Чугун

в 985122 Союз СоветскихСоцнапнстнческнхРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУоо делам изобретений и открытий(54) ЧУГУН Изобретение относится к металлургии, а именно к высокопрочным чугунам с высокой конструкционной прочностью и вязкостью разрушения, оцениваемой критическим коэффициентом интенсивности 1,1 и характеризующей способностью материала сопротивляться хрупкому разрушению.Конструкционный чугун с вязкостью разрушения (1 ст) на уровне 200-3280 кгс мм - может быть использован2при производстве изделии ответственного назначения взамен углеродистой стали, имеющей вязкость разрушения (1 с 1 с) на том же уровне,.в отливках, поковках, штамповках с целью снижения трудоемкости изготовления деталей.Известен чугун1следующего химического состава, вес.4:Углерод 3 2-3,8Кремний 2,2-2,9Марганец 0,6-1,0Хром 0,2-0,6 Никель 0,05-0,15Медь 0,4-0,8фосфор 005-0,50РЗМ 0,01-0,05Иттрий . 0,04-0,20Железо ОстальноеЧугун имеет следующие свойства:Предел прочности при растяжении, кгс/мм 51,8-58,0Относительноеудлинение, 7,0-9,0Твердость НВ,кгс/мм 250-270Установлено, что данный чугун имеет низкую вязкость разрушения К 1120-140 кгс/мм:-, невысокую удар сную вязкость ан = 3-5 кгс м/см2Известен также чугун 2 ) следуюо щего химического состава, вес.:Углерод 3,2-3,6Кремний 1,6-2,6Марганец 0,1-0,5985122 0)02-0,05 0,01-0,05 0,02-0,10 0,05-0,15 25)1-30)7 Вязкость разрушенияК ), кгс мм90,0-110Относительноеудлинение, Ф 1-3Ударная вязкость,кгсм/см1-3Данный чугун также характеризуется низкой вязкостью разрушения имеханическими свойствами, не отвечающими современным требованиям к конструкционным материалам.Известен также чугун3следую 0, 30щего химического состава, вес.4:Углерод 3,0-3,8Марганец 0,1-0,8Кремний 2,2-2,8Медь 0,2-1,0Никель 0,2-1,0Магний 0,03-0,09Хром 0,01-0,10Мышьяк 0,001-0)08Железо Остальное40Чугун имеет следующие своиства:Предел прочности при растяжениит кгс/ммОтносительноеудлинение, 2,6-3,145Ударную вязкость,кгс м/см 2,7-3,0Твердость НВ,кгс/мм 262-266Недостатком этого чугуна такжеявляется низкая вязкость разрушения(К ) 110-130 кгс мм - , пластицс 2ность и ударная вязкость,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является чугун 4 )следующего химического состава, вес.3: 2 о 35 85,6-100,0 50 Магний, КальцийМедьАлюминийРедкоземельные 5металлы 0,01-0,06Железо ОстальноеЧугун имеет следующие свойства:Предел прочностипри растяжении, окгс/ммТвердость НВ,кгс/мм 205-233Модуль кольцевойпрочности, кгс/мм 69-1085На чугуне данного состава определялись:УглеродКремнийМарганецХромКальцийРедкоземельныеметаллыМагнийСтронцийАлюминий.ЖелезоЧугун имеет следуПредел прочности при растяжении,кгс/ммОтносительноеудлинение,Ударная вязкость,кгс м/см 2Твердость НВ,кгс/мм 3,1-3,8 2,3-3,2 0,45-0,90 0,1-0,4 0,01"0,152,2-61,1120-25)0 9,1-16,6 156- 170 На чугуне данного состава определялось значение вязкости разрушения К 4 ), равное 130-170 кгс мм -32К недостаткам известного чугуна относится то, что высокое содержание марганца0)44 ) тормозит графитизацию чугуна, снижает вязкость разрушения (К,1 ) , пластичность и ударную вязкость, поэтому повышение содержания марганца до 0)9 Ф нецелесообразно; повышение содержания стронция0) 104 ) вследствие ограниченной растворимости в чугуне приводит к микроликвидации его по границам зерен, что отрицательно сказывается на механических свойствах чугуна; введение в высокопрочный чугун алюминия уже при содержании около 0)204 отрицательно влияет на образование шаровидного графита, способствует пленообразованию, снижает пластичность несмотря на увеличение количества феррита. Недостатками прототипа являются также низкие значения вязкости разрушения К 1 с) и нестабильность механических свойств, цто ограничивает его использование в качестве конструкционного материала взамен стали для изделий ответственного назначения.Цель изобретения - повышение вязкости разрушения при сохранении стабильных значений прочности и пластичности на высоком уровне.Указанная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, магний, кальций, по5 9851 крайней мере один из элементов - церий или лантан и железо, дополнительно содержит иттрий, цирконий, медь и никель при следующем соотношении компонентов, вес.4: 3Углерод 1,8-3,6Кремний 1,8-3,6Марганец 0,1 "0,1Магний 0,02-0,06Кальций 1 ОПо крайней мереодин из элементов:Церий или лантан 0,01-0,15Иттрий 0,001-0, 10Цирконий О, 01-0, 10Медь 0,05-0,50 1Никель О,05-0,50Железо ОстальноеВведение иттрия в чугун увеличивает степень графитизации, улучшает форму графита, что приводит к значитель ному увеличению вязкости разрушения ("1 с)Цирконий способствует повышению степени графитизации чугуна и измельчению размеров графитных включений.Кроме того, он увеличивает время действия модификатора, что делает технологический процесс и свойства чугуна более стабильными.Введение в чугун кальция основа- зю но на его активном взаимодействии с серой. При содержании серы в чугуне 0,005-0,03 Р для полной десульфурации достаточно до 0,051 кальция, это количество принято в качестве верхнего предела. Повышенное содержание кальция ( в прототипе до О, 1 и выше ) приводит к образованию большого количества неметаллических включений сложного состава, в том числе ео с РЗИ, распределяющихся в металлической основе и на границе графит-матрица, что приводит к снижению механических свойств.Введение меди и никеля способствует повышению прочностных характерис. тик и увеличивает стабильность механических свойств чугуна за счет легирования матрицы.Введение в расплав РЗИ основано на их высоком сродстве к кислороду и сере, однако действие каждого иэ 15 редкоземельных элементов ( лантана и лантонидов ) на графитизацию и физико-механические свойства чугу 22 6на различно и определять сумму РЗИ, не указывая конкретно элементов, неверно. Введение в состав чугуна це" рия и лантана благоприятно влияет на очищение границ зерен от неметаллических включений, создает дополнительные центры кристаллизации. Крометого, церий оказывает глобулизирующеедействие на графит. Особенно эффек"тивно вязкость разрушения ( Кс ) повышается при совместном введении иттрия, церия, лантана и кальция.Чугун выплавляет в индукционнойпечи емкостью 60 кг с основной футеровкой. В качестве шихты используютстальные отходы, ферросплавы и специальные присадки. Предлагаемый состав чугуна можно получить любым из известных способов - ввод элементовщили их соединении в ковш или в электропечь.Иеханические свойства определяют на образцах, вырезанных из пробныхбрусков согласно ГОСТ 7293-79, вяз- кость разрушения оценивают методом -интеграла согласно РТИ 3-1 Й. Чугун подвергают ферритизируещему отжигу.Химический состав и механические свойства известного чугуна 1и предлагаемого приведены в таблице. Как видно из таблицы, предлагаемыйчугун имеет требуемый уровень вязкости разрушения (КД, высокие и болеестабильные значения пластичности,ударной вязкости и прочности.Использование предлагаемого конструкционного чугуна для производстваотливок, испытываецих в процессе эксплуатации высокие статические и динамические нагрузки, значительно повышает их надежность в эксплуатации идает возможность заменить, стальныеотливки, поковки и штамповки отливками из высокопрочного чугуна со значительным снижением трудоемкости изготовления деталей,Замена стального сборного валацельнолитым из высокопрочного чугунаобеспечит экономический эффект230 тыс.руб. в год эа счет снижениятрудоемкости механической обработки.повышения коэффициента использованияметалла, снижения веса детали.11а вР Р1 эе 1 У 11аОо ооО Р ао оь о 1веч1 оао а ь о оь О О О О аово о с О О Р) Р . 1в с Со фв 1 ф 1 а1 ааО Ч О о С оа О а а О О 1 1 1 1 1 оао ч О о о ч ч о о о о о С еч О в о о о а ь ь о а о ов о о а ь о а ь с а а в ь о а а еч о с о а Ч о О а О а о о а а в о о а а еч оо о а ч ОФ с О О ечо о ф в еч о ф а еч ОааО еч ф о о в в о о ч ч о о в ф фЧугун, содержащий углерод, кремний марганец, магний, кальций, по крайней мере один из элементов - церий, 5 лантан и железо, о т л и ч а ю щ и й" с я тем, что, с целью повышения вязкости разрушения, он дополнительно содержит иттрий, цирконий, никель и медь при следующем соотношении компо нентов, вес.Ф: 10"По крайней мере один иэ элементов:Церий, лантан 0,01-0,15. Иттрий о,ао 1-о,1 оЦирконий о,о 1-о,1 аНикель О, 05-0,50Медь , 0,05-0,50Железо остальноеИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРи 639958, кл. с 22 с 37/10, 1976.2. Авторское свидетельство СССРИ 648638, кл. С 22 С 37/10, 1977.Авторское свидетельство СССРи 589278, кл. с 22 с 37/10, 1976.Авторское свидетельство СССРи 602591, кл. с 22 с 37/10, 1976.Составитель Г, ДудикРееактоо Л филь Техред М.Надь Корректор В, ПрохненкоЗаказ 10091/36 Тираж 660 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий1130 Я Москва, Ж-Д 5 Раушская наб, д. ЙДфилиал ППП "Патент, г, Ужгород, ул. Проектная,