Чугун

 

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром никель, титан, магний, алюминий и железо, о т л и ч a ю щи и с я тем, что, с целью снижения склонности к плено образованию и стабилизациимеханических свойств отливок с толщиной стенки от 5 до 40 мм, он дополнительно содержит ванадий и редкоземельные металлы при следующем соотношении , компонентов, Углерод 3,3-3,7, Кремний . 2,5-3,2 Марганец 0,4-1,0 Хром 0,05-0,3 Никель О,05-0,2 Титан 0,02-0,1 Магний 0,004-0,08 Алкминий 0,005-0,1 Ванадий 0,03-0,2 Редкоземельные металлы 0,015-0,1 (Л Железо . Остальное

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

NOPAO

РЕСПУБЛИК

Зцр С 22 С 37. 10

ОПИСАНИЕ ИЗОЬЕКтКНиЯ,, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБГ, ЕТЕКИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н AETOPCtCOPPV ClhgCTlVIACTRV (21) 3409604/22-02 (22) 22.03.82 (46) 07 07 ° 83. Бюл. Р 25 (72) С.Н.Леках, В.А.Розум, Н.И.Вестужев, Н.A,ôîíøòåéH, И.Ф.Цедрик, В.А.Глазков и N.È.Трофимович (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (53) 669.15-.196(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 377393, кл. С 22 С 37/00, 1973.

2.. Авторское свидетельство СССР

В 475409, кл. С 22 С 37/00, 1975. .(54)(57) ЧУГУН, содержавший углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан, магний, алюминий и железо, о т л и,ч а ю шийся тем, что, с целью снижения склонности к пленообразованию и стабилизации механических свойств отливок с толщиной стенки от 5 до 40 мм, он дополнительно содержит ванадий и редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов, вес.Ф:

Углерод 3,3-3,7

Кремний 2,5-3,2

Марганец 0,4-1,0

Хром . 0,05-0,3

Никель 0,05-0;2

Титан 0,02-0,1

Магний 0,004-0,08

Алюминий 0,005-0,1

Ванадий 0,03-0,2

Редкоземель ные металлы . 0,015-0,1 железо, Остальное

1027264

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для получения отливок, обладающих повышенной прочностью и стабильностью свойств по сечению отливки.

Известен чугун t 1 J, содержащий компоненты в следующем соотношении, вес.В:

Углерод 3,4-3,8

Кремний 1,8-2,4 10

Марганец О, 7-1, 2

Никель 0 7-1,8

Хром 0,15- 0,4

Молибден 0,3««1 1

Магний 0,04-0,08 . 15

Алюминий 0,1-0,3

Медь 0,2-0,5

Церий 0,005-0,02

Железо Остальное

Этот чугун не обеспечивает" ста- 2() бильности прочности в раэностенных отливках.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является чугун 2 g, - 25 содержащий ингредиенты в следующих соотношениях, вес.Вг

Углерод 2,8-3,9

Кремний 1,5-5рО

Марганец 0,1-0,75

Титан 0,01-0,09

Никель 0,05-1,0 .

Хром 0,05 0,3

Магний 0,01-0,25

Алюминий 0,3-8,0

Железо Остальное

В качестве примесей чугун может содержать серу в количестве до 0,06В, Фосфора до 0,2В.

Данный сплав обеспечивает получение достаточно высокой прочности 40 в отливках ..с толщиной стенки около

15 мм 2 1.

Недостатками известного чугуна являются высокая склонность к пленообразованию и нестабильность свойств 45 в разностеиных отливках с толщиной стенки от 5 до 40 мм.

Целью изобретения является снижение склонности чугуна к пленообразованию и стабилизации механических свойств отливок с толщиной стенки от 5 до 40 мм.

Указанная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кРемний, марганец, хром, никель, титан, магний, алюминий и железо, дополнительно содержит ванадий и редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов, вес.Вг

Углерод 3,3-3, 7 ®

Кремний 2,5-3,2

Марганец 0,4-1,0

Хром 0,05-0,3

Никель 0,05-0,2

Титан 0,02-0,1 б5

Магний . 0,04-0,08

AJItoMHHHA 0 005-0,1

Ванадий 0,03-0,2

Редкоземельные металлы (РЗМ) 0,015-,0,1

Железо Остальное

Углерод в предецах 3,3-3,7В обеспечивает хорошие литейные и механические свойства. Йижний предел углерода З,ЗВ обуславливается необходимостью исключения структурно свободных карбидов в сплаве. Увеличение концентрации углерода вьаае 3,7В ухудшает форму включений графита.

Таким образом, концентрация- углерода 3,3-3,7В является оптймальной.

Концентрация кремния 2,5- 3,2В обеспечивает получение наилучшего сочетания пластических и прочностных свойств чугуна, .а также высокой твердости. Нижний предел по кремнию 2,5В установлен из требований исключения отбела в отливках. Верхний предел 3,5В установлен, исходя нз требований получения ферритоперлитной металлической матрицы и исключения охрупчивания чугуна.

Для получения высокой прочностисплава при условии исключения появ-. ления структурво-свободного цементи-. та содержание марганца и хрома в . нем составляет от. 0,4 до 1 и от

0,05 -до О,ЗВ соответственно. Нижний предел содержания марганца .0,4В и хрома 0,05В обуславливается необходимостью полученмя высокой прочности. Верхний предел 1,0 и О,ЗВ соответственно ограничен возрастанием.склонности чугуна к отбелу и рез-. кому снижению пластичности.

Дпя получения высокой прочности и твердости высокопрочного чугуна в сочетании. с удовлетворительной пластичностью при литье раэностенных отливок концентрации никеля уставов лены в пределах 0,05-0,2В. Верхний предел 0,2В ограничен, исходя из того,.что при этой концентрации никеля достигаются требуете механические свойства сплава.

Магний и в приведенных концентра-. циях обеспечивает нолученйе шаровид- . ного графита и высоких механических свойств чугуна. При содержании магния менее 0,04В Ф структуре чугуна наблюдаются включения пластинчатого и вермикулярного графитадаже в низкосернистом чугуне (сера до 0,02В).

Ввод магния божее 0,08В,не рациона-. лен, так как ухудшае ся форма графита и возрастает склонность к отбелу (эффект перемодифицирования),, уйиличивается расход модификатора.

Содержание титана 0,02-0,1В s сплаве .способствует выравниванию структуры по сечению отливки. Нижний

102726.4 предел 0,023 установлен исходя иэ этих условий, верхний предел 0,1% ограничен ввиду резкого ухудшения форьы включения графита.

Концентрация алюминия в пределах 0,005-0,1% обеспечивает уменьше» ние склонности сплава к отбелу в тонкостенных элементах отливок и тем самым выравнивание свойств по сечению отливок. При добавках в сплав свыае 0,1% алюминия резко увеличивается склонность его к пленообраэо= ванию, приводящая к повышенному браку отливок.

Введение s состав сплава редкоземельных металлов в количествах

0,015-0,1% способствует получению правильной шаровидной Форлы графита (нижний предел 0,015% РЗИ) и выравниванию свойств по сечению отливки, а также снижению склонности чугуна

K пленообраэованию (верхний предел 011%) .

Вводимый в высокопрочный чугун с целью повышения прочности и твердости ванадий в пределах 0,03-0,2Ъ оказывает сильное нерлитизирующее воздействие на структуру чугуна в разностенных отливках за счет стабилизации цементита и способствует увеличению диснерсности этой структурной составляющей. Нижний предел 0,03% выбирают исходя из необходимости получения ощутимого эффекта перлитизации, верхний предел 0,2%- исходя из требований исключения воэможности появления структурно свободного цементита и из зкономических соображений.

Структура-предлагаемого чугуна имеет перлитно-металлическую матрицу и компактную форму включения граФита. . Сравнительные испытания механических свойств предлагаемого и из- вестного сплавов в литом состоянии проводились при нижнем, среднем и верхнем пределах концентрации ингредиентов при толщинах стенках отлив» ки 5,15 до 40 мм. Плавки проводились в пятдесяткилограммовой индукционной печи с кислой футеровкой. Сплав

: aocne расплавления перегревается до 1420-1440ОС. В качестве шихто вых материалов применялись литейный чугун ЛКЗ, сталЬной лом, ферросплавы, никель.

Технология получения высокопрочного чугуна для проведения сравнительных испытаний включала доводку чугуна по химическому составу в печи соответствующими ферросплавами после его перегрева. Ванадий в расплав чугуна при 1440ОC присаживали в виде Феррованадия (35%, V) в количест-

10 se 0,12-0,65% от массы металла. РЗИ в виде лигатуры CIlENHlil 1 вводили в ковш в количестве 0,05-0,4% от массы жидкого чугуна, температура которого при этом была равна 1420 С. Вре» 5 мя выдержки чугуна перед разливкой составляло 3 мин. Отливались ступенчатые плиты с толщинами 5,15 и 40 мм, из которых вырезались стандартные образцы иа механические испытания.

Полученные химические составы чугунов и результаты испытаний приведены в табл. 1. Иеханические свойства чугунов представлены в табл.2..

Из табл. 2 видно, что чугуны предлагаемого состава имеют сравнимые и c àáaëüíûå механические свойства

-при различных толщинах отливок. При испытании образцов, вырезанных из разностенной плиты, "отлитой Hs известного состава, обнаружена разниЗО ца свойств s эавйсимости от толщины отливки. В известном чугуне появляется значительное количество ферри* та в массивных сечениях и цементит в тонкостенных частях, З5. Склонность чугунов известного и предложенного составов к пленообраэованию оценивали по суммарной площади сечения, занимаемой неметаллическими включениями. Испытания

49 проводили по десяти образцам на каждый состав. В качестве образцов применяли пробы на ударную вязкость (10 ° 10 55 мм). Результаты испытаний приведены в табл. 3, 45 Отмечена существенно более низкая склонность предлагаемого сплава к пленообраэованию, что способствует повышению качества отливок и сниже-. нию брака по газовым раковинам и неметаллическим включениям.

Экономический эффект от внедрения изобретения на Иинском тракторном заводе 70 тыс. руб.

А

5 о о

Э о

i о о

3Ч

Ю

5

v о

Э о

3 Ъ

М

C) ф

3А

3D

1 ь

33Ъ

% 3

Ю

М

C). а.Ч

Ю

Ю

CO Ю .

Ю

Ю

33 Ъ

Ю

Ю а ь!

Ю

33Ъ

РЪ 3

Ю

ЧР

Ю с C>

Ъ-3

C) ° Ф

C)

СЧ

О

Ю Р

М

;IA Ю

C) <Ъ(М

О\

Ю

% 3

3Ч

СЪ(Ю

М

Ю е

Ю

Ю

Г Ъ

CD

% 3

33Ъ

° 3

Ю

М

Ю

%-3 3

C) CO

СЧ

3ГЪ

3М

l o (1 1 I

1 I I

1

1 .I

1 (I

3 о

Ф

Ф й

° .3 1.1

1 I

«3 !

М!

1 (1

О !

I ч 1

I

1

1

I

I

1

1

1

1

1

1 (1

I 1

I

1 I

l I

l 1

I !

I I ! Ф I

I 33. I

I 1

3 1

I 1

I 1

I l

I 1

1

Ь вЂ” — 44

I

I K

I 33I l

I C4 I

Π— 3

I I

1 I

3 1 ! - I ьо I cL I

° I 1

V 3 I

Ф Г 1

Ф 3, 1

I I ъ 3 1

I3I:1 Ct I

3!I I 1

3 1

V !в о

O 1

g I Ig.1

Х I

V.1 — 1

Э 1

1 I

I .М I

М I

3 3

I 1

I 3- 3

I o 1

1 .

«4

I I

t

С

I X 1

Ь вЂ” — 3

1 !

) МЪ

1 . 1

I 1

3 13

I 1

5 1

Qg .l (:3 1

I

I

l

l

З I

iь l (л I >в . 3

I. 1027264; ig

М . и 5

М Ф

1027264

Таблица 2

Относительное удлинение, Чугун Пределы

Толщина .стенки плиты олщина стенки пли и i »«е

;5 15 40

В «М

3 1 260 225 200

Предла- Нижний 54 55 . 51 3 4 3 гаемый

Средний 61 60 55 4, 5 4

230

220

Верхний 55

56 52 .2

240

4 3

Таблица 3

% ределы содержани Суммарная площадь, занимаемая ингредиентов, неметаллическими включениями, 2

Чугун

Средний

Известный

Предлагаемый

Нижний

Средний

Верхний

" Суммарная исследуемая площадь образцов составляет

10.10.10 = 1000

Составитель Н. Косторной

ТехредЛ.Пекарь Корректор О. Билак

Редактор В.Данко

«Ф А. Заказ 4678/31 Тираж 627 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Предел прочности прн ра<"„тяженни, кг/мм

Известный Средний 52 50 40 2 олщина стенки плиты

15 40

250 240

250 240 260 250