Чугун

(5) С 22 С 37/08 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ детельство ССС37/08, 1974.тельство СССР37/08, 1981.овьппения преде ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт технологии автомобильной промышленности(53) 669.15-196(088.8) прочности при изгибе, ударной вязкости,твердости и ударно-абразивной стойкости, он дополнительно содержит алюминий, иттрий, лантан и неодим при следующем соотношении компонентов, мас.Х:Углерод 1,6- 2,8Кремний 0,1-1,0Марганец 0,3-2,5Хром 10,0-14,0Никель 0,3-1, 5Медь О, 3-1,0Церий 0,01-0, 1Титан 0,3-2,7Бор 0,001-0,3Ванадий 0,5-3,5Алюминий О, 1-1, 5Иттрий 0,006-0,06Лантан 0,005-.0,05Неодим 0,005"0,05Железо Остальное) 5 1,6 01 0,3 1,2 0,3 12,7 0,5 0,3 Изобретение относится к металлургии, а именно к разработке составовизносостойких высоколегирован ных белых чугунов, предназначенных для работы в условиях интенсивного ударно-абразивного износа при высокоскоростном трении, в частности для изготовлении сменных деталей очистного оборудования (дробеметные барабаны и т.п.) .Известен чугуй 1, содержащий ингредиенты, мас.7:Углерод 1,8-2,8Кремний12-2,2Марганец 0,35-3,8Хром 9,0-10,6Молибден 0,4-2,2Никель О, 1-0,5Медь 0,1-0,5Титан 0,1-0,5Церий 0,01-0,5Бор 0,005-0,25Железо ОстальноеНедостатками данного чугуна являются низкая прочность при растяжении и изгибе и высокий износ.Наиболее близким к предлагаемому является чугуч 2, содержащий, мас.7:Углерод 2,7-3,5Кремний 0,4-2,0Марганец .0,2-1,0. Хром 12,0-20,0Никель 0,6-1, 5Молибден 0,5-1, 0Медь 0,6-1,5Церий 0,03-0,1Титан" 0,1 - 1,7Бор О, 1-0,4Ванадий 2,0 - 3,0Железо ОстальноеЦель изобретения - повышение предела прочности при изгибе, ударной вязкости, твердости и ударно-абразивной стойкости,Указанная цель достигается тем,что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь,церий, титан, бор, ванадий и железо,дополнительно содержит алюминий,иттрий, лантан и неодим при следующем соотношении компонентов, мас.7:1 О Углерод 1,6-2,8Кремний 0,1-1,0Марганец 0,3-2,5Хром 10,0-14,0Никель 0,3-1,515 Медь 0,3-1,0Церий О, 01-0, 1Титан 0,3-2,7Бор 0,001-0,3Ванадий 0,5-3,5Алюминии О, 1-1,5Иттрий 0,006-0,06Лантан 0,005-0,05Неодим 0,005-0,5Железо Остальное25 Выплавку чугуна производят в индукционной печи ИСТс основнойфутеровкой.Ингредиенты вводят в расплавпри 1480-1520 С. В расплав вводятникель, ванадий, марганец, титан,алюминий, хром, медь и бор в видечистых металлов и ферросплавов. Перед разливкой жидкого металла в ковшвводят церий, иттрий, лантан и неодим. Заливку производят в формы при1400-1490 С. Химический состав (конкретные составы) предлагаемого и известного чугунов приведены в табл. 1; физико-механические свойства в литом состоянии и после термообработки приведены в табл. 2. Сг 7 Т Мд Си10828 5 ч Продолжение табл. 1 Ингредиенты, мас, Х:Г 1 11 Состав 2,3 0,6 1,0 115 215 1 вЗ 0,7 0,5 2,0 0,8 2,0 13,0 2,0 2,0 1,0 0,4 2,4 0,4 12,0 2,0 1,5 0,5 0,8 2,8 1,0 2,3 14,0 1,0 Продоювкенне табл, 1 Состав Ингредиенты, мас.Ж:1111 А 1 Мо В Се У 2 а Ы Ре Прототип 0,2 0,06 0,7 Остальное Предлагаемый 0,01 0,005 0,015 То же 0,2 0,01 0,1 0,8 0,001 0,005 0,006 0,015 0,005 0,01 0,035 0,04 0,04 0,05 0,3 О, 15 0,08 0,02 0,008 0,007 1,2 О,ОЭ 0,04 0,05 0,05 0,01 0,2 0,3 Оь 1 Оэ 06 Ое 01 Ое 04 С Бд Мп Сг Ч Т 1 5 х Сц1082854 Таблица 2 Состав Предел прочности на изгиб после термообработ ки, кгс/мм Ударнаявяз" Твердость,НЕСкость после После термообработки Литое состояние Литое состояние После термообработки термообработки,ан,кгс,хтг м/см Прототип 53,0 56,0 61 ,0 50 80 Предла- гаемый 140 66,0 2,2 46,0 95 150 68,0 2,0 47,0 56,0 105 58,0 78,0 49,0 140 190 74,0 1,7 46,3 135 180 81,0 1,3 50,0 60,0 143 180 50,0 76,0 1,3 60,0 134 180 Отливки после охлаждения подверга.ют термической обработке по следующему режиму, загрузку в печь производят при 400 С и нагревают со скоростью 100 град/ч до 970 С (температу Ора аустенитизации), вьтдерживатет 100120 мин и закаливают в масле, затемпроводят отпуск при 250-300 С в теочение 3-4 ч.Испытания на изностойкость производят на очистных камерах. Оптимальными следует считать составы Р 4и 6.Содержание углерода выше уклзанного верхнего предепл увеличиваетколичество карбидов в структуре чугуна и как следствие изттососттзйкостьно снижает способность противостоятьударным нагрузкам, гак как уттеньтттлется вязкость и пргтклвивлемог.ть, Тл 55кое двойственное влияние углеродлобуславливает выбор с-го сттттимл,ттт иот осодержания в прелилт лг мых грлвиттлх,исходя из усяпиит ттроттзвтттт твл,Ударно-абразивная стойкость, ч Присадка углерода меньше нижнегопредела приводит к уменьшению карбидов в металлической основе чугуначто отрицательно сказывается, на эксплуатационной стойкости.Содержание кремния в чугуне более1,07. способствует образованию перлита, что снижает износостойкость,апри содержании менее 0,17 резко падает жидкотекучесть,Марганец в указанных границахповышает содержание остаточного высоколегированного аустенита послетермообработки. При содержании егоменее 0,33 в структуре чугуна снижается доля аустенита и увеличивается доля мартенсита, что повышаетхрупкость и снижает износостойкость,Содержание марганца выше верхнегопредела способствует увеличению вструктуре чугуна стабильного аустенита, то снижает износостойкость,Хром образует структурно свободвьте карбиды, резко повышающие иэ82854 8 Кроме того, иттрий, лантан и.неодим позволяют осуществлять более глу- бокое рафинирование, взаимодействуют с азотом, удаляя его из твердого раствора с образованием мелкодисперсных нитриДов, имеющих высокую температуру плавления. Образуясь в жид" ком чугуне, они способствуют формированию карбидов, которые способствуют упрочнению металлической основы, повышая при этом твердость, а след.- вательно,и абразивную стойкость.Содержание церия выше верхнего предела ведет к перемодифицировацию,45 50 55 7 10 носостойкость чугуна, вместе с тем препятствует перлитному превращению при охлаждении отливок. Содержание хрома выше верхнего предела способствует образованию карбида Ме С кубической сингонии вместо комплексного карбида гексогональной сингонии Ме 2 С 5, наиболее устойчивого к воздей-, ствию высоких температур и имеющего высокую микротвердость. Это обуславливает то, что повышенное содержание карбидной фазы Ме Сб в матрице чугуна снижает предел прочности и ударную вязкость, а в итоге и эксплуатационную стойкость.Содержание хрома меньше нижнего предела резко снижает содержание карбидной фазы, а в итоге уменьшает износостойкость.Ванадий введен как элемент, легирующий карбидную фазу. При указанных концентрациях углерода и хрома содер- жание ванадия выше верхнего предела приводит к образованию в структуре чугуна карбидов типа СгЧ С, что резко снижает износостойкость. При содержании ванадия меньше нижнего предела его влияние будет незначительным.Ванадий в указанных границах 0,5-3,57 повышает микротвердость чугуна до 1600 кгс/мм .Титан и алюминий снижает угар кремния и марганца, сильно раскисляет расплав, образуя в процессе кристаллизации сложные соединения, которые в дальнейшем ведут к увеличению прочности и термостойкости чугуна.Титан менее 0,37 ведет к росту размеров карбидов хрома, а в итоге к концентрации напряжений и охрупчивацию, при содержании его более 2,77 расплав загрязняется цеметаллическими включациями, и увеличиваются трудности при получении отливок (увеличивается шлакообразовацие и появляется пористость ца поверхности отливок).Легировацие алюминием ведет к образованию мелкодисперсцых цитридов, которые распределяются це только в центре зерна, являясь центрами кристаллизации, но и по границам зерен, препятствуя перемещению дислокаций, особенно при высоких темпе" ратурах, одцовремеццо аломцций6 р.чэует твердый раствор внедрения, саэывцющий ПОпсжцтельцР цлцчцц цл термостойкость. 1 О 15 20 25 30 3540 Введение алюминия ниже нижнегопредела не оказывает заметного влияния на раскисление, а следовательно, на уменьшение количества и характер распределения неметаллических включений, котррые в.процессеработы ведут в зарождению трещинв деталях, вызывающих разрушениеповерхностного слоя трения. Присадка алюминия выше верхнего пределаприводит к усложнению технологического процесса получения отливки (уве.личивается брак отливок по пористости), что снижает эксплуатационныесвойства,Ввод никеля и меди в чугун способствует повышению прочности аустенитной составляющей и увеличениютеплопроводности. Прочность аустенитной составляющей возрастет с 400до 550 кгс/мм",Содержание каждого из ингредиентов выше их верхнего предела ведетк снижению мартенситного превращения и к появлению в структуре большого количества стабильного аустенита, что снижает износостойкость При 1садка их нижнего предела не оказыва-ет влияния на свойства хромистогочугуна.Бор благодаря образованию мелкодисперсных карбидов измельчает зерно в чугуне по всему сечению, позволяя получить однородные свойства,Бор менее 0,0017 не оказываетвлияния на прочностные свойства, ав итоге на износостойкость, более0,37 повышает содержание боридов,что ведет к охрупчиванию, а следовательно, уменьшению эксплуатационной стойкости.Церий, иттрий, лантан и неодимспособствует модифицированию и микролегированию расплава.Составитель Н.КосторнойТехред М,Тенер Корректор И.Муска Редактор Н.Ковалева Заказ 1683/26 Тираж 603 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по депам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Фцлиа Н "атент", г,ужгород, ул.Проектная. 9 1082854 10а меньше нижнего предела вообще не ми кристаллизации. Ввод каждого оказывает модифицирующего действия, из них выше верхнего предела ведет в результате чего не позволяет полу- к повышению количества и размеров чить оптимальную структуру, снижая неметаллических включений, а также прочность и износостойкость.происходит изменение их формы и хаВведение иттрия, аантана и нео- рактера распределения, что отрицадима нйже нижнего предела каждого тельно сказывается на свойствах чу-. неэффективно, так как практически гуна и абразивной износостойкости. не оказывает влияния на расплав, Предлагаемый чугун за счет новы" а именно нет полного связывания при О шения прочности и ударной вязкости месных элементов в жидком чугуне, способен работать в условиях интена следовательно, образования туго- сивнога ударно- абразивного износа, ппавких мелкодисперсных неметалли- Экономический эффект от внедремских включений, служащих центра- ния чугуна. составит 105,3 тыс.руб.