Чугун

 

Изобретение относится к металлургии , в частности к серым износостойким чугунап с высокими характеристиками эксплуатационной стойкости и вязкости разрушения при температурах от +20 до - 60°С. Цель - повышение эксплуатационной стойкости и вязкости разрушения при температурах от +20 до -60°С. Чугун дополнительно содержит титан, бор, карбонитриды хрома и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3,65-4,2; кремний 1,8-2,5; марганец 0,5-1,5; никель 0,2-0,7; медь 0,02-0,15; бор 0,,03; цирконий 0,002-0,06; магний 0,02-0,06; кальций 0,02-0,06; по крайней мере один элемент из группы, содержащей церий и лантан 0,02-0,05; иттрий 0,002-0,03; карбонитриды хрома 0,03-0,65; барий 0,006-0,05; титан 0,005-0,3; железо остальное. Кавитационная стойкость в абразивных средах при температурах от + 20 до -60°С 5,4-13,5 мг/гс. 2 табл. С ята

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)s С 22 С 37/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4863521/02 (22) 02.07.90 (46) 15.06,92, Бюл. ¹ 22 (71) Гомельский литейный завод "Центролит" (72) М,И,Карпенко, А.П.Мельников, Е.И.Марукович и С.M.Áàäþêîâà (53) 669.13-018.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N692887,,кл, С 22 С 37/10, 1979.

Патент Японии N 57-194241, кл. С 22 С 37/04, 1982.

Авторское свидетельство СССР

No 985122, кл. С 22 С 37/08, 1982. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к серым износостойким чугуна с высокими характеристиками

Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию износостойких чугунов для работы в средах, загрязненных абразивными частицами при температурах от+20 до — 60 С и используемых для деталей технологической оснастки.

Известен чугун, содержащий, мас,%:

Углерод 2,8-3,6

Кремний 1,4-2,6

Марганец 0,8 — 1,6

Иттрий 0,06 — 0,12

Цирконий 0,05 — 0,15

Редкоземельные металлы 0,08 — 0,2

Железо Остальное

Твердость известного чугуна 205-233

НВ, предел прочности 250 — 300 МПа. Отливки из этого чугуна имеют низкие характери„„!:Ы„„ 1740479 А 1 эксплуатационной стойкости и вязкости разрушения при температурах от +20 да—

60 С. Цель — повышение эксплуатационной стойкости и вязкости разрушения при температурах от+20 до — 60 С. Чугун дополнительно содержит титан, бор, карбонитриды хрома и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3,65 — 4,2; кремний 1,8 — 2,5; марганец 0,5 — 1,5; никель

0,2 — 0,7; медь 0,02 — 0,15; бор 0,002-0,03; цирконий 0,002 — 0,06; магний 0,02 — 0,06; кальций 0,02-0,06; по крайней мере адин элемент из группы, содержащей церий и лантан 0,02 — 0,05; иттрий 0,002 — 0,03; карбонитриды храма 0,03 — 0,65; барий 0,006 — 0,05; титан 0,005 — 0,3; железо остальное. Кавитационная стойкость в абразивных средах при температурах от + 20 до — 60 С

5,4 — 13,5 мг/гс. 2 табл. стики ударной вязкости (О;1-0,3 МДж/мм ), вязкости разрушения до 200 кгс/мм и относительного удлинения (до 3%).

Известен износостойкий чугун, содержащий, мас.%:

Углерод 2,8 — 3,8

Кремний 1,5 — 2,5

Марганец 0,4 — 2,2

Фосфор 0,2 — 0.8

Сера До 0,12

Медь 0,3-1,5

Кальций До 0,01

Железо Остальное

Этот чугун может содержать до

0,8 мас.% молибдена, до 0,8 мас. j, хрома и до 0,5 мас.% ванадия.

Этот чугун имеет низкие характеристики износостойкости, прочности, плотности, 1740479

55 нестабильными уп ругопластическими свойствами в литых изделиях при отрицательных температурах. При работе в средах с абразивом чугун имеет низкую стойкость и недостаточную ударную вязкость (до 0,6 МДж/м ).

Наиболее близким к предложенному является чугун следующего химического состава, мас. :

Углерод 1,8 — 3,6

Кремний 1,8 — 3,6

Марганец 0,1 — 0,4

Никель 0,05 — 0,50

Медь 0,05 — 0,50

Магний 0,02 — 0,06

Кальций 0,001 — 0,05

По крайней мере один элемент из группы, содержащей церий и лантан 0,01 — 0,15

Иттрий 0,001 — 0,10

Цирконий 0,01 — 0,10

Железо Остальное

Известный чугун обладает следующими свойствами: временное сопротивление 500-650 МПа; ударная вязкость

1,1 — 1,6 МДж/м; вязкость разрушения, К>с, г.

200 — 365 кгс мм — — при 20 С 120 — 195 при

3 о

10 С; эксплуатационная стойкость в средах, загрязненных абразивными частицами при

20 С, 14 — 26 мг/гс.

Недостатками этого чугуна являются низкие характеристики вязкости разрушения и эксплуатационной стойкости, особенно при отрицательных температурах.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной стойкости и вязкости разрушения при температурах+20...— 60 С, Поставленная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний. марганец, никель, медь, цирконий, магний, кальций, по крайней мере один элемент из группы, содержащей церий и лантан, иттрий и железо, дополнительно содержит титан, бор, карбонитриды хрома и барий при следующем соотношении компонентов, мас. :

Углерод 3,65 — 4,2

Кремний 1,8 — 2,5

Марганец 0,5 — 1,5

Никель 0,2-0,7

Медь 0,02-0,15

Титан 0,005 — 0,3

Цирконий 0,002 — 0,06

Магний 0,02 — 0,06

Кальций 0,02 — 0,06

По крайней мере один элемент из группы, содержащей церий, лантан 0,02 — 0,05

Иттрий 0,002 — 0,03

Бор 0,002 — 0,03

Карбонитриды хрома 0,03 — 0,65

Барий 0,006 — 0,05

Железо Остальное

Существенными отличиями предложенного чугуна является введение титана, бора, карбонитридов хрома и бария, которые значительно повышают эксплуатационную стойкость литых деталей в абразивных средах при температурах до — 60 С и обеспечивают необходимую вязкость разрушения.

Оптимальными концентрациями, обеспечивающими существенное повышение эксплуатационной стойкости и вязкости разрушения при +20...— 60 С, являются следующие: титана 0,005 — 0,3 мас, ; бора 0,05—

0,3 мас. „ карбонитридов хрома 0,03-0,65 мас. и бария 0,006 — 0,05 мас, /,.

В предложенном чугуне повышено содержание марганца до 0,5 — 1,5 мас., который обеспечивает повышение вторичной твердости, технологической пластичности, вязкости разрушения, эксплуатационной стойкости при сохранении ударной вязкости на высоком уровне. При суммарной концентрации марганца и никеля более 2,2 мас. снижается вязкость разрушения.

При концентрации марганца до

0,5 мас. вязкость разрушения и эксплуатационная стойкость при+20...— 60 С недостаточны, а при увеличении содержания марганца более 1,5 мас, увеличивается отбел, снижаются упругопластические свойства и вязкость разрушения при отрицательных температурах.

Дополнительное введение титана в количестве 0,005 — 0,3 мас. упрочняет матрицу при отрицательных температурах, микролегирует металлическую основу, повышает стабильность структуры и сопротивляемость межкристаллитной коррозии, что обеспечивает повышение прочностных свойств и эксплуатационной стойкости при

+ 20...— 60 С. При содержании титана до

0,005 мас. твердость, прочность, вязкость разрушения при отрицательных температурах, сопротивляемость коррозии и эксплуатационная стойкость матрицы недостаточны, а при увеличении концентрации титана более 0,3 мас. / снижаются вязкость разрушения и стабильность твердости, динамической прочности и стойкости чугуна в отливках при воздействии абразивных сред. Карбонитриды хрома в количестве 0,03 — 0,65 мас. являются тугоплавкими микролегирующими добавками, повышающими твердость мета.яической основы и ее стабильность при отрицательных температурах, упрочняя металлическую

1740479

20

30

50

0,02 — 0,05

0.005 — 0,3 основу и способствуя повышению сопротивляемости износу и кавитации. Содержание карбонитридов хрома принято от концентрации 0,03 мас.%, при которой достигается существенное повышение твердости и эксплуатационной стойкости и ограничено концентрацией 0,65 мас., выше которой отмечается увеличение содержания неметаллических включений и снижаются ударная вязкость и вязкость разрушения. Барий (0,006 — 0,05 мас.%) обеспечивает повышение дисперсности и пластичности матрицы, механизм действия которого проявляется в образовании поверхностно-активной пленки на растущих кристаллах, неметаллических включениях и графите, повышении вязкости разрушения и упругопластических и эксплуатационных свойств. Содержание бария определено экспериментально. При его концентрации до 0,006 мас.% повышение вязкости разрушения незначительное, а при концентрации бария более 0,05 мас.% отмечается снижение механических свойств чугуна в отливках, эксплуатационной стойкости при +20...— 60 С и служебных свойств.

В предложенном чугуне снижен верхний предел концентрации кремния, так как при более высокой его концентрации укрупняется графит и снижаются эксплуатационная стойкость и вязкость разрушения, Нижний предел содержания углерода повышен до 3,65 мас.%, так как при умень- шении содержания углерода и дополнительном введении карбонитридов хрома и бора и увеличении содержания марганца увеличивается отбел, в структуре появляется цементит, снижается стабильность структуры, пластических свойств и вязкости разрушения, Содержание меди и циркония, снижающих вязкость разрушения, ограничено 0,02 — 0,15 и 0,002 — 0,06 мас.%.

Бор введен как поверхностно-активный модификатор, очищающий границы зерен от неметаллических включений, что способствует повышению вязкости разрушения и эксплуатационной стойкости при отрицательных температурах. При содержании бора до 0,002 мас,% модифицирующий эффект низкий, а эксплуатационные свойства чугуна низкие. При повышении концентрации бора более 0 03 мас.% снижается вязкость разрушения и увеличивается отбел чугуна.

Содержание других микролегирующих и модифицирующих компонентов принято исходя из практики производства износостойких чугунов с повышенными упругопластическими свойствами.

Чугун выплавляют в открытых индукционных печах из шихты на основе литейных ЛКЗ и ЛК4 чугунов, передельных чугунов М1 и М2, стального лома, боя электродов, силикобария, ферробора, ферротитана, карбонитридов хрома и ферросплавов, Дробленные до фракции

0,1 — 3,0 мм брикеты ферробора и карбонитридов хрома вводят в печь в конце плавки.

Состав ферробора соответствовал марке

Ф Б13.

Редкоземельные металлы, магниевую лигатуру, ферробарий вводили в подогретые разливочные ковши. Угар бора составил 8—

12 мас., карбонитридов хрома 8 — 10; бария

15 — 17 и титана 18 — 21 мас.%.

В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок, а в табл. 2— механические свойства чугунов в отливках.

Износ деталей в абразивных средах определяют на литейных моделях на прессовых формовочных машинах высокого давления.

Для определения ударной вязкости используют образцы типа 5 и метод испытания на ударный изгиб при комнатной и пониженной температурах.

Как видно из табл. 2, предложенный чугун обладает более стабильными и высокими значениями эксплуатационной стойкости при воздействии абразивных сред, и вязкости разрушения при температурах от

+ 20 до — 60 С, чем базовый чугун.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, медь, цирконий, магний, кальций, лтррий, по крайней мере один элемент церий и лантан и железо, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости и вязкости разрушения при температурах от + 20 до — 60 С, он дополнительно содержит титан, бор, карбонитриды хрома и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 3,65 — 4,2

Кремний 1,8 — 2,5

Марганец 0,5 — 1.5

Никель 0,2-0,7

Медь 0,02-0,15

Цирконий 0,002 — 0,06

Магний 0,02 — 0,06

Кальций 0,02 — 0,06

Иттрий 0,002-0,03

По крайней мере один элемент церий и лантан

Титан

1740479

0,06 — 0,05

Остальное

0,002 — 0,03

0,03 — 0,65

Барий

Железо

Бор

Карбонитриды хрома

Табл и ца 1

Со е жание, мас,, вч г не

Компоненты

1 (известный

0,05

0,03

0,006

Остальное

0,72

0,06

Остальное

0,01

0,002

Остал ьно

0,65

0,05

Остальное

0,42

0,01

Остальное

Остальное

Таблица 2

Составы ч r нов в отливках

Показатели

1 (изв.) Временное сопротивление, МПа

Ударная вязкость, Дж/см

Вязкость разрушения, К1С- мм, при

+ 200С

- 100Ñ

-60 С

Износ деталей в абразивных средах за 100 ч работы,мкм

Эксплуатационная стойкость при воздействии абразивных сред при

+20 С

- 10ОС

-60 С

680

640

770

748

710

625

66,2

14,6

98,0

101,6

91,7

13,5

498

402

342

368

191

492

330

487

275

292

203

182

1 6-20

4,6-8,2

12-16

6,8-10

15-21

3,2-6,715,8

18,2

25,8

7,3

8,1

9,2

8,8

10,7

13,5

14,2

17,5

19,0

16,6

18,8

26,7

5,4

6,6

8,0

Составитель Г.Дудик

Редактор О.Спесивых Техред М.Моргентал Корректор А.Осауленко

Заказ 2054 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Углерод

Кремний

Марганец

Никель

Медь

Магний

Цирконий

Кальций

Титан

Церий

Лантан

Бор

Иттрий

Карбонитриды хрома

Барий

Железо

3,5

1,9

0,2

0,3

0,2

0,06

0,08

0,03

0,03

3,65

1,8

0,5

0,2

0,002

0,02

0,002

0,02

0,005

0,02

0,002

0,002

3,8

2,2

0,8

0,5

0,08

0,05

0,05

0,03

0,08

0,03

0,02

0,01

0,01

4,2

2,5

1,5

0,7

0,15

0,06

0,06

0,06

0,3

0,03

0,02

0,03

0,03

3,6

2,7

0,2

0,1. 0,001

0,01

0,001

0,01

0,001

0,01

0,001

0,001

4,3

2,6

1,7

0,9

0,2

0,12

0,1 1

0,08

0,35

0,06

0,06

0,05

0,05