакция при изотермической закалке идет не до конца, снижаютсяпластичность, передел контактной выносливости и прочность.При концентрации углерода менее3,4 мас.7, кремния до 1,5 мас.7. имарганца более 1,7 мас.7. в чугунеобразуются эвтектический цементити карбиды, снижающие пластичностьи предел контактной выносливости,а при увеличении содержания углерода более 3,8 мас.7., кремния более2,6 мас.7 и снижении содержания марганца менее 0,8 мас,% снижаются твердость, контактная прочность и выносливость. Хром, никель и титан в указанных пределах упрочняют матрицу,повышают контактную прочность, Приконцентрации их менее нижних пределов аустенита в литом состоянии вструктуре не образуется и контактнаяпрочность низкая, а при увеличенииих концентрации выше верхних пределов образуются в структуре крупныекарбиды, снижающие предел контактнойвыносливости,Модифицирующие добавки (магний0,02-0,08 мас,%,церий 0,09-0,17 мас, ,алюминий 0,002-0,02 мас,7 и кальций0,02-0,06 мас,%) обеспечивают раскисление, измельчение графита и улучшение формы графита, способствуютупрочнению матрицы и очистке границзерен, что обеспечивает повышениеконтактной прочности и стабилизациипредела контактной выносливости.При увеличении содержания модификаторов выше верхних пределов повышаетсяконцентрация неметаллических включений в чугуне, что снижает пределконтактной выносливости, а при концентрации модификаторов ниже нижнихпределов в чугуне не образуется компактных включений графита, снижаютсямеханические свойства и контактнаяусталость.П р и м е р. Опытные плавки проведены в дуговой электрической печи13593 Т а б л и ц а 11 Состав чугуна, мас.7 Компоненты Известный Предложенный) 45 1 236 Углерод 4,0 3,8 3,2 1,5 1,2 1,7 0,4 3,4 3,6 3,4 2,8 2,6 2,0 2,3 Кремний 1;9 0,5 0,8 1,5 Марганец 0,4 0,02 0,2 0,15 0,2 0,06 ХромНикель Оф 8 Оэ 01 1,45 0,06 Оэ 05 Оэ 7 0,5 1,9 1,05 0,31 0,15 Медь 0906 01010,02 0,001 0,08 Оэ 03 Ов 02 Оф 05 Титан 0,15 0,04 0,002 0,01 0,020 0,03 Алюминий 006 0003 0,17 Оф 04 0,08 0,01 0,08 0,03 Кальций 01070109 0112 0,19 Церий 0,1 Ою 02 0107 0,04 Магний 0,003 0,03 0,08 0,001 0,09 Германий Нитридыциркония Ов 025 Оэ 05 Ое 08 Оэ 002 0,2 0,05 0,03 0,001 0,002 0,02 Лантан Осталь- Осталь- Осталь- ОстальОстальОстальЖелезо ное ное ное ное ное ное 3с кислой футеровкой, В качестве шихтовых материалов используют чугунный и стальной лом, чушковые чугуны, возврат штампового производства, полуфабрикатный никель, брикеты нитридов циркония, медь, феррохром, титангерманиевая лигатура, редкоземельные металлы, ферросплавы и шлакообразующие материалы. По мере образования под электродами жидкого металла в 10 печь присаживают кварцевый песок и известь в соотношении 10:(1-2) в количестве, обеспечивающем к концу расплавления образование сплошного шлакового покрова (57 от массы метал ла). Содержание РеО в шлаке не пре 28 4вышало 10-127. Перегрев расплава 1480-1530 С, Брикеты нитридов циркония,измельченные до фракции 0,2-2,0 мм.При выпуске расплава из печи в литейный ковш производят модифицирование присадкой металлического лантана, никель-магниевой лигатуры и сплава германия с титаном, Температуо ра модифицирования чугуна 1410-1440 С, Из модифицированного чугуна отливают износостойкие отливки и технические пробы. В габл.1 приведены химические составы высокопрочных чугунов опытных плавок.1359328 Таблица 2 Чугун Содержание в ПовышеКонтактОтноси- тельное Временное сопроПределконтактной выная прочностьМПа ние контактной структуре бейнита,7,удлинение,7 тивление прочности,МПа носливости,МПа при растяжении, МПа Известный 24 370 6,0 3-7 600 652 Предлагаемый 7,8 460 21-25 28-33 34-38 750 685 50 784 496 8,4 706 72 7,8 790 493 712 88 4-9 612 372 6,2 660 23 415 13-18 710 6,9 674 45 Определение содержания компонентов в высокопрочных чугунах проводят методом дифференцированного химического анализа. Усвоение элементов в чугуне составляет,7.: лантан 81-84; германий 85-88; нитриды циркония 89-92; магний 48-52,сВ табл,2 приведены данные о механических свойствах и структуре высокопрочных чугунов в отливках. Механические свойства определены по стандартным методикам на образцах и отливках после изотермической вы Повышение контактной прочности дано в процентах к нормальной (при 20 С и удельном давлении 1 МПа) контактной прочности при трении со смазкой и характеризует увеличение контактной прочности при трении без смазки и удельном давлении 10 МПа. Приведенные в табл,2 данные свидетельствуют о том, что дополнительный ввод в состав чугуна германия, нитридов циркония и лантана приводит к существенному повышению контактной прочности и предела контактной выносливости чугуна в условиях износа. держки в расплаве солей при 320 350 о С.Поверхностную (контактную) прочность замеряют по методике НАТИ при контактном нагружении цилиндрических шестерен и предел контактов выносливости - на цилиндрических образцах с использованием машины МКВ-К по стан-дартной методике ГОСТ 2860-65. Точность изготовления образцов - не ниже 6 квалитета по СТ СЭВ 144-75, а параметр шероховатости рабочей части образцов - не более 0,32 мкм по ГОСТ 2789-73,формула изобретения Высокопрочный чугун, содержащийуглерод, кремний, марганец, хром никель, титан, медь, магний, церий, кальций, алюминий и железо, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения контактной прочности и пре дела контактной выносливости, он дополнительно содержит германий, нитриды циркония и лантан при следую щем соотношении компонентов,мас.7:Углерод 3,4-3,8 Кремний 1,5-26 Марганец 0,8-1, 7 Хром 0,06 - 0,21359328 0,002-0,02 0,003-0,08 0,025-0,080,002-0,03Остальное Составитель А.БармыковРедактор И.Сегляник Техред Л,Сердюкова Корректор В.Бутяга Заказ 6117/27 Тираж 605 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5оПроизводственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная,4 НикельТитанМедьМагнийЦерийКальций 0,05-0,8 0,02-0,06 0,32-1,45 0,02-0,08 0,09-0,17 0,02-0,06 Алюминий Германий Нитриды циркония Лантан Железо