Чугун

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам высокопрочных серых легированных чугунов. Сущность изобретения: чугун содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, кобальт, титан и железо. Новым является дополнительное введение в чугун галлия и германия при следующем соотношении компонентов, мае. %: углерод 2,5-4,5; кремний 1,5-3,6; марганец 0,3-1,5; хром 0,4-3,2; никель 0,3- 1,1; ванадий 0,01-0,05; кобальт 0,01-0,2; титан 0,05-0,5; галлий 0,0005-0,005; германий 0,0005-0,001; железо - остальное. Использование чугуна позволяет повысить служебные свойства чугуна: 0 257-288 МПа, термостойкость (количество термических трещин, шт) 21-25. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 22 С 37/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4902311/02 (22) 26.11.90 (46) 23.09.92; Бюл. № 35 (71) Орско-Халиловский металлургический комбинат и Уральский научно-исследовательский институт черных металлов (72) Е.Ф.Шкурко, В.А.Кобелев, С.В.Кочевых, А.А.Филиппенков, А.А.Бондарь, Б.Н.Герасименко, Г.М.Гуляев и В,А.Зайцев (56) Патент Японии № 54 — 38785, кл. С 22 С 37/10, 1979.

Заявка Японии ¹ 53 — 29221, кл. С 22 С 37/04, 1978, Авторское свидетельство СССР

¹ 417523, кл, С 22 С 37/06, 1974.

Авторское свидетельство СССР

¹ 402580, кл, С 22 С 37/06, 1973.

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам высокопрочных серых легированных чугунов.

Известен чугун (1), следующего химического состава, мас. %:

Углерод 2,5-4,0

Кремний 0,5 — 2,6

Марганец не более 1,0

Хром 0,15 — 1,5

Никель 0,25-2,0

Ванадий 0,1 — 0,4

Молибден 0,25 — 2,0

Бор 0,15 — 0,5

Медь 0,25-2,0

Железо Остальное

Недостатком данного чугуна является недостаточно высокая износостойкость и прочность, а также высокая его себестоиЫ2 1763505 А1 (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к составам высокопрочных серых легированных чугунов. Сущность изобретения; чугун содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, кобальт, титан и железо, Новым является дополнительное введение в чугун галлия и германия при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 2,5 — 4,5; кремний 1,5 — 3,6; марганец 0,3 — 1,5; хром 0,4-3,2; никель 0,31,1; ванадий 0,01-0,05; кобальт 0,01 — 0,2; титан 0,05 — 0,5; галлий 0,0005 — 0,005; германий

0,0005 — 0,001; железо — остальное, Использование чугуна позволяет повысить служебные свойства чугуна: 0 257 — 288 МПа, термостойкость (количество термических трещин, шт) 21-25. мость, что значительно сужает область его использования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является чугун (21, содержащий, мас. %:

Углерод 3,0-3,4

Кремний 1,0 — 1,2

Марганец 0,4-0,8

Хром 7,5-9,5

Молибден 0,6-0,8

Никель 0,2-0,4

Ванадий 2,0-2,4

Вольфрам 0,6-0,8

Кобальт 1,6 — 3,0

Титан 0,08 — 0,15

Железо Остальное

Недостатком данного чугуна является его низкая прочность и термостойкость, что

1763505

45

55 снижает эксплуатационные свойства отливок.

Целью изобретения является повышение прочности и термостойкости чугуна.

Поставленная цель достигается тем, что известный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, кобальт, титан и железо, согласно изобретению дополнительно содержит галий и германий при следующем соотношении компонентов, мас. .

Углерод 2,5 — 4,5

Кремний 1,5 — 3,6

Марганец 0,3-1,5

Хром 0,4-3,2

Никель 0,2 — 1,1

Ванадий 0,01 — 0,05

Кобальт 0,01 — 0,2

Титан 0,05 — 0,5

Галл ий 0,0005-0,005

Германий 0,0005 — 0,001

Железо Остальное

Выбор пределов содержания элементов в предлагаемом чугуне связан с особенностями йх влияния на процесс кристаллизации.

Содержание хрома в заявляемых пределах обеспечивает кристаллизацию в отличие от чугуна-прототипа по стабильной схеме без выделения свободного цементита, что повышает термостойкость чугуна, Пределы содержания ванадия и титана выбраны с учетом их совместного влияния с хромом на образование в структуре чугуна сложных карбидов, способстующих упрочнению и повышению заявляемых свойств.

Повышение содержания ванадия и титана выше верхнего предела приводит к отбелу чугуна и снижению заявляемых свойств.

Пределы содержания в чугуне никеля и кобальта обусловлены их совместным влиянием с карбидообразующими элементами на структуру чугуна, Заявляемые пределы никеля и кобальта обеспечивают эффективное противодействие отбеливающему влиянию хрома, ванадия и титана при их содержании на верхнем пределе, Введение в состав чугуна в заявляемых пределах гал лия и германия, проявляющих при взаимодействии с другими компонентами донорные свойства, способствует нейтрализации отрицательного влияния карбидостабилизирующих элементов на термостойкость чугуна.

Кроме того, данные элементы способствуют получению в чугуне равномерной структуры без структурно свободного цементита, что повышает прочность свойства. При содержании галлия и германия ниже предлагаемого нижнего предела их влияние на заявляемые свойства резко снижается, а при содержании данных элементов выше

35 верхнего предела они способствуют выделению в структуре чугуна свободного феррита, что снижает прочность и термостойкость чугуна.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показал, что данный состав чугуна отличается от известного введения новых компонентов, а именно: галлия и германия. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

В процессе исследования заявляемого технического решения по научно-технической и патентной литературе не выявлены источники, содержащие в совокупности признаки, отличающие данное техническое решение от прототипа, Известно введение в состав чугуна галлия (3). Использование галлия в известном решении позволило повысить чистоту и улучшить обрабатываемость чугуна. Однако применение этого элемента в сочетании с другими компонентами в известном составе не обеспечивает ему таких свойств, которые они проявляют в заявляемом решении, а именно повышение прочности и термостойкости. Таким образом введение в чугун галлия и германия позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию

"существенные отличия", Пример, Для экспериментальной проверки заявляемого состава были выплавлены 6 составов чугунов (табл,). Чугуны выплавлялись в 200 кг индукционной печи.

После расплавления чугуна в печи и перегрева расплава до температуры 1400 С заливались цилиндрические заготовки диаметром 50 мм и длиной 400 мм в земляные формы. Из данных заготовок изготавливались образцы для испытания на прочность в соответствии с ГОСТ 1497-73.

Термостойкость определяли путем подсчета термических трещин на образцах диаметром 15 мм и высотой 15 мм после серии из

100 термоциклов, проводившихся по режиму: нагрев до 800 С, выдержка 15 минут и охлаждение в воде.

Как следует из полученных данных осдержание ингридиентов в предлагаемых пределах(2 — 4) обеспечивает чугуну повышение прочности на растяжение более чем в

1,6 раза и термостойкости более чем в 1,4 раза по сравнению с чугуном-прототипом.

При содержании ингредиентов в чугуне ниже нижнего предела (5) и выше верхнего (6) происходит резкое снижение предела прочности и термостойкости.

Изучение свойств предлагаемого чугуна показало, что при содержании ингридиентов в предлагаемых пределах он характери1763505 зуется в 1,5 — 2 раза более высокими значениями прочности и термостойкости.

Использование заявляемого чугуна позволит по сравнению с прототипом: повысить служебные свойства отливок; снизить брак отливок по термическим трещинам. лий и германий при следующем соотношении компонентов, мас, 07Ь:

Углерод

Кремний

Марганец Хром

Никель

Титан

Ванадий

Кобальт

Галлий

Германий

Железо

2,5 — 4,5

1,5 — 3,6

0,3-1,5

0,4-3,2

0,2-1,1

0,05 — 0,5

0,01 — 0,05

0,01 — 0,2

0,0005-0,005

0,0005-0,001

Остальное

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан, ванадий, кобальт и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и термостойкости, он дополнительно содержит гал10

Содернание коипонентое е чугуне, мас.2 "1 " 1" " Т

Терностодкость (калло термич. трепни),ыт.

Предел рочнос» ти на растякение,НПа

Чугун

Номер примера

i"!

156 36

85 03 012 22 22

l По прототипу 3,2 1 1 0,6

2 Предлагаемый

Все элементы на НП 2,5

l,5 0,3

257 22

0,0005 ост.

0,0005

0,4 0,2 0,05 0,01 0,01

Все элементы на среднеи уровне 3.5

288 21

261 25

162 45

147 41

О ° 0005

0,001

0,0003

О ° 002

1,8 0,6 0,25 0,03 0,1

3,2 1,1 0 5 0 05 О ° 2

0,3 0,1 0 ° 02 0,005 0,005

3,4 1 ° 2 0,6 0,07 0,25

О, 002

2,5 1,0. ост.

Все элененты на ВП 4,5

0,005

0,0003

О, 006

3,6 1,5 ост.

1,4 0,2

Все элементы нине НП 2,4

Все элементы еыее 011 4,6 ест.

3,7 1,6 ост, Составитель Г.Дудик

Техред М,Моргентал Корректор А,Долинич

Редактор

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

Заказ 3431 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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