Высокопрочный чугун

(19) (111 51 2 С 37/ ЗОБРЕТЕНИ ПИ ТОРСНОМУ СВИ ЬСТВУ Ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ"Гомсельмаш" и Могилевское отделениеФизико-технического института АН БСС(57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано дляпроизводства отливок, работающихв условиях трения, Цель изобретения - повышение предела прочности при растяжении, удароустойчивости и износостойкости в условиях сухого трения при отрицательных температурах. Новый чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас.Х: С 3,1-3,8; Бх 1,5-2,3; Мп 0,5-1,2; Нд 1,0-1,9; Сг 0,1-0,5; Сц 0,3-1,1 Са 0,02-0,06; Ме 0,04-0,08; 7 0,02- 0,06; 1.а 0,02-0,05; Мо 0,1-0,9 Ч 0,08-0,42; А 1 0,02-0,06; Со 0,05- 0,25; нитриды стронция 0,02-0,08; В 0,02-0,06 и Ре остальное. Допол нительный ввод в состав чугуна Со, В и нитридов стронция, а также повышение содержания Мя с 0,35 до 0,04- 0,08 мас.Х позволяет повысить 6 в 1,4-1,54 раза, удароустойчивости в 2-,8 раз и износостойкости в интервале температур (-10)-(60) С в 2,1-4,1 раза, 2 табл.40 45 50 55 Изобретение относится к металлургии, в частности к разработкесостава высокопрочного чугуна длядеталей, работающих в условиях сухого трения, .Цель изобретения - повышениепредела прочности при растяжении,удароустойчивости и износостойкости в условиях сухого трения при отрицательных температурах,Дополнительное введение кобальтав количестве 0,05-0,25 мас.обеспечивает измельчение графита, повышение твердости, удароустойчивости,прочности и стабильности механических свойств при отрицательных температурах, что обеспечивает существенное повышение сопротивляемостиударным нагрузкам и Фрикционной иэносостойкости при отрицательных температурах. При концентрации его до0,05 мас.фрикционная износостой кость недостаточна, а при концентрации кобальта более 0,25 мас. снижаются сопротивляемость ударнымнагрузкам и трещиностойкость,Нитриды стронция при концентрации 0,02-0,08 мас, . - эффективномодифицирующие структуру чугуна добавки, улучшающие сопротивляемостьлитых изделий износу благодаря измельчению структуры, При концентрации до 0,02 мас, , сопротивляемостьизносу недостаточна, а при увеличении содержания нитридов стронцияболее 0,08 мас, . снижается ударнаявязкость и ударно-усталостная долговечность при отрицательных температурах из-за повышения концентрациинеметаллических включений,Бор - поверхностно-активная добавка, повышающая прочность и стабильность структуры и свойств в широком интервале температур, что способствует фрикционной износостойкости при низких температурах, Присодержании бора до 0,02 мас,% фрикционная износостойкость при температурах до -60 С недостаточна, апри концентрации бора более0,06 мас,% снижаются трещиностойкость и ударно-усталостная долговечность при отрицательных температурах,Легирующие компоненты (никель,хром, молибден, медь и ванадий) в,указанных пределах обеспечивают упрочнение матрицы и необходимую Фрик 5 10 15 20 25 30 35 ционную износостойкость при отрицательных температурах, не снижаяударно-усталостную долговечность.Их содержание в чугуне определяютэкспериментально,Модифицирующие добавки (магний0,04-0,08, алюминий 0,02-0,06, иттрий 0,02-0,06, лантан 0,02-0,05и кальций 0,02-0,06 мас.%) обеспечивают раскисление чугуна и улучшение формы графита, способствуя повышению склонности к измельчениюструктуры и повышению ударно-усталостной долговечности, Пределы их содержания ограничены концентрациями,при которых выше фактор формы графита, а также пластические и прочностные свойства чугуна в отливкахпри отрицательных температурах. Лантан из редкоземельных металлов наиболее эффективно повышаетпластические свойства и ударно-усталостнуюдолговечность при отрицательных температурах, а иттрий увеличиваеттвердость и Фрикционную износостойкость при отрицательных температурах.Содержание углерода, кремния имарганца принято иэ опыта производства высокопрочных износостойкихчугунов, эксплуатируемых при отрица- .тельных температурах,Олово увеличивает хрупкость чугунапри отрицательных температурах и снижает ударно-усталостную долговечность, поэтому оно исключено из состава чугуна,чугун выплавляют в открытых индукционных печах с использованием литейных и предельных чугунов, стального(и чугунного лома, гранулированного никеля, ферромолибдена, брикетов нитридов, феррокобальта, Ферробора, феррохрома, феррованадия и других комплексных сплавов и лигатур. Перегрев металла перед рафинированием составляет 1480-1520 С. Для рафинирования используется кальциниронанная сода, Заливка чугуна в автоклав или раздаточный ковш производится при 1500 С, а разливка его в сухие песчаные или подогретые металлические формы производится при 1390-1430 С, Ферробор вводят в раздаточный ковш, а порошки нитридов стронция - в процессе графитизирующего модифицирования совместно с измельченным злектропечным ферросилицием. Угар нитридов стронция составляет 6,8-8,4/,1435648 0,02-0,08 0,02-0,06 Остальное Таблица 11 Содержание компонентов, мас.%, в составе Компоненты 1 (известный) Углерод 3,3 Кремний 1,5 Марганец 0,6 3,5 3,8 2,3 0,5 0,9 1,2 0,2 0,4 0,1 0,5 Хром 1,0 1,0 1,9 Никель 0,7 0,7 О,Медь 0,05 0,02 0,04 0,06 Кальций угар кобальта при введении в электропечь 7,1-7,97. и бора 8,8-10,2%,П р и м е р. В индукционных печахпроводят шесть плавок высокопрочных5чугунов известного и предлагаемогохимических составов (табл. 1). Технологические пробы, образцы и износостойкие отливки получают заливкоймодифицированных расплавов в сухие 1 Опесчаные формы.В табл. 2 приведены механическиеи эксплуатационные свойства высокопрочных чугунов опытных плавок. Испытания на удароустойчивость проводят 15на центробежной метательной машине,Продолжительность испытания 20 мин.Механические свойства и фрикционнуюизносостойкость определяют стандартными методами.20Как видно из табл. 2, предлагаемыйчугун имеет более высокие показателифрикционной износостойкости и сопро тивляемости ударным нагрузкам. Применение предлагаемого чугуна позволит повысить надежность и долговечность деталей узлов сухого трения,работающих при температурах до -60 С.Дополнительный ввод в состав предлагаемого чугуна бора, кобальта, нит- З 11ридов стронция и повышение содержания магния обеспечивают повышение68 в 1,4-1,54, удароустойчивости в2-8 раз и износостойкости при температуре (-10)-(-60)С в 2,1-4,1раза.Формула изобретения Высоколрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, медь, кальций, магний, редкоземельные элементы, молибден, ванадий, алюминий,и железо, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения предела прочности при растяжении, удароустойчивости и иэносостойкости в условиях сухого трения при отрицательных температурах, он дополнительно содержит кобальт, нитриды стронция и бор при следующем соотношении компонентов, мас.Х;Углерод 3,1-3,8Кремний 1,5-2,3Марганец 0,5-1,2Никель 1,0-1,9Хром 0,1-0,5Медь 0,1-1,1Кальций О,02-0,06 Магний 004 Оф 08 Редкоземельныеэлементыиттрий 0,02-0,06лантан 0,02-0,05Молибден 0,1-0,9Ванадий 0,08-0,42 Алюминий 0,02-0,06Кобальт 0,05-0,25 Нитриды стронцияБорЖелезо(иав ст-нцй 0,03 0,04 0,06 0,08 Ое 1 Ов 45 Оф 9 0,08 0,27 0,42 0,02 0,04 0,06 0,02 0,03 0,06 0,02 0,03 0,05 0,05 0,17 0,25 Магний Молибден 0,25 Ванадий 0,45 Алюминий О, 31 Иттрий 0,01 Лантан Кобальт Нитридыстронция 0,02 0,08 0,05 0,04 0,02 0,06 Бор 0,03 0,05 0,1 ФосфорЖелезо ОстальОсталь- Осталь- Остальное ное ное ное Б известном чугуне содержится 0,08 мас.7.серы, 0,04 мас.Е церия и 0,04 мас,Ж олова. Таблица 2 Значения показателей для составаПоказатели Временное сопротивление прирастяжении, МПа 580 810 872 895 259 265 269 277 Твердость, НВ Трещиностойкость,Е 96 93 86 91 Удароустойчивость приГ, Ж 16 фрикционная износостойкость,1435648 8Продолжение табл,2 Показатели Значения показателей для состава-60 14 ф 5 41 ФО 4790 5611 Составитель Н. КосторнойТехред А.Кравчук Корректор С. Шекмар Редактор Н. Яцола Заказ 5614/25 Тираж 595 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Ударно-усталостная долговечностьцикла, при температуре, фС: Сопротивляемостьзадиру при -20 С,МПа 257 114 94 79 331 136 124 96 475 154 142 115 2740 5045 6173 6920 1320 3960 3815 4116 710 2345 3180 3650