Высокопрочный чугун для отливок

З СОВЕТСНИЦИАЛИСТИЧЕСН УБЛИН ОЮ А 1 19) 111) 655 2 С 37/10 5 ММВБ)Л ЕТЕН ЕЛЬСТВУ МУ СВИ(5 (5.С Ав 924 О. ГУН ДЛЯ ОТсится к меспользованго литья. тал-.о при ель -изводстве станоч ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ И 4131495/31-0223.06.8615.01.88, Бюл. У 2Всесоюзный заочный политехннститутЮ.Г.Серебряков, Б.К.Святкинарпенко, Е.И.Марукович(57) Изобретение отлургии и может быть повышение предела выносливости приизгибе, относительного удлинения,износостойкости при 600 С и ударнойвязкости в отливках с толщиной стенки 60-200 мм. Новый чугун содержиткомпоненты в следующем соотношении,мас.7: С 3,2-3,8; Бд 1,5-2,2; Мп0,2-0,5; А 1 0,2-1,0; Ид 0,4-1,2;Мо О, 1-0,3; 7 О, 12-0,28; РЗМ 0,020,05; Бп 0,02-0, 1; Мя 0,03-0,07;ЯЪИ О, 11-0,27; В или Т.х 0,01-0,03и Ре остальное. Дополнительный вводв состав чугуна ИЪИ и В или Ь 1обеспечивает повышение б,", в 1, 161,24 раза, / в 5,5-6,3 раза, ударной вязкости в 2,2-6,6 раза и износостойкости при 600 С в 2,1-3, 1раза. 2 таблИзобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для станочного литья.Цель изобретения - повьшение нредела выносливости,при изгибе, относительного удлинения, износостойкости при 600 С и ударной вязкости в отливках с толщиной стенки 60-200 мм.Выбор граничных пределов содержания компонентов обусловлен следующим.Введение нитридов ниобия обусловлено тем,что они микролегируют металлическую основу и измельчают структуру, повышают ее стабильность служат центрами кристаллизации,что способствует повышению ударной вязкости и других упруго-пластических свойств. Введение до 0,11 мас,7 нитридов ниобия не обеспечивает достаточного количества центров кристаллизации в расплаве при затвердевании толстостенных отливок в песчано-глинистых формах, существенного измель- чения структуры в отливках и повышения упруго-пластических свойств. При повышении концентрации нитридов ниобия более 0,27 мас,7. увеличивается количество дефектов кристаллических решеток металлической сновы, неметаллических включений по гранИ- цам зерен, ухудшается Фактор формы графитных включений, повышаются термические напряжения, что снижает технологическую пластичность, трещиностойкость и ударную вязкость,Ванадий введен как эффективнй микролегирующий и нитридообразующий компонент, существенно измельчающий матрицу и графитные включения,обеспечивающий однородность структуры и повышение упруго-пластических свойств и их стабильность после отпуска. Верхний предел концентрации ванадия (0,28 мас.%) обусловлен снижением технологической пластичности и увеличением отбела при более высоком его содержании и снижении упруго-пластических свойств после отпуска, При уменьшении концентрации ванадия менее О, 12 мас,% укрупняется структура, снижаются однородность графитных включений, динамическая прочность, предел текучести, увеличивается неоднородность структуры.Иеталл из группы, содержащей бор и литий, способствует распаду эвтектического цементита, очищает границы зерен, снижает загрязненность чугунанеметаллическими включениями, служит поверхностно-активными добавками, повышает дисперсность структуры и упруго-пластические свойства. При концентрации их до 0,01 мас.% модифицирующий эффект недостаточен, а при повышении их содержания более 0,03 мас,% увеличивается неоднородность структуры, снижается технологическая пластичность и динамическая прочность.Граничные параметры содержания углерода (3,2-3,8 мас.%) и кремния (1,5-2,2 мас.%) определены, исходя из практики производства высокопрочных чугунов с повышенными упруго- пластическими свойствами и мелкозернистой структурой,При концентрации углерода более 3,8 мас,% и кремния более 2,2 мас,7 снижаются предел выносливости, ударная вязкость и другие механические свойства чугуна,а при концентрации углерода до 3, 2 мас,% и кремния до 1,5 мас.7 возрастают отбел и термические напряжения, снижаются трещиноустойчивость, ударная вязкость и другие пластические свойства в толстостен 10 20 25 30 ных отливках. 35 55 Содержание легирующих добавок (марганец 0,2-0,5 мас.7 молибден 0,1-0,3 мас.%,никель 0,4-1,2 мас.7., алюминий 0,2-1,0 мас.7) обусловлено существенным повышением технологической пластичности прочности и ограничено пределами, ниже которых технологическая пластичность и прочностные свойства недостаточные, а выше которых увеличиваются термичес - кие напряжения и снижаются пластические свойства и предел выносливости при изгибе.Введение церия в количестве 0,02- 0,05 мас.7, олова 0,02-0,08 мас.7 и магния 0,03-0,07 мас,% обусловлено их высокой модифицирующей эффек" тивностью и поверхностной активностью, которые в этих количествах обеспечивают повышение пластических свойств, трещиноустойчивости и технологической пластичности. Их содержание обусловлено пределами, обеспечивающими получение дисперсной структуры в отливках с толщиной стенок 60-200 мм, шаровидного графита в чугуне и необходимых механических свойств, а также стабильную мелко66551 4разцах, вырезанных из отливок с толщиной стенок 60, 120 и 200 мм послеотпуска при 580-600 С.5Как видно из табл. 2 упруго-пластические свойства для всех чугуновв пределах предлагаемого составабольше, чем у высокопрочного чугунаизвестного состава.1 О Как следует иэ табл. 2 дополнительный ввод в состав чугуна нитридов ниобия и бора или лития обеспепечивает по сравнению с известнымчугуном повышение ударной вязкости 1 в отливках с толщиной стенки 60200 мм в 2,2-6,6 раза; предела вынос"ливости при изгибе в 1,16-1,24 раза;относительного удлинения в 5,5 о6,3 раза; износостойкости при 600 С 20 в 2,1-3,1 раза. 13 ность структуры, технологическую пластичность и упруго-пластические свойства,поэтому они исключены из состава предложенного высокопрочного чугуна.В табл. 1 приведены химические составы известного и предложенного чугуна. Содержание компонентов в высокопрочном чугуне определяют методом дифференцированного химического анализа по методикам ЦНИИчермета.В табл. 2 приведены данные о механических и технологических свойст 40 вах высокопрочных чугунов в отливках и образцах. Структура всехчугунов в отливках была феррито-перлитной с шаровидным графитом. Временное сопротивление, относительное удлинение, технологическая пластичностьи предел выносливости при изгибе получены на стандартных образцах, аударная вязкость,трещиноустойчивостьи индекс загрязненности неметаллическими включениями определены на обО, 01-0, 03 Остальное зернистую структуру после термической обработки.Плавку чугуна проводили дуплекс- процессом вагранка-индукционная печь с использованием в качестве шихтовых материалов литейных чугунов,стального лома и брикетов ферросплавов.Микролегирование чугуна брикетами нитридов ниобия, феррованадием ФВд 2 или лигатурой ВдА, ферромолибденом и силикомарганцем СМпроводили в электропечи в конце плавки при 1500- 1520 С, а модифицирование ферроцерием; сплавами магния и микролегирование чугуна оловом, бором, литием и алюминием - непосредственно в раздаточных литейных ковшах, емкостью 2 т. Усвоение микролегирующих и модифицирующих компонентов составило, 7.: ванадий из феррованадия Вд 2 88- 92; литий из сплавов алюминий-литий 86-88; нитриды ниобия из прессованных брикетов 87-92; церий из ферроцерия 75-78; и магний из его сплавов 51-54. Для определения отбела залива ют ступенчатые технологические пробы.Хром и медь в отливках с толщиной стенок 60-200 мм снижают стабильФормула из о бретения Высокопрочный чугун для отливок,содержащий углерод, кремний, марганец,алюминий, никель, молибден, ванадий,редкоземельный элемент, олово, магний и железо, отличающийсятем,что, с целью повышения пределавыносливости при изгибе, относительноЗ 0 го удлинения, износостойкости при600 С и ударной вязкости в отливкахс толщиной стенки 60-200 мм, он дополнительно содержит нитриды ниобия и один элемент, взятый из группы, содержащий бор и литий, при следующем соотношении компонентов,мас,7:Углерод 3,2-3,8Кремний 1,5-2,2Марганец 0,2-0,5Алюминий 0,2-1,0Никель . О, 4-1, 2Молибден 0,1-0,3Ванадий О, 12-0, 28 45 Редкоземельныйэлемент О, 02-0,05Олово 0,02-0, 1Магний О, 03-0,07Нитриды ниобия 0,11-0,27 50 Один элемент иэгруппы,содержащей бори литийЖелезо1 1 1 Ме еС 4 МО О ООл лО ОЮОО 1С л О 1-и ОО Х О1 1о М О О л л С О Х1Х МОлО ф- С 4 С О л л О О о Р 4 О О л л О С 1 Х Е 1 Х а Х х о л - а л - СО ос 4 Ол л л л л л л л л О О С О О О О О О О д Х Х Х 101,1 11 1 1 1 1 Х Я1 Х Р 4 СОСЧ СО СО С 4- Г 4 СЧ С л л л л л л лл л О О С О О С С О ОХ О Е О Х 1 11 1 1 1 1 1 Ол Х Х Ж а Л М о 1 Л - О Оф О О О С О О О С О л л л л л л л л л О О О О О О О О С МлО О О О О О СЧ о" СЧ о с- С О О - О О - О- - л л л л л л л л л О О О О О О О О О 1 Е 6 а Х Х Х О О С 4 Л О С 4 СЧл л л л л л л л л г-- СЧ с- - 4 т- СЧ СЧ СО С 4б ОЭ С 4 (Ч М С 4 л л л л л л л л л О О - О О- О, 1 а Е СО л О1366551 Таблнцаг Показателясвойств Состав чугуна Известный Времеяноесолротнвлеыне, ИПа Отыоснтельное удлинение, 2 2,2 129 60 26 57 67 63 32 54 51 20 44 55 ЭО 42 20 18 42 ао 8 9 Эо 200 24 30 27 2 Э 26 5 1 З 9 2,8 з,а 2,6 Э,Э Э,О 2,5 2,7 У,2 4,5 28 35 31 26 2 э 9 86 51 20 3,2 3,6 3,3 Износостойкостьпрн 600 фСмгам гс 250. Предел вынослнВостн прн йзгнбе НПа 371 Э 20 Текнологнчесхая пластнчность прн580-680 фС 2 100 Трецнноустойчнвость, см 20-27 7-11 Редактор И.Сегляник Заказ 6778/25 Тираж 593 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113935 е Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическоепредприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Ударная вязкость енсмв Отлнвкак с тол цнйой мм Индекс загрязненностн неметаллнческнмн вклмченнямн в центре отлнвок с толцныой стенок, мм 10 ф 1 462 440 458 464 443 465 505 449 482 13 8 Э 2 3 2 13 9 138 2 7 99 104 65 6259 52 49 45 40 38 32 112 96 78 , 5 98 29 256 152 30 Э 93 388 ЭУ 9 398 39 325 341 358 138 42144 42 146 143 ОЗ 11818 5-10 6-10 3-9 4-10 8-25 4-83-17 Составитель Н.КосторнойТехред И.Дидык КорректоР В.Бутяга