Чугун

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ овЯОш СПУБЛИ д) С 220 С 37/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН,.эксплуатационнообработанном снительно содержии цирконий ринии компонентовУглеродКремнийМарганецХромТитанВанадийМолибденНикель ЦерииАлюминийКальцийЦирконийЖелезо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЗФ(72) М.П.Шебатинов и П.П.Сбитнев (71) Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт технологии автомобильной промышленности(56) 1, Авторское свидетельство СССР 0- 449981, кл. С 22 С 37/08, 1974.2. Авторское свидетельтсво СССР й" 794086, кл. С 22 С 37/08, 1981, (54)(57) ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, , ванадий, молибден, никель, медь, церий и железо, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения прочности, вязкости, износостойкости и стоикости в термостоянии, он дополт алюминий, кальций ледующем соотношемас.Е;1,8-2,50,1-1,00,4-2,510-160,3"1,5Оэб-Зь 50,1-2,50,1 - 1,0Оэ 5 1,60,03-0,08 .Оэ 05 Оэ 5Оэ 01-0,050,05-0,30 ОстальноеИзобретение относится к области металлургии, в частности к изысканию высоколегированных белых чугунов, работающих в области инте сивного ударно-абразивного износа высокоскоростного трения), и может быть использовано, в частности, для изготовления сменных деталей (лопатки, импеллеры, и т.п.).Известен высокохромистый иэносостойкий чугун 1 3 , содержащий следующие ингредиенты, вес,Х:Углерод 1,8-2,8Кремний о 1,2-2,2Марганец 0,35-3,8Хром 9,0-10,6 Молибден 0,4-2,2Никель 0,1-0,5 Медь 0,1-0,5 Титан 01-05Церий 0,01-0,5Бор 0,005-0,25 Железо Остальное Данный чугун отличается невысокойэксплуатационной стойкостью в условиях ударно-абразивного износа и высокоскоростного трения стойкость лопаток дробеметной машины менее 20 ч). ,0Наиболее близким к предложенномупо технической сущности и достигаемому результату является чугун21,содержащийвес. Е:Углерод 2, 7-3, 5Кремний 0,4-2, ОМарганец 0,2-1,0Хром 12, 0-20, О,Никель 0,6-1,5Молибден 0,5-1,0Медь 0,6 - 1,5Церий 0,03-0,1Титан 0,1-1,7Бор 0,1-0,4Ванадий 2,0-3,0Железо ОстальноеУказанный чугун имеет недостаточную прочность, вязкость и эксплуатационную стойкость после термообработки.50Цель изобретения - повышение прочности, вязкости износостойкости иэксплуатационной стойкости в термообработанном состоянии.Поставленная цель достигается тем,55что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, ванадий,молибден, никель, медь, церий и железо, дополнительно содержит алюминий,кальций и цирконий при следующем содержании ингредиентов, вес.7:Углерод 1,8-2,5Кремний 0,1 - 1,0Марганец 0,4-2,5Хром 10,0- 16,0Титан 0,3-1,5Ванадий О,б - 3,5Молибден 0,1-2,5Никель О, 1-1,0Медь 05- 1,6Церий 0,03-0,08Алюминий 0,05-0,5Кальций 0,01-0,05Цирконий О, 05-0, 3Железо ОстальноеПредлагаемый высоколегированныйбелый чугун обладает следуюшимисвойствами в литом состоянии:Твердость, ПКС 45-50Стоикосгь, ч 100-150после термической обработки;Предел прочности наизгиб,4 нэг , кгс/мм 72-88Ударная вязкость,кгс/см 1, 2-2,0Твердость, НЕС 57-59Стойкость, ч 150-200П р и м е р, Выплавку чугуна производят в индукционной печи ИСТ с нейтральной футеровкой. В расплавчугуна при 1500-1520 С вводят легиорующие элементы никель, молибден,феррованадий, ферромарганец, ферротитан, алюминий и цирконий. Передзаливкой в ковш вводят кальций ицерий, Заливку чугуна в разовые форОмы производят при 1450-1490 С,Полученные конкретные составычугунов известного (прототип) и предлагаемого приведены в табл, 1, а ихфизико-механические характеристикив литом и термообработанном состоянии - в табл. 2.Испытания на с.тойкость проводятна деталях дробеметного барабана,прошедших предварительную термическую обработку в производственных условиях в процессе работы барабанов. Результаты испытания приведены в табл,3Отливки из предложенного чугуна после охлаждения на воздухе подвергают термической обработке по следующему режиму. Детали звгружают в печьопри 350-400 С и выдерживают 1 ч наоЭ гревают со скоростью 120 С до аусте-о низации 900" 1100 С, выдерживают 80- 120 мин, затем производят закалку10963 значительно снижается,При содержании марганца меньшенижнего предела образовавшийся прикристаллизации аустенит в процессевыбивки отливки из формы частичнораспадается с выделением перлита,35а в случае быстрого охлаждения имартенсита.Для получения структуры чугунас большим содержанием карбидов, обладающего высокой стойкостью к абразивному износу, он легирован боль 40шим количеством хрома. При содержании хрома менее 107 образуются карбиды типа Ме С, что ведет к снижению износостойкости, а следовательно,и эксплуатационной стойкости лопа 45ток дробеметных барабанов. При содержании хрома в чугуне более 163происходит снижение износостойкости.Это объясняется тем, что в структуре чугуна образуется эвтектика наоснове карбида типа МЕ 2 С 1, уступающего по твердости и теплопроводнос.ти карбиду МеС Одновременно чугунприобретает склонность к трещинообразованию в литом состоянии. 55 30 Присадка титана и алюминия приводит к раскислению чугуна, обрав масле, после чего ведут отпускпри 210-320 С в течение 2-3 ч.Рекомендуемыми составами чугунаследует считать составы 4 и 6.Содержание углерода и кремния5меньше нижнего предела приводит кувеличению вязкости и уменьшению твердости не только в литом состоянии,но и после термообработки. Повьппение содержания их выше верхнего предела ведет к резкому снижению износостойкости из-за образования в структуре чугуна хрупких эвтектическихкарбидов в виде игл и менее термостойкого карбида МеС,15Введение марганца в указанных пределах способствует формированию аустенитно-карбидной структуры чугуна влитом состоянии. При этом исключенообразование перлитной структурнойсоставляющей, а точка мартенситногопревращения находится при низких(-100 С) температурах.При содержании марганца вьппе верхнего предела падает твердость нетолько в литом состоянии 9 но и после термообработки. Хотя вязкостьпри этом увеличивается, однако износостойкость как основной параметр. оо4зованию мелкодисперсных карбидов, улучшает свойства жидкого чугуна и изменяет условия его кристаллизации. В итоге стабилизируются физико-механические свойства чугуна, повышается стойкость к механическим и тепловым воздействиям, а в итоге износостойкость.Алюминий, кроме указанного влияния, приводит к связыванию серы и частично азота в тугоплавкие мелкодисперсные сульфиды и Ингриды, что способствует формированию наибо;лее твердой исходной металлическойосновы..Введение алюминия меньше нижнего предела не приводит к изменению свойств расплава, а выше верхнего предела - загрязняет металл неметаллическими включениями, создавая дополнительно трудности при разливке, увеличивая брак литья (пористость).Титан в количестве меньшем 0,37, ведет к образованию разветвленных дендритов первичных карбидов, способствующих снижению стойкости деталей при абразивном износе, При содержании титана более 1,57. происходит большое шлаковыделение.Комплексное легирование ванадием и молибденом приводит к повышению прочности, твердости за счет образования твердого раствора внедрения, мелкодисперсных карбидов и измельчения зерна не только при комнатной, но и при высоких, более 500 С тео мературах. Одновременно увеличивается закаливаемость и износостойкость,Присадка каждого из этих элементов меньше нижнего прецела приводит ж изменению структуры, т,е. к резкому уменьшению содержания карбидов ванадия и молибдена. В результате стойкость чугуна к абразивному изнашиванию и ударным нагрузкам резко надает. При введении этих ингредиентов в количествах, превьппающих верхний предел каждого из них, происходит Образование тройной эвтектики .(А + 7 С + МО 2 С), Причем содержание этих элементов в карбидах достигает более 507, что резко снижает их содержание в матрице чугуна, в итоге снижается износостойкость. Легирование хромистого чугуна никелем и медью приводит к получению аустенитно-карбидной структуры чугуа блица УУп/п Ингредиенты, вес,% Сплав У.У .1 а 1 Известный 3,0 б 0,8 2 Предложен- ный О,с 1 1,8 10,0 О,З О,б 1,.0 0,7 4 2,35 0,4 2,45 О,б 1,0 иа в литом состоянии, одновременноповышаются вязкость и теплопроводность, что непосредственно связанос повьппением износостайкости.,Введение никеля и меди меньшенижнего предела практически не оказывает влияния на изменение структуры, а следовательно, и на свойствахромистого белого чугуна, Присадкаих выше верхнего предела нецелесаоб-раэна, поскольку никель более 1,07.оказывает воздействие на стабилизацию аустенита, резко увеличивая егоостаточное содержание после термообработки, что снижает предел твердости. Наличие меди более 1,б% приводитк выделению ее в свободном состоянии, а это снижает твердость и износостойкость деталей в процессе работы.Для рафинирования расплава от вредных примесей (сера, кислород, азоти др,), снязывания их в неметаллические соединения округлой Формы иудаления как из жидкого чугуна,так и с границ зерен при кристаллизации в чугун введены кальций и церий,Присадка кальция, кроме того, оказывает существенное влияние на снижение концентрации серы в расплаве,увеличивая жидкотекучесть, поньппаяплотность металла, а также уменьшаетвнутренние напряжения в литой структуре,Содержание кальция меньше 0,017.мало влияет на содержание серы, т.е.на изменение формы, размеров (уменьшение), количества и характера рас"пределения сульфидов,образующихсяпри эвтектической кристаллизации Присадка кальция более 0,05% ведетк появлению г, структуре чугуна значительнога количества окислсв, отрицательно влияющих на ударные свойства деталей,Введение церия менее 0,03% недостаточно эффективно, а вьппе 008%ведет к появлению в металлическойоснове белого чугуна интерметалл;"-.ческих Фаз, располагающихся .-.о г,аницам зерен, чта приводит к ахрупчинанию.Добавка циркония вызывае; изменение условий кристаллизации расплава чугуна способствует образованиюмелкозернистой структуры за счет мелкодисперсных карбидов и сульфидов,образонавшихся в жидком металле,чта повышает механические характерис гики (твердость металлическойосновы и износостойкость) при 500000 С а это в итоге ведет к повышению стойкости к ударно-аБразивному износу при высокоскоростном трении.Содержание циркония менее 0,057 мало влияет на свойства расплава, а более 0,3% павьппает содержание оста-. точного аустенит:. за счет снижения в нем концентрации у; лерода, а это снижает стойкость при абразивнсм износе.Предложенный чугун за счет легирования кальцием алюминием и цирконием обладает высокими прочностью, вязкостью и эксплуатационной стойкостью в условиях ударно-абразивно го износа.Годовой экономический эФФект отвнедрения изобретения составит100,8 тыс,руб,0,93 17,2 ,О 2,5 14,0 0,8 . 1,8 0,1 128 1,3 2,8 1,5 150 0,9 2,52 201096300 7 Продолжение табл. 1 Сплав Ингредиенты, вес.Х8 Мп Сг Та Ч Мо 2,20 0,3 2,3 12,0 1,5 3,5 0,3 16,0 1,2 3,2 2,5 2,5 1,0 10,0 0,3 0,8 0,1 0 6О 1 1,0 2,5 16,0 1,5 3,5 2,5 Ю и/и Са 0,056 0,2 Осталь 0,9 1,0 ное1096300 10 Продолжение табл. 2 80,0 1,5 82,3 1,2 60,0 0,6 76,5 1,2 Продолжение табл. 21 Стоикость 9 ч Твердость, НЕС Термообработанное состоЛитое состояние Термообработанное Литое состояние Ю п/п СОСТОЯНИЕ яние 150 54 7,5 59,5 95 7,0 46,0 60 0,5 б 189 52,0 О 40,0 48,10 99,0 65,54,0 Та блица1 Износ, г/ч, после следующих режимов термообработки ВВи/п плав Закал масС1 ч, 320 отпуск20 С 2 ч и звестный 3 едложенный 0,97 Закалка в маслот 900 С 1 чотпуск при270 С 2 ч Закалкале От 91 а в мас.1050 Спуск прич Закалка вмсле1100 С 1 ч.отпуск при320 С 2 ч12 1096300 Продолжение табл. 3 Износ, г/ч, после следующих режимов термообработки ИФп/п Сплав 0,84 0,630,96 0,8 1,0 0,87 0,69 0,8 0,9 0,79 0,60 0,7 0,911,03 0,700,84 1,47 1,41 1,15 1,38 1,32 1,10 Составитель Н. КосторнойРедактор О. Колесникова Техред Л.Коцюбияк Корректор О.Билак Заказ 3748/19 Тираж 603 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Закалка в маслеот 900 С 1 ч,отпуск при27.0 С 2 ч Закалка в масле от 970 С1 ч, отпускпри 320 С 2 ч Закалка в масле от 1050 С1 ч, отдуск при320 С 2 ч Закалка вмасле от1100 С 1 ч,отпуск при320 С 2 ч