Чугун

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве чугунных отливок, работающих при отрицательных температурах. Цель изобретения - повышение предела прочности при растяжении, а также усталостной прочности и ударно-усталостной долговечности при температурах от -10 до -50°С. Новый чугун содержит, мас.%: C 2,6-3,2

SI 1,6-2,0

MN 0,1-0,4

AL 0,002-0,15

CE 0,002-0,05

CA 0,002-0,018

MG 0,003-0,016

нитриды иттрия 0,04-0,12

SB 0,01-0,08

FE остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна нитридов иттрия и SB повысил σ в в 1,15-1,20 раза, ударно-усталостную долговечность в 1,10-1,22 раза и усталостную прочность в 1,15-1,49 раза. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (51)5 С 22 С 37/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BT0PCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4454402/31-02 (22) 05.07.88 (46) 30.07.90. Бюл. 1(28 (71) Всесоюзный заочный политехнический институт (72) Б.К.Святкин, M.И.Карпенко, Ю.Г.Серебряков и С.М.Бадюкова (53) 669.15-196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 956595, кл. С 22 С 37/10, 1981, Авторское свидетельство СССР

У 724595, кл. С 22 С 37/10, 1978. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве чугунных отливок, рабоИзобретение относится к металлургии, в частности к разработке состава чугуна для отливок, работающих в условиях отрицательных температур, Цель изобретения - повышение предела прочности при растяжении, а также усталостной и ударно-усталостной долговечности.

Нитриды иттрия служат центрами кристаллизации, способствуют измельчению структуры, повышению ударноустойчивости и антифрикционных и эксплуатационных свойств при отрицательных температурах, При концентрации нитридов иттрия до 0,04 Mac.l измельчение структуры повышение анI тифрикционных свойств и эксплуатационной стойкости при отрицательных температурах недостаточно, а при

2 тающих при отрицательных температурах. Цель изобретения — повышение предела прочности при растяжении, а также усталостной прочности и ударно-усталостной долговечности при температурах минус (10-50) С. Новый чугун содержит, мас.3: С 2,6-3,2; Si ,1,6-2,0; Мп 0,1-0,4; А1 0,002-0,15;

Се 0,002-0,05; Са 0,018; Mg

0,003-0,016; нитриды иттрия 0,040,12; Sb 0,01 0,08; Fe остальное.

Дополнительный ввод в состав чугуна нитридов иттрия и Sb повысил Ьд в

1,15-1,20 раза, ударно-усталостную долговечность в 1,10-1,22 раза и усталостную прочность в 1,15-1,49 раза. 2 табл. концентрации нитридов иттрия более

0,12 мас.3 снижается ударно-устойчивость, стрела прогиба и сопротивляемость износу при трении, что снижает эксплуатационную стойкость.

Сурьма перлитизирует матрицу, очищает границы зерен и повышает износостойкость, твердость,эксплуатационные и антизадирные свойства. Ее содержание определено опытным путем и ограничено концентрацией (0,02 мас.4), ниже которой износостойкость, эксплуатационные и антизадирные свойства низкие, а при концентрации сурьмы более 0,08 мас. снижаются стойкость против пробуксовки, технические свойства, ударно-усталостная долговечность и эксплуатационная стойкость.

1581769

Введение церия в количестве 0,0020,05 мас.3 обусловлено стабилизирующим влиянием на величину твердости, его высокой химической активностью и модифицирующей способностью, что повышает ударную вязкость стабильности структуры и служебных свойств при отрицательных температурах. Увеличение концентрации церия более 0,05 мас.3 увеличивает отбел и твердость в тонких сечениях и на поверхности отливок, снижает эксплуатационную стойкость, а при содержании до 0,002мас.З он концентрируется s графите и не оказывает существенного влияния на твердость и стабильность структуры и служебных свойств при отрицательных температурах.

Введение кальция в количестве 20

0,002-0,018 мас.4 уменьшает брак по пористости, измельчает и стабилизирует структуру, очищает границы зерен от неметаллических включений,,улучшает фактор формы графита, что обеспечивает существенное повышение ударной вязкости, стабилизации твердости, ударно-усталостной долговечности и служебных свойств при отрицательных температурах. При содержа3 нии кальция до 0,002 мас.3 модифицирующее и стабилизирующее влияние проявляется слабо, износостойкость при отрицательных температурах и эксплуатационная стойкость недостаточны, а при повышении концентрации

35 кальция более 0,02 мас, увеличивается количество неметаллических включений, снижается плотность и стабильность твердости в отливках шкивов, что снижает эксплуатационную стойкость чугуна при отрицательных температурах.

Алюминий поддерживает удароустойчивость, антифрикционные и пластические свойства на высоких уровнях, способствует повышению стабильности служебных свойств литых изделий при отрицательных температурах. При концентрации алюминия до 0,002 мас.4 анти50 фрикционные и служебные свойства недостаточны, а при увеличении концентрации более 0,15 мас.4 увеличивается пористость, снижаются эксплуатационные свойства и износостойкость при отрицательных температурах.

Содержание основных компонентов (углерод 2,6-3,2 мас.4, кремний 1,62,0 мас.",, и марганец 0,1-0,4 мас.ь) принято на основании практики производства антифрикционных чугунов с повышенной сопротивляемостью к задирами, износостойкостью и эксплуата-. ционными свойствами при отрицательных температурах, Магний является упрочняющей микродобавкой и эффективным поверхностноактивным модификатором, способствующим повышению антифрикционных и эксплуатационных свойств при отрицательных температурах. При концентрации его до 0,003 мас.4 повышение износостойкости, эксплуатационных и антиФрикционных свойств недостаточно, а при концентрации магния более

0,016 мас.l повышается концентрация неметаллических включений и снижаются характеристики антифрикционных свойств, ударно-усталостной долговечности и эксплуатационной стойкости при отрицательных температурах.

Пример. Плавки антифрикционных чугунов проводили дуплекс-про.цессом: вагранка - дуговая электрическая печь. с перегревом до 1470

1480 С, в качестве шихтовых материалов использовали литые и передельные чугуны, чугунный и стальной лом, нитриды иттрия, металлическую сурьму, ферроцерий, силикокальций, алюминий

АЛ91 и лигатуру )ХКМК-5. Модифициро-. вание чугуна смесью из силикокальция, нитридов иттрия, металлической сурьмы, ферроцерия, алюминия и лигатуры

)l(KCt(-5 производили при 1420-1440 С.

Разливку чугуна в литейные формы осуществляли при 1350-1400 С.

В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок.

Усвоение микролегирующих и модифицирующих добавок составило, 4: нитриды иттрия 84; церий 73; сурьма 74, кальций 68, магний 47, Определение содержания компонентов в чугуне проводят методами дифференцированного химического анализа. I

В табл. 2 приведены механические и эксплуатационные свойства чугунов опытных плавок, полученные по стандартным методикам на образцах и технологических пробах.

Как видно из табл. 2, дополнительный ввод в состав чугуна нитридов иттрия и сурьмы позволяет повысить Ь в 1,15-1,20 раза,усталостную прочность в 1,15-1,49 раза и ударно69 6 тельно содержит нитриды иттрия и сурьму при следующем соотношении компонентов, мас.Ф:

Углерод . Кремний

Марганец

Алюминий

Церий

Кальций

Магний

Нитриды иттрия

Сурьма

Железо

Табли ца 1 с

Составы чугуна

Содержание компонентов, мас.3

Алюми- Нитриды ний иттрия

Угле- Крем- ) Маррод ний ганец

Церий Каль- Иагний Железо ций

Сурьма

Известный

0,06 0,06 0,02 Осталь.ное

3,1 2,3 0,9

1,07

Предложенный

2

0,0020 0,002 0,003 То же

0,010 0,008 0,01 о,05 о,о18 o,016 -"2,6 1,6 0,1 0,01 0,002 0,04

3,0 1,8 0,3 0,06 0,05 0,07

3,2 2,0 0,4 0,08 0,15 0,12

Известный чугун содержит медь 0,7 мас.ь.

Таблица 2

Чугун

Показатели

Известный

1 } 2 3

550 634 664 670

)88

332

233

396

275

418

268

252.320

202

935 1060 » Z0 1260

672 740 795 820

265 380 405 420

1710

1930

»80

920

3537

1870

4,5

4,1

2,3

3,7

158!7 усталостную долговечность в 1,101,22 раза.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, алюминий, церий, кальций, магний и железо, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения предела прочности.при растяжении, а также усталостной прочности ударноусталостной договечности, при температурах от -10 до -50 С он дополниВременное сопротивление при растяжении, МПа

Усталостная прочность, МПа: при "10 С

-30 С . .-50 С

Ударно-усталостная долговечность, цикл при -10 С

-30 Ñ

-50 С

Эксплуатационная стойкость в условиях износа, ч при -10 С

-ЗО С

-50 С

Относительная износостойкость (эталон дЧС-5) 2,6-3,2

1,6- 2,0

0,1-0,4

0,002-0,15

0,002-0,05

0,002-0,018

0,003-0,016

0,04-0,12

0,01-0,08

Остальное