Чугун

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве отливок, работающих в условиях трения« Цель изобретения - повьшение предела усталостной прочности , жидкотекучести и улучшение износостойкости. Новый чугун содержит , масс%: С 3,3-3,7; Si 2,2-3,5; Мп 0,2-0,5; Сг 0,1-0,5; Ni 0,45-1,8; Ti 0,2-0,3; V 0,3-0,5; Mg 0,03-0,05; РЗМ (Се, La и Yt) 0,09-0,19; Си 0,1- 0,6 и Fe - остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна Си повысил предел усталостной прочности в 1,08- 1,23 раза, увеличил жидкотекучесть в 1,17-1,3 раза и износостойкость в 1,18-1,39 раза, 1 табл. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg 4 С 22 С 37/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4252011/23-02 (22) 28. 05.87 (46) 15.12.88. Бкп. 1е 46 (71) Днепропетровский проектно-конструкторский технологический институт (72) С.С. Тарасенко, В.А. Луговский, В.P. Кириллов, N.М. Стольберг, В.И. Максимов, Э.М. Грдон, В.С. Савега, С.Л. Бабченко, С.В. Сакевич, В.П. Игнатьев и А.В. Татарчук (53) 669.15-196(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

8 1222705, кл. С 22 С 37/10, 1984.

Авторское свидетельство СССР

Р 1027264 ° кл. С 22 С 37/10, 1982.

„.SU„„1444388 А 1 (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к метал" лургии и может быть использовано при производстве отливок, работакнцих в условиях трения. Цель изобретения— повышение предела усталостной прочности, жидкотекучести и улучшение иэносостойкости. Новый чугун содержит, мас.Х: С 3,3-3,7; Si 2,2-3,5;

Мп 0,2-0,5; Cl 091-0,5; Ni 0,45-1,8;

Ti 0,2-0,3; V 0,3-0,5; Mg 0,03-0,05;

Р3М (Се, La и Ус) 0,09-0, 19; Си О, 10,6 и Fe — остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна Си повысил предел усталостной прочности в 1 081,23 раза, увеличкп жидкотекучесть в 1,17-1,3 раза и износостойкость в 1,18-1,39 раза. 1 табл.

1444388

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна, работающих в условиях контактного трения и энакопеременных нагрузок.

Цель изобретения — повышение 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 способствуюп ий 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 свыше 3,5 мас.% приводит к снижению пластичности чугуна и его охрупчиванию, даже при обычном содержании марганца и фосфора, марганец присаживается в сплав в интервале 0,20,5 мас. . и для тонкостенных отливок необходим для увеличения в структуре чугуна перлита и IIQBbIUlpHHlo 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

II 5

2Î

2(ЗО

5Q

55 количестве 0,1-0,6 мас.7. совместно с марганцем и никелем повышает устойчивость перлита и способствует повышению 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 выше 0,6 мас.7, способствует снижению пластичности и существенно затрудняет получение графита шаровидной Формы. Никель в количестве 0,51,8 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 выше 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 существенного влияния .на пластические свойства. Содержание хрома в чугуне ниже

0,1 мас.% нецелесообразно, так как не оказывает влияния на структуру и свойства, а при содержаниях, выше

0,5 мас.N 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 структ ры 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 графита шаровидной формы.

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 0,030 05 мас. ; присаживается для глубокого раскисления и десульфурации расплава, что увеличивает эксплуатационную прочность отливок. Кроме того, магний в указанных пределах обеспечивает стабильное получение графита шаровидной Аормы.

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 Р3М 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 0,040,08 мас. необходим в сплаве для нейтрализации десВероидизирующего 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 0,020,05 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 карби25

45 дон 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 высокую температуру плавления и кипения, он имеет хорошую уснояемость и, следовательно, высокую технологичность ° Иттрий также значительно уменьшает вязкость расплава и улучшает пропитываемость междендритных пространств, вследствие чего уменьшается междендритная рыхлость и снижается вероятHocTh oáðàçoâàHèR 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 среди Р3М (301,2 ккал/моль). Модифицирующее влияние лантана н сочетании с церием и иттрием более значительно, что способствует снижению вредного влияния десфероидизаторов шаровидного графита. Это влияние лантана повышает длительную прочность сплава. Следует также отметить количественное влияние совместного действия Р3М и кремния, содержащихся в лигатуре, на Формирование неметаллических включений. В этом случае часть твердых и хрупких окислов Р3М заменяется на пластичные оксисульфосиликаты Р3М, вокруг которых создаются значительно меньшие термические напряжения, что положительно сказывается на усталостной прочности сплава. Если усвоение лантана в чугуне менее 0,01 мас.Х, то действие на упрочнение перлита и на правильную форму шаровидного графита не наблюдается. Присадка лантана более

0,03 мас., нецелесообразна экономически, так как эффект от его увели1444388 чения не проявляется. Кроме того, .увеличивается вероятность образования по границам зерен крупных интерметаллидов РЗМ что ухудшает механи9

5 ческие свойства.

Пример. Чугун выплавляли rro известной технологии в индукционной печи ИСТ-0,06 с кислой футеровкой.

R 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 ного завода. Химический состав лигатуры следующий, мас.%: церий 15, ит- 20 трий 12, лантан 15, углерод 0,3-0,5, кальций 0,4-0 5 кремний 33, железо остальное.

По расплавлению в чугун присажива- 25 ли медь9 ферротитан и феррованадий (никель и феррохром присаживали в тигель вместе с шихтой) 9 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. При

<9 Ç5

1320-1330 С чугун заливали в песчаноглинистые формы. Образцы отливок диаметром 30 мм и высотой 200 мм разрезали на образцы для 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 бейнитной структуры. Термообработку проводили по следующему режиму: нагрев до 920 С, выдержка 2 ч дг<я 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-600/1800 на врашающемся гладком образце в условиях знакопеременного цикла, т.е. с приложением изгибающей нагрузки. Число циклов =-:Hÿêñïàðåìåíьых нагружений было равно 1 10

Из носостойкость опр еделяли на машине СМЦ-2 при 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,i мм по формуле

И = . 100%

О " 9 износ, %; первоначальный вес образца, г; вес образца после испытаНИИ9 Г. где И—

0

Жидкотекучесть сплавов определяли по длине залитой спирали.

Химический состав сплавов и результаты испытаний приведены в таблице.

Как следует из таблицы,дополнительный ввод в состав чугуна меди, а также изменение в нем соотношения

Nl9 Tl u V позволило повысить предел усталостной прочности G < в 1,081,23 раза, увеличить жидкотекучесть в 1, 17-1,3 раза, а т-акже 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 целью повьппения предела усталостной прочности, жидкотекучести 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

0,09-0 19

О, 1-0,6

Остальное нас.i бегун

1

О,! О,г О,З О,ОЗ О,О4 О,О1О,О4 -9З,ОЗ З4О 2О,З 89О

0 45 о,!

0,3

О 35 0,25 0,4 0,04 0,06 0020,06 90,82 386 18 4 995

0,6 0,3 9,5 0,05 0,08 0,030,08 -88,36 375, !7,2 915

О,S 1,8

0,05 - 0,02 О, 04 0,04 0,015 - 0,005 93 ° 59 278 25,2 69Q

0,06 0,11 0,06 0,057 - 0,052 92,371 295 24 ° 730

О,!7 . О ° 12

0,3 0,2

О,! 0,2 0,08 0,1 - 0,1 91,02 312, 24,0 . 760

Составитель Н.Косторной

Техред Л.Олийнык Корректор Л,Пилипенко

Редактор Н. Лазоренко

Заказ 6460/29 Тираж 595 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4

Ванадий

Маг ний

Редкоземельные элементы:

Предлагаеньй

З,З 2,2 Ог

2 35 2>8 03

3 3,7 3,5 0 5

Иавестньа!

4 5 ° 3 2 5 0,4

5 3 5 2 8 О 7

6 37 32 10

1444388

0,3-0,5

0,03-0,05 церий лантан иттрий

Медь

Железо