Высокопрочный чугун для массивных отливок

СОЮЗ СОВЕТСНИХкиииРВнюникРЕСПУБЛИН А 1 4 С 22 СЗ И еский иники СИВ метал- вано нр ок, Цел ологи 3 ф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТДО, ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБР втсисисии сиидитииисти(54) ВСОКОПРОЧЙЫИ ЧуГуН ДЛЯНЫХ ОТЛИВОК(57) Изобретение относитсялургии и может быть использпроизводстве массивных отлиизобретения - повышение тех ческой пластичности и ударной вязкости, а также снижение остаточных термических напряжений. Новый чугун содержит мас.7.; С 3,4-3,7; Ях 1,8- 2,2 Ма 0,08-0,18; Юъ 0,15-0,30 Мя 0,05-0,08; Ч 0,03-0,08; Сг 0,02- 0,06; Мо 0,01-0,08; БЬ 0,001-0,05; Т 1 0,005-0,02; Сц 0,003-0,04 Се 0,002-0,01; В 1. 0,001-0,002; Са 0,003- 0,02; Ьа 0,002-0,01 В(С, Б) 0,012- 0,05 с ТаИ 0,005-0,03 и Ге - остальное. Дополнительно ввод в состав чугуна Са, Ьа, карбонитридов бора В(С, Н) и нитридов тантала Тай, обеспечили повышение технологической пластичности в 1,1-1,2 раза, удар- Я ной вязкости в 1,8-2,5 раза, а также снизило остаточные термические напряжения в 1,71-1,89. 2 табл.Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для массивных литых деталей.5Цель изобретения - повышение ударной вязкости, технологической пластичности, а также снижение остаточных термических напряжений.Карбонитриды бора вводят в высоко О прочный чугундля снижения микропористости, повышения стабильности структуры в толстостенных отливках и технологических средств. При концентрации их до 0,012 мас.7. однород ность и дисперсность структуры чугуна в отливках недостаточны, а нри повыпении концентрации карбонитридов бора (более 0,05 мас.%) отмечается снижение технологической пластичнос ти, стойкости чугуна в условиях ударньи нагрузок, жидкотекучести, трещиностойкости, что приводит к уменьшению эксплуатационной стойкости массивных литьи деталей. 25Дополнительное введение нитридов тантала стабилизирует процесс модиФицирования и повышает гомогенность чугуна в толстостенньи отливках, измельчает структуру и повышает техно логическую пластичность. При концентрации нитридов тантала до 0,005 мас.% гомогенность чугуна в толстостенньи отливках и его технологические свойства недостаточны, а при концентра" ции более 0,03 мас,% снижаются упру.голастические свойства, трещиностойкость и технологическая пластичность.Никель (0,15-0,30 мас.%) микропегирует матрицу, повышает прочность, плотность, диснерсность и однородность структуры, технологические и пластические свойства в отливках, что обеспечивает стабильность упруго- пластических и эксплуатационных 45 свойств. При концентрации до О, 15 мас. 7 легирующее влияние на стабильность структуры и механические свойства проявляется слабо, а при увеличении содержания никеля (более 0,3 мас,7) снижаются ударная вязкость, трещиностойкость и технологическая пластичность.Кальций используется в качестве раскисляющей и микролегирующей до 55 ,бавки, очищающей границы зерен и повышающей гомогенность структуры и свойств чугуна, При концентрации кальция до 0,003 мас,7 его микролегирующий. эффект недостаточен, а технологические свойства чугуна низкие, а при концентрации кальция более 002 мас.7. снижается гомогенность структуры и однородность свойств в толстостенных отливках.Введение ванадия в количестве 0,03-0,08 мас.% микролегирует матрицу, снижает микропористость, повышает однородность и плотность чугуна, усталостную прочность, стабильность технологических и механических свойств, При концентрации ванадия до 0,03 мас.7. микролегирующий эффект и повышение прочности и технологических свойств проявляются слабо, а верхний предел содержания ванадия обусловлен увеличением склонности к трещинам и снижением в отливках пластических свойств и эксплуатационной стойкости в условиях высоких статических и динамических нагрузок.Медь вводят в качестве эффективной микролегирующей добавки, измельчающей структуру матрицы и графита, которая существенноповьппает пластические и технологические свойства, Влияние меди и никеля усиливается в присутствии молибдена (001- 0,08 мас.%), хрома (0,02-0,0 б мас.%), сурьмы 0,001-0,05 мас.%), висмута 0,001-0,002 мас.%) и церия (0,002- 0,01 мас.7), Однако при увеличении их концентрации выше верхних пределов усиливается отбел на поверхности отливок, снижаются однородность структуры, технологические свойства, а при концентрации менее нижних пределов их влияние на механические и технологические свойства незначительно. При увеличении содержания меди (более 0,04 мас.%) усиливается ликвация, неоднородность структуры и свойств. Лантан вводят в качестве сфероидизирующей добавки, повышающей количество шаровидного графита в толстостенных отливках, упруг опластические и технологические свойства. Модифицирующий эффект лантана при концентрации до 0,002 мас.7 незначителен, а при содержании более 0,01 мас.7, снижается технологическая пластичность и повышается угар модификаторов, включая и магний, содержание которого принято в обычных количествах.Таблица 1 Содержание, мас.%, в составе чугуна Компоненты предлагаемом гизвестном 3,7 3,3 3,4 3,4 Углерод 2,2 2,0 2,0 Кремний 1446Висмут Вводят как поверхностноактипную лобавку, усиливающую стабильность эффекта от легированиякарбонитридами бора и нитридами тан 5тала. При содержании висмута до0,002 мас,% эффект незначителен,а при увеличении содержания (более0,01 мас.%) снижается стабильностьструктуры, ухудшаются форма графита и технологические свойства,Чугун выплавляют в открытых индукционных печах с использованием литейных чугунов, чугунного лома, возврата прессового цеха, никеля, феррованадия, Ферромарганца, меди, феррохрома, карбонитридов бора, брикетов нитридов тантала, ферролантана,Ферроцерия и других Ферросплавов,Феррохром, марганцовистый никель, 20брикеты нитридов тантала, карбонитриды бора, ванадий и ферромарганецвводят в электропечь, а висмут, церий и магний - в литейные ковши.Заливку модифицированного расплава 25производят в песчано-глинистые Формы.Усвоение нитридов тантала 90-94%,карбонитридов бора 91-96%, кальция66-70%. Угар ванадия 8-10%, висмута 32-37%, лантана 29-32%, магния ЗО44-48%. Температура чугуна при заливке Форм 1370-1380 С,Химический состав чугунов опыт"ных плавок приведен в табл. 1; механические и технологические свойства чугунов - в табл. 2,Остаточные напряжения определяют на решетчатых технологических пробах, а жидкотекучесть, трещиностойкость и технологическую пластичность - на стандартных технологических пробах.Образцы для механических испытаний и исследования структуры вырезают непосредственно из отливок с толщиной 45 стенок 100-400 мм. Эталоном при исследовании структуры и технологичес 188ких свойств служит высокопрочный чугун,Как видно из табл. 2, механические и технологические свойства предлагаемого чугуна вьпче, чем у известного. Предлагаемый вькокопрочный чугун обеспечивает более высокую технологическую пластичность, ударную вязкость и более низкие остаточные напряжения в отливках, чем известный высокопрочный чугун. Формула изобретения Высокопрочный чугун для массивных отливок, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, магний, ванадий, хром, молибден, сурьму, титан, медь, церий, висмут и железо, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения ударной вязкости, технологической пластичности, а также снижения остаточных термических напряжений, он дополнительно содержит кальций, лантан, карбонитриды бора и нитриды тантала при следующем соотношении компонентов, мас.%:Углерод 3,4-3,7 Кремний 1,8-2,2 Марганец О, 08-0, 18Никель 0,15-0,30 Магний 0,05-0,08 Ванадий 0,03-0,08 Хром 0,02-0,06 Молибден О, 01-0, 08 Сурьма О, 001-0, 050 Титан 0,005-0,020 Медь 0,003-0,040 11 ерий 0,002-0,010 Висмут 0,001"0,002 Кальций 0,003-0,020Лантан 0,002-0,010 Карбонитридыбора 0,012-0,050Нитриды тантала 09005-0,030 Железо Остальное1446188 Компоненты Содержание, нас.Х, в составе чугуна предлагаемом эеесте 0,2 МарганецНикель 0,18 0,12 0,08 0 23 0,15 0,2 0,30 0,07 0,07 0,05 0,08 0,03 0,1 0,05 0,08 0,04 0,02 0,05 0,06 0,08 0,03 0,08 0,05 0,02 0,02 0,01 0,04 0,02 Медь 0,01 О, 007 Церий Карбонитридьбора 0,05 0,03 0,012 Нитриды тантала 0,03 0,01 0,02 0,01 0,01 0,003 0,001 0,002 0,002 Остальное Остальное Остальное Остальное Таблица 2 Показатели для чугуна Свойства известного предлагаемого Временное сопротивление,Я , ИПа, при толщине стенокь У100 мм 680 730 612 450 641 370 250 мм400 мм 492 280 МагнийВанадийХромМолибденСурьмаТитан КальцийЛантанВисмутЖелезо 0,001 0,005 0,035 0,010 0,01 О, 001 0,005 0,0030,002 О, 005 0,003 0,002 0,001 Продолжение табл.1 1231446188 Продолжение табл.2 ваюеюфеюю Дж/см,Ударная вязкост при толщине сте 0 100 мм 50 0-47 2-16 вьппение трещиностоикости, Ж ьной по Жидко пробе 65-79 0-710 720-750 0-62 ат очных ряжении и-2 6-3 80-396 противляемость зади тносительная технол ая пластичность, % 34-140 136-14 8 ставитель Н. Косторнойхред Л.Олийнык Корректор С.Шекма едактор Н. Гуньк Подписно Тираж 5 Заказ 6719/32 ВНИИПИ Государ и открытиям при ГКНТ ССб., д. 4/5 ретен венного комитета по и113035, Москва, Ж,ска графическое предприятие, г. Ужгород Проектная роизводственноВеличина оснических наках, МПа 2150-2530 110-115