Высокопрочный чугун

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам микролегированных высокопрочных чугунов. используемых для массивных литых деталей с повышеннымихарактеристиками контактно-усталостной долговечности. Цель изобретения - повышение прочностных свойств и стабильности контактно-усталостной долговечности. Высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, хром, церий и железо, дополнительно содержит молибден, никель, нитриды ванадия и магний при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2,4-3.2; кремний 1.3-1.7; марганец 0.2-0,4; медь 0.6-1.0: молибден 0.2-0.7; никель 0.7-1,2; нитриды ванадия 0.11-0,23; церий 0,02-0.07; хром 0.02-0.06; магний 0.07-0,11 и железо остальное. 2 табл.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ (Л

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4802153/02 (22) 18.01.90 (46) 15.02 92. Бюл,ЬЬ 6 (72) МЯ. Карпенко и С.M. Бадюкова (533 669 15-196 (088.8) (56) Патент ГДР N 158113, кл. С 22 С 37/04, 1982.

Авторское свидетельство СССР

t4 985123, кл. С 22 С 37/10, 1981. (54) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к составам микролегированных высокопрочных чугунов, используемых для массивных литых деталей с повышенными

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам микролегированных высокопрочных чугунов, используемых для, массивных литых деталей с повышенными характеристиками контактно-усталостной долговечности.

Известен высокопрочный чугун, содержащий, мас.j L:

Углерод 2,8-4,2

Кремний 1,5-4,3

Марганец „до0,8Фосфор до 0,2

Сера до 0,008

Магний . 0,005-0,05

Кальцйй 0,025-0,07 Титан Следы

Железо Остальное

Известный чугун имеет неоднородную крупнозернистую структуру в литых изделиях и недостаточные механические и техно- логические свойства.

Известен высакопрочный чугун следующего химического состава, мас. $:

„„5U„„1712448 А1 характеристиками контактно-усталостной долговечности, Цель изобретения — повышение прочностных свойств и стабильности контактно-усталостной долговечности. Высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, хром, церий и железо, дополнительно содержит молибден, никель, нитриды ванадия и магний при следующем соотношении компонентов, мас. : углерод 2,4-3,2; кремний 1,3- !,7; марганец

0,2-0,4; медь 0,6 — 1,0; молибден 0,2 — 0,7; никель 0,7 — 1,2; нитриды ванадия 0,11 — 0,23; церий 0,02-0,07; хром 0,02-0,06; магний

0,07 — 0,11 и железо остальное. 2 табл.

Углерод 3,3-3,5

Кремний 2,2-2,5

Марганец 0,3-0,5

Никель 1,7 — 2,0

Вольфрам 0,8-1,0

Магний 0,04 — 0,06 зюе ь

Фосфор 0,05 — 0,07

Сера 0,008-0,015

Железо Остальное

Этот чугун обладает низкими упругопластическими и технологическими свойствами в массивных отливках, а отливки из него подрергают термической обработке с отпу- CO ском при 300 С для снятия внутренних на- пряжений.

Наиболее близким к предлагаемому яв- д ляется высокопрочный чугун, содержащий, мас,g:

Углерод 2.4-2,g

Кремний 0,6-0,85

Марганец 0,3-0,6

Медь 0,4-1,0

Церий 0,001 — 0,1

Железо Остальное

1712448

Чугун в качестве примесей может содержать, мас.7: сера до 0,12; хром до 0,06; фосфор до 0,12.

Чугун обладает следующими механическими и технологическими свойствами: 5

Предел прочности при растяжении, Н/мм 570-600

Относительное удлинение 4 5-6

Ударная вязкость, МДж/м 0,6-1,0

Твердость в отливках с 10 толщиной стенок 180 мм, НВ 111-155

Твердость в образцах сечением 60 мм, НВ 191-197

Контактно-усталостная долговечность, тыс, циклов 160-220 15

Предел выносливости при кручении, МПа 160-240 ..

Недостатками известного высокопрочного чугуна являются повышенное содержание примесей, снижающих стабильность 20

-предела выносливости при кручении и контактно-усталост ной долговечности, Цель изобретения — повышение предела выносливости при кручении и стабильности контактно-усталостной долговечности, 25

Поставленная цель достигается тем, что высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, хром, церий и железо, дополнительно содержит молибден, никель, нитриды ванадия и магний при сле- 30 дующем соотношении компонентов, мас. :

Углерод . 2.4-3,2

Кремний 1,3-1,7

Марганец 0,2-0,4

Медь 8,6-1,0 35

Молибден 0,2-0,7

Никель 0,7-1,2

Нитриды ванадия, 0,11-0,23

Церии 0,02-0,07

Хром 0,02-0,06

Магний 0,07-0,11

Железо Остальное

Дополнительное введение молибдена обусловлено его микролегирующим влиянием на структуру чугуна, способствующим 45 повышению дисперсности структуры, снижению склонности к образованию горячих трещин и повышению механических свойств. При концентрации молибдена до

0,2 мас. микролегирующий эффект и меха- 50 нические свойства чугуна недостаточны, а при увеличении концентрации его более 0,7 мас.;5 -ухудшается пластичность и предел выносливости, увеличивается склонность к трещинам. 55

Церий оказывает раскисляющее и сферои@изирующее действие на высакопрочный чугун, способствует повышению технологических и механических свойств, „ поэтому его содержание в чугуне повышено до 0,02-0,07 мас. Нижний предел концентрации церия (0,02 мас. ) обусловлен недостаточной раскисляющей и сфероидизирующей способностью его при более низких концентрациях, что приводит к снижению предела выносливости при кручении, трещиностойкости и пластичности, При увеличении содержания церия более 0,07 мас. повышается его угар, увеличивается концентрация неметаллических включений и повышается склонность к образованию горячих трещин, что снижает контактно-усталостную долговечность.

При содержании нитридов ванадия до

0,11 мас. твердость и износостойкость при коррозионно-механическом изнашивании и стабильность контактно-усталостной долговечности повышаются незначительно, а при увеличении их концентрации более

0,23 мас. снижаются технологические свойства и предел выносливости при кручении и увеличивается брак по несоответст- вию структуры и твердости чугуна в отливках.

Молибден (0,2-0,7 мас. ), никель (0,71,2 мас, ) и медь (0,6-1;0 мас. ) в предложенном высокопрочном чугуне являются основными легирующими компонентами, обеспечивающими прочностные свойства, повышение предела выносливости при кручении и стабильности контактно-усталостной долговечности. При содержании этих компонентов менее нижних пределов механические и служебные характеристики недостаточны, а при повышении кон центрации более верхних пределов. усиливаются неоднородность структуры и ликвационные свойства и снижаются предел выносливости при кручении, пластические свойства и стабильность контактно-усталостной долговечности.

Пример, Проведены опытные плавки высокопрочных чугунов известного и предложенного составов (табл. 1).

Плавки чугунов доэвтектического состава проводят дуплекс-процессом вагранка— дуговая электрическая печь. В качестве ма. териалов используют, передельный коксовый1 чугун, стальной лом,"нйкель НПЗ. ферромолибден, медь, нитриды ванадия, ферромарганец. При выпуске чугуна из вагранки температура металла составляла 14001420 С. Перегрев расплава s дуговой электропечи 1450-1500 С.

Присадку ферромолибдена и полуфабрикатного никеля НПЗ проводят в электропечи, а нитриды ванадия, ферроцерий и магниевую лигатуру вводят в раздаточный ковш при 1430-1470 С. Из модифицированного чугуна отливают технологические про1712448

Таблица) Содержание компонентов, мас.г

Угле- Крем- Иарга- Медь Иолиб- Никель Церий Хром род ний 1 нец ден

Чугун

Иа гний Нитриды велезо ванадия) вестный)

Э

5

0,07 0,1 а,ог о,oz

0,05 0,04 о,о7 0,06

O,Î1 О,01

0,о8 о,»

Остальное

То же, 0,В 0,6

1 3 0,2

1,5 0 3

1,7 а,4

0,9 0,1 1,9 0,5

0,95

0,6, 0,2

1,о 07

0,4 0,1 аг 09

z,7

z,4

217

Э,г

21

3,4

0,07

-0,09 а,11

0,05

0,1Z

1 о,7

0,9

1,г

0,5

1,4

0,» а,18

o,z3

0,06

0,27 и

l1

lВ

ll таблица2 т

Чугун

Эксплуатационная стойкость в условиях термоциклических нагрузок, тыс.циклов

Иодуль упругости, Hfla

Контактноусталост" ная долговечность, тыс.цнклов

Ударная . вяэ кость, джlсмв

Предел выносливости при растяжении, ИПа

Предел прочности при растяжении, МПа вестный)

12,6

13,8 .14,2

14> 1

12,7

13 3

159600

76

ВЭ

В7

79

81.

217

302

331

223

292

236

291

241

271

79о

680

Составитель С.Деркачева

Редактор Л.Пчолинская Техред M.Моргентал Корректор С,Шевкун

Заказ- 512 Тираж Подписное

ВНИИПИ, Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 бы, образцы и отливки для механических и технологических испытаний. Отливки и образцы перед испытанием подвергают аустенизации при 1000220 С в течение 1,2 ч и изотермической закалке при 390-420 С. 5

Анализ структуры чугунов. производят по

ГОСТ 3443-87, а механические испытания— по ГОСТ 9456-78, ГОСТ 1497-73 и ГОСТ

23.210-80, В табл. 2 приведены механические и 10 эксплуатационные свойства высокопрочных чугунов опытных плавок.

Как видно из табл, 2, предложенный высокопрочный чугун обеспечивает более высокие характеристики предела выносливости 15 при кручении и других механических свойств и стабильности контактно-усталостной дол. говечности.

Формула изобретения

Высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, хром, церий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных свойств и стабильности контактно-усталостной долговечности, он дополнительно содержит молибден, никель, нитриды ванадия и магний при следующем соотношении компонентов, мас,f:

Углерод

Кремний

Марганец

Медь

Хром

Церий

Молибден

Никель

Нитриды ванадия

M8f ний

Железо