SU1395687A1 - Чугун - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии и может быть использовано при производстве отливок, работающих в услови х повтор ющихс  ударных нагрузок и абразивного износа. Цель изобретени  - повышение ударно-усталостной долговечности, снижение склонности к образованию гор чю трещин и улучшение износостойкости. Новый чугун содержит компоненты в следующем соотношении, масо%: С 2,8- 3,2; Si 0,8-1,2; Мп 0,3-1,0; Сг 10- 15; Ni 0,3-1,0; Ti 0,05-0,1; Се 0,005-0,1; N 0,01-0,02 V 0,2-0 -i; За 0,05-0,10; Fe - остальное,, Дополнительный ввод в состав чугуна V и Ва повысил ударно-усталостную долговечность в 1,16-1,44 раза, снизил склонность к трещинообразованию в 1,18-1,43 раза и улучшил износостойкость в 1,33-2,03 2 табл. S (Л

Description

со со

ел

оь

00

vj

Изобретение относитс  к метсчллур- гии, в частности к разработке состава чугуна дл  отливок, рлботаюших В услови х повышенных ударно-циклических нагрузок и .абразивного износа

Цель изобретени  - повьгшение ударно-устзлостной долговечности, рнижение склонности к образованию го- Ь чих трещин и улучшение износостой ОСТИо

i Нижние пределы углерода и крем- и  (2,8 и 0,8 мас„%) соответственно выбраны исход  из технологичности сплава - обеспечени  достаточной жид- котекучести сплава (как правило сплав идет на изготовление тонкостенного лить  - дробеметные лопатки, бронеплиты трубных мельниц и ТоД толщина стенок которых не превьппает 5-10 мм и поэтому обеспечение хорошей |жидкотекучести  вл етс  важным факто- IpoM получени  качественного лить  IВерхние пределы (3,2 и 1,2 маСс,%) Гсоответственно выбраны исход  из необходимости обеспечени  требуемой стойкости и износостойкости, вследствие образовани  при превыгаении верхнего предела хрупких сложных эвтектических карбидов и менее термостойкого карбида типа Me, Со

Марганец - карбидостабилизирующий элементS упрочн ющий сплав. При этом он не образует собственные карбиды, в св зи с чем содержание марганца ограничено в пределах 0,3-1,0 маСо% При содержании марганца ниже нижнего предела образовавшийс  при кристаллизации аустенит в случае быстрого охлаждени , что имеет место при изготовлении тонкостенных отливок, частично распадаетс  на перлит и мартенсит о Наличие перлита в структуре чугуна ведет к резкому повышению износа деталей о Присадка марганца вьше верхнего предела не приводит к существенному упрочнению

Содержание хрома в пределах 10 - 15 масо% обеспечивает кристаллизацию сплава по метастабильной диаграмме Хром и ва надий - сильные карбидо образующие элементы, причем их собственные карбиды обладают значительно большей микротвердостью, чем карбиды железа и оказывают значительное вли ние на твердость и износостойкость чугуново

Нижний предел по содержанию хрома (10 масо%) гарантирует требуемую

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

мик рос тру к туру сип .-в   (до с т а точное ко;1ичество и расиреде1К .ние кпрбидов, дл  обеспечени  и посостойкости). Выше верхнего предела (15,маСп%) ухудшаетс  форма и происходит укруп- HeHvie карбидов, что обуславливает снижение износостойкости и служебных свойств сплава о

Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна ванади  в количествах 0,2-0,6 мас,% приводит к образованию карбидов и карбонитридов, которые равномерно расположены в металлической матрице сплава. Карбиды и карбо- нитриды ванади  характеризуютс  высокой дисперсностью (5-10 мкм) и микротвердостью (Н, 9000-10000 Ша). что способствует повышен1Г о износостойкости сплава Вместе с тем ввод в состав чугуна ванади  улучшает его теплофизические свойства Это св зано с тем, что при кристаллизации повышаетс  дисперсность продуктов распада аустенита, увеличиваетс  количество карбидной фазы, что оказьгоает положительное вли ние на улучшение теплопроводности Склонность к образованию гор чих трещин снижаетс  о

Никель - сильный упрочн ющий элемент „ Нижний предел О , 3 масо% обеспечивает достаточное упрочнение металлической матрицы При верхнем пределе 1,0 масо% в сочетании с суммарным, содержанием ванади , титана, марганца и хрома обеспечиваетс  максималь- ньй упрочн ющий эффект.

Церий и титан - сильные рафинирующие элементы, способствуют св зыванию Oj, S и Р в неметаллические включени  и измен ют топографию их расположени , вытесн   с границ зерен и перевод т непосредственно внутрь зерна При этом значительно повышаютс  силы молекул рно-механического сцеплени  с Ударно-усталостна  долговечность повышаетс  вследствие отсутстви  неметаллических включений, преп тствующих движению дислокаций о Нар ду с этим церий и титан способствуют измельчению и улучшению формы карбидных включений и равномерному их распределению в матрице, что также иовътает стойкость чугуна в услови х ударно-абразивного износа. Нижние пределы 0,005 и 0,05 мас„% соответственно - минимальна  добавка, при которых ощущаетс  irx положительное

.J

вли гшвз Верхние пределы (0,1 0,1 маСо%) установлены исход  из принципа экономичностио Вьппе верхних пределов эффект прироста УУД и износостойкости незначительный о

Азот - элемент, образующий прочные соединени  с титаном, ванадием, такие как нитриды и карбонитриды, равномерно располага сь в матрице, они способствуют увеличению общей твердости чугуна и особенно износостойкости . Нижний предел его содержани  0,01 масо% обеспечивает достаточное количество нитридов и карбо- нитридов дл  повьппени  износостойко& ти сплава. Верхний предел(0,02 мае„%) установлен исход  из ограниченной растворимости азота в жидких железоуглеродистых сплавах. Барий частично рафинирует чугун от примесей. Основное назначение бари  в составе износостойкого чугуна - снижение различи в коэффициентах теплового расщирени  фаз при кристаллизации и затвердевании чугуна, повьш1ение его теплопроводности . Установленные пределы содержани  бари  в чугуне (0,05-0,10 мае,% обеспечивают снижение образовани  гор чих трещино

П р и м е РО Плавка исходного раслава чугуна осуществл етс  в индукционной тигельной печи емкостью 50 к с кислой футеровкой тигл  После перегрева расплава до 1450°С осуществл лась доводка химического состава по основным и легирующим элементам В качестве ферросплавов использовались: азотированный феррохром ФХ АООН, ГОСТ 4757-67 (Сг 68%, N 5%), ферромарганец ФМп 0,5, ГОСТ 4755-70 (Мп 85%); ферротитан Ти 1, ГОСТ 4761-67 (Ti 30%); феррованадий Вд 1, ГОСТ 4760-49 (V 40%); электролитический никель, цериевьй мишметагш МЦ-40, ЦМТУ-05-20-67 (Се 36%); барий в виде ферросилици  с барием ФС 65 Ба7, ТУ 14-5-160- 84 (Ва 8%)о Усвоение элементов из ферросплавов,%: Сг 65-75; N 65-75; Мп 85-90; V 70, Ti 60-70,.. Усвоение Ni 85-90%, Се 60-70% , Ва 70-80%, Дл  сравнительных испытаний известного и предложенного чугунов на ударно-усталостную долговечность использовали специальную установку, реализующую односторонний изгиб ударного образца без надреза сосредоточенным ударом в центре с частотой 400 уда 5687 ,

ров в минуту;, Образцы д.п  испытаний на ударную усталость имели форму с размерами 10-10-55 м, Испытани  проводили при посто нной нагрузке 0,3 кГо За критерий УУД принималось количество циклов нагружени  до раз0

0

рушени  образца N, Склонность чугуна к образованию гор чих трещин определ лась с помощью прибора конструкции ЦНИИТМАШ с усоверщенствованной электрической схемой Принцип действи  этого прибора основан на преобразовании усилий деформации пружины, 5 тормоз щей линейную усадку залитого образца при его охлаждении, в пропор- циональные изменени  разности потенциалов о

Данна  методика позвол ет получать качественные зависимости склонности сплава к образованию гор чих трещин от различных металлургических факторов в виде усили  Р, вызывающего образование гор чих трещин в термическом 5 узле образца. Исследовани  проводились на образце длиной 500 мм и диаметром 16 мм, переход щего в термический узел диаметром 50 мм

Износостойкость оценивали весовым методом Образец диаметром 10 мм перемещалс  по поверхности абразив лого материала. Дисперсность-корунда, который служил в качестве абразивного материала, составл ла 250-320 мкм. Нагрузка на образец 1,5 кГо Путь образца по поверхности составл л 50 м Скорость движени  0,8 м/с

В табл,1 приведены химические сое- тавы предложенного и известного чугунов , в табло2 - результаты испыта0

5

0

5

0

5

НИИ о

Как следует из табл, дополнительный ввод в состав предложенного чугуна V и Ва обеспечивает по сравнению с известным повьшение ударно-усталостной долговечности в 1,16-1,44 раза, снижает, склонность к образованию гор чих трещин в 1,18-1,43 раза и улучшает износостойкость в 1,33- 2,03 раза.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Чугун, содержащий углерод, кремний , марганец, хром, никель, титан, . церий, азот и железо, отличающийс  тем, что, с целью Повышени  ударно-усталостной долговечности.

   . 51395687

   снижени  склонности к образованию гор чих трещин и улучшени  износостойкости , он дополйительно содержит ванадий и барий при следующем соотношении компонентов, масД:

   Углерод 2,8-3,2

   Кремний 0,8-1,2

   Марганец 0,3-1,0

   10

   Средний2,81,84,37.1,80.3 0,150,25 0,25

   Жом й2 80,80,3100,30,05 0,010,005 Средний3 ,01,00,6120,60,070,0150,005 Верший3 ,21,21,0151,00,1 0,020,1

   Известный

   Средний

   105

   Примечание Испытани  проводились на образцах, подвергнутых

   закалке с последующим охлаждением в струе воздуха. Температура аустенизации 920±10 Со

   T sb T V Гв5 Г

   Fe

   Остальное

   102

   2,18

   1,2