Чугун

(56) Авторское свидетельство СССР В 1222705, кл. С 22 С 37/10, 1984,Авторское свидетельство СССР Р 1027264кл. С 22 С 37/10, 1982. дел1,вв ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(57) Изобретение относится к метал" лургии и может быть использовано при производстве отливок, работающих в условиях трения. Цель изобретения - повышение предела усталостной проч" ности, жидкотекучести и улучшение иэносостойкости. Новый чугун содержит, мас.Х: С 3,3-3,7; 8 2,2-3,5; Мп 0,2-0,5; Сг 0,1-0,5; К 0,45-1,8; Т 1 0,2-0,3 7 0,3-0,5; М 8 0,03-0,05 Р РЗМ (Се, 1 а и Ус) 0,09-0, 19 р Со О, 1- 0,6 и Ре - остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна Сц повысил преусталостной прочности в 1,0823 раза, увеличкл жидкотекучесть 1,17-1,3 раза и износостойкость 1,18-1,39 раза. 1 табл.Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна, работающих в условиях контактного трения и энакопеременныхнагрузок.Цель изобретения - повьппение предела усталостной прочности, жидкотекучести и улучшение износостойкости.Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предложенного состава обусловлен следующим.Углерод в данных пределах обеспечивает необходимую эвтектичность сплава и, соответственно, высокую жидкотекучесть, а также необходимые прочностные свойства. При содержании углерода ниже 3,3 мас.7 уменьшается количество твердых карбидов, понижается жидкотекучесть сплава из-за увеличения интервала кристаллизации. Увеличивается доперметная усадка и уменьшается величина предусадочного расширения, что вызывает опасность образования холодных трещин.При увеличении содержания углерода более 3,7 мас,происходит снижение прочностных свойств сплава; кремний в пределах 2,2-3,5 мас.вводится в сплав как графитизирующий и способствуюпий уменьшению перепада твердости по сечению отливки элемент.При содержании кремния ниже нижнего предела в отливках резко возрастает количество усадочных дефектов, что опасно для деталей типа - зубчатый венец, особенно при отливке с литым - чистым зубом..Увеличение содержания кремния свьппе 3,5 мас.% приводит к снижению пластичности чугуна и его охрупчиванию, даже при обычном содержании марганца и фосфора, марганец присаживается в сплав в интервале 0,2- 0,5 мас.% и для тонкостенных отливок необходим для увеличения в структуре чугуна перлита и повьшению прочности на разрыв, При его содержании ниже 0,2 мас,он не оказывает существенного влияния на механические свойства чугуна, так как в основном расходуется на связывание серы в сульфиды марганца. При содержании марганца выше 0,5 мас.% он способствует образованию столбчатых кристаллов и вызывает хладноломкость чугуна, что нежелательно в отливках ответственного назначения, Медь в количестве О, 1-0, б мас. 7, совместно с марганцем и никелем повьпдает устойчивость перлита и способствует повьппению прочностных характеристик . и износостойкости чугуна. Одновременно медь понижает точку перлитного превращения, способствуя снижению скорости охлаждения чугуна при закалке на бейнит, Присадка меди менее 0.,1 мас,7 не оказывает существенного влияния на свойства чугуна, а присадка вьдде 0,6 мас.7, способствует снижению пластичности и существенно затрудняет получение графита шаровидной Формы. Никель в количестве 0,5- 1,8 мас,7, является сильным графитизатором, что компенсирует отбеливающее влияние хрома и ванадия. При этом никель в высокопрочном чугуне увеличивает количество перлита, т.е. способствует повышению прочности и твердости.Содержание никеля менее 0,5 мас.не обеспечивает даже совместно с медью и марганцем получение полностью бейнитной структуры после изотермической закалки. В то же время повышение содержания никеля вьппе 1,8 мас.7 нецелесообразно и неэкономично, так как получение тонкодисперсных продуктов распада аустенита достигается не легированием, а изотермической закалкой. Хром в интервале концентраций 0,1-0,5 мас.7, образуя твердые карбиды повышает абразивную износостойкость чугуна, не оказывая сущест. венного влияния .на пластические свойства. Содержание хрома в чугуне ниже 0,1 мас.7 нецелесообразно, так как не оказывает влияния на структуру и свойства, а при содержаниях, выше 0,5 мас.Ы происходит выделение пластин специального карбида С С, снижающих пластические свойства чугуна. Кроме того, при высоких содержаниях значительно проявляются отбеливающие свойства хрома, которые необходимо подавлять возрастающими присадками никеля и меди. Титан в количестве 0,2-.0,3 мас,7 присаживается в сплав для измельчения структуры высокопрочного чугуна и увеличения его усталостной прочности. Кроме того, связывая азот в нитриды титана, он увеличивает переохлаждение чугуна и способствует росту количества центров кристаллизации измельчения графита.1444388 Присадка титана н количествах, меньших 0,2 мас.Х, не оказывает влияния на свойства сплава, так как при таком содержании он расходуется на образование окислов титана, Содержание титана выше 0,3 мас,Х нежелательно из-эа его вредного влияния на получение граАита шаровидной Аормы,Ванадий в пределах указанных концентраций способствует образованию дисперсного перлита и повышает износостойкость чугуна. При содержаниях ванадия ниже 0,3 мас.Х эффекта значительной перлитизации чугуна не наблюдается, а при содержании его выше 0,5 мас.Х в структуре появляются устойчивые карбиды ванадия, не распадающиеся даже при температурах аустенизации сплава, что снижает усталостную прочность высокопрочного чугуна. Магний н количестве 0,03- 0,05 мас. ; присаживается для глубокого раскисления и десульАурации расплава, что увеличивает эксплуатационную прочность отливок. Кроме того, магний в указанных пределах обеспечивает стабильное получение графита шаровидной Аормы. 10 15 20 50 55 Нижний предел содержания магния обеспечивает десульфурацию чугуна с 0,05-0,06 до 0,02 мас.и менее серы, что повышает механические свойства чугуна и снижает расход РЗМ и иттрия. Верхний предел магния ограничивается количеством кремния, поступающего в сплав из кремний-магниевой лигатуры, так как при этом возрастает склонность чугуна к отбеливанию и снижает его пластические свойства. Церий в количестве 0,04- 0,08 мас.Х необходим в сплаве для нейтрализации десйероидизирующего влияния титана, так как это влияние значительно сильнее проявляется в присутствии меди. До 0,04 мас.Х церия не происходит заметной нейтрализации вредного влияния титана, а свыше 0,08 мас.увеличивается количество неметаллических включений, которые снижают усталостную прочность чугуна. Иттрий при содержании 0,02- 0,05 мас.Х н большей степени, чем церий способствует образованию графита правильной шаровидной формы, что значительно увеличивает усталостную прочность чугуна. Это улучшение связано с низкой устойчивостью карби 25 30 35 40 45 Лов иттрия по сравнению с карбидамн церия, Кроме того, иттрий не растворяется н железе и его нужно значительно меньше, чем церия, так как он частично растворяется в железе. При вводе н расплав чугуна, имея высокуютемпературу плавления и кипения, он имеет хорошую уснояемость и, следовательно, высокую технологичностьИттрий также значительно уменьшаетвязкость расплава и улучшает пропитываемость междендритных пространств,вследствие чего уменьшается междендритная рыхлость и снижается вероятностьобразования микротрещин, которые сокращают срок службы детали.При присадке иттрия менее 0,02 мас,Х влияние его на усталостную прочность не проявляется. При содержании более 0,04 мас.резко увеличивается количество дисперсных неметаллических включений, которые снижают прочностные характеристики микроструктуры,Лантан в пределах 0,01-0,03 мас.повышает микротвердость перлита и в значительной степени способствует очищению границ первичных зерен от вредных примесей, особенно от сульАидов, которые сохраняются после взаимодействия с магнием, так как свободная энергия реакции образования сульфидон лантана наибольшая сре. ди РЗМ (301,2 ккал/моль). Модифицирующее влияние лантана н сочетании с церием и иттрием более значительно, что способствует снижению вредного влияния десАероидизаторов шаровидного графита. Это влияние лантана повышает длительную прочность сплава. Следует также отметить количественное влияние совместного действия РЗМ и кремния, содержащихся в лигатуре, на Аормирование неметаллических включений. В этом случаечасть твердых и хрупких окислов РЗМ заменяется на пластичные оксисульфосиликаты РЗМ, вокруг которых создаются значительно меньшие термическиенапряжения, что положительно сказывается на усталостной прочности сплава. Если усвоение лантана в чугунеменее 0,01 мас.Х, то действие наупрочнение перлита и на правильнуюФорму шаровидного граАита не наблюдается. Присадка лантана более0,03 мас. , нецелесообразна экономически, так как эФАект от его увели 1444388чения не проявляется. Кроме того, .увеличивается вероятность образования по границам зерен крупных интерметаллидов РЗМ что ухудшает механи 95 ческие свойства.П р и м е р, Чугун выплавляли по известной технологии в индукционной печи ИСТ,06 с кислой Футеровкой. В качестве шихтовых материалов ис" 10 пользовали предельный чугун, стальной лом и Ферросплавы. для модифицирования сплава магнием применяли стандартную кремний-магниевую лигатуру. Обработку церием, иттрием и 15 лантаном проводили с помощью иттрийцерий-лантан-кремниевой лигатуры производства Двуреченского Ферросплав.1 ного завода. Химический состав лигатуры следующий, мас.%; церий 15, ит трий 12, лантан 15, углерод 0,3-0,5, кальций 0,4-0,5, кремний 33, железо остальное. По расплавлению в чугун присажива ли медь Ферротитан и Феррованадий (никель и Феррохром присаживали в тигель вместе с шихтой), перегревали до 1450-1500 С и модифицировали расплав кремний-магниевой лигатурой которую вводили с помощью колокольчика иэ Фольги на сутанге, Затем выпускали металл в ковш, на дне которого находилась навеска дробленной до Фракции 5 мм и раскаленной до 600 С лигатурной основы РЗМ. Прио ЗБ 1320-1330 С чугун заливали в песчано- глинистые Формы. Образцы отливок диаметром 30 мм и высотой 200 мм разрезали на образцы дпя испытания на усталостную прочность для химического анализа, металлургических исследований, определения износостойкости. Одновременно при 1320 С заливали Формы со спиралью Керри для исследования жидкотекучести сплава.Цилиндрические отливки до изготовления образцов подвергали термической обработке для получения бей" нитной структуры. Термообработку проводили по следующему режиму; нагрев до 920 С, выдержка 2 ч дтпл насыщения аустенита углеродом, резкое охлаждение в ванне для подавления перлитного превращения до 280 С, затем выдерживали при 340 С в расплавленной соли 3 ч для завершения бейнитного превращения и затем охлаждали на воздухе.Усталостную прочность определяли на 10-15 специальных образцах, вырезанных иэ отливок от каждой плавки, со шлифованной поверхностью изготовленными по ГОСТ 25.502-79, Предел выносливости определяли на машине УН/1800 на врашающемся гладком образце в условиях знакопеременного цикла, т.е. с приложением изгибающей нагрузки, Число циклов энакопеременьых нагружений было равно 1 10Износостойкость определяли на машине СМЦпри сухом трении по абразивному кругу диаметром 50 мм и толщиной 15 мм при скорости вращения 200 об/мин в течение 1 мин, Величину износа определяли по потере веса образцов диаметром 10+0,5 мм и длиной 25+0,1 мм по формуле И = 100% О, где И -О Ой износ, %;первоначальный вес образца, г; вес образца после испытаний, г. Жидкотекучесть сплавов определяли по длине залитой спирали.Химический состав сплавов и результаты испытаний приведены в таблице.Как следует из таблицы,допочнительный ввод в состав чугуна меди, а также изменение в нем соотношения Их, Т 1 и 7 позволило повысить предел усталостной прочности б, в 1,08- 1,23 раза, увеличить жидкотекучесть в 1, 17-1,3 раза, а также увеличить износостойкость в 1,18-1,39 раза. Формула изобретения Чугун, содержащий углерод, кремний; марганец, хром, никель, титан, ванадий, магний, редкоземельные элементы и железо, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с цельюповышения предела усталостной прочности, жицкотекучести и износостойкости, он дополнительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас.%:Углерод 3,3-3,7 Кремний 2,2-3,5 Марганец 0,2-0,5 Хром 0,1-0; 5 Никель 0,45-1,8 Титан 0,2-0,3,1 91,02 312 2 1 0 . 760 Составитель Н.КосторноТехред Л.Олийнык К тор Л,Пилипенко ктор Н. Лазорен аказ 6460/29 Тираж 595 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 3035, Москва, Ж, РаушПодписиР комитета ССС открытийкая наб., д. 4/ город, ул, Проектная, 4 Производственно-полиграфическое предприятие,Э 3,7Иавестньа 1 0,170,120,3 0,2 0005 93,59 27 0,052 92,371 29 0,09-0,19 0,1-0,6 Остальное