SU1686025A1

SU1686025A1 - Фосфористый чугун

Info

Publication number: SU1686025A1
Application number: SU894787108A
Authority: SU
Inventors: Борис Константинович Святкин; Михаил Иванович Карпенко; Марина Борисовна Егорова; Светлана Михайловна Бадюкова; Александр Маркович Цейтлин
Original assignee: Всесоюзный Заочный Политехнический Институт
Priority date: 1989-12-25
Filing date: 1989-12-25
Publication date: 1991-10-23

Abstract

Фосфористый изностойкий чугун относитс к металлургии С целью повышени контактно-усталостной долговечности и износостойкости он дополнительно содержит ниобий, хром и азот при следующем соотношении , компонентов, мас,%: углерод 3,3 - 4,3; кремний 2,2 - 3,1; марганец 0,5 - 1,5; титан 0,03 - 0,4; алюминий 0,05 - 0,7; медь 0,05 - 0,7; фосфор 0,2 - 1,2; кальций 0,01 - 0.5; РЗМ 0,02 - 0,06, ниобий 0,0 4- 0,8; хром 0,05 - 0.38; азот 0,05 - 0,3 и железо - остальное . Хрупка прочность чугуна после ста теплосмен с нагревом до 900&deg;С составл ет 630 - 645 МПа; износостойкость 0,21 - 0,36 мг; контактно-усталостна долговечность 732 - 795 МПа; сопротивление образованию сетки разгара 131 - 161 цикл и ударна в зкость 65 - 85 Дж/см2. 2 табл.

Description

v

ё

Изобретение относитс к металлургии, в частности к разработке составов износостойкого фосфористого чугуна дл литых из- делий, работающих в услови х сухого трени и ударных нагрузок.

Цель изобретени - повышение контактно-усталостной долговечности и износостойкости .

Выбор граничных пределов содержани компонентов в составе предложенного чугуна обусловлен следующими факторами.

Углерод и кремний вл ютс основными элементами, определ ющими структуру и комплекс свойств чугуна различного назначени , в том числе и дл работы в услови х высоких контактных нагрузок и интенсивного износа. При концентрации углерода 3,3 - 4,3 мас.% и кремни 2,2 - 3,1 мас.% создаютс наиболее благопри тные услови дл формировани аустенитно-бей- нитной структуры, наиболее благопри тной

дл обеспечени высокой контактной выносливости и упругопластических свойств. При концентрации углерода до 3,3 мас.% и кремни до 2,2 мас.% увеличиваетс содержание цементита и снижаетс содержание бейнита, уменьшаетс склонность чугуна к бейнитовому превращению, падает в зкость , снижаютс хрупка прочность и контактна выносливость. При увеличении концентрации углерода больше 4,3 мас.% и кремни сверх 3,1 мае % снижаютс твердость , хрупка прочность, износостойкость и контактна выносливость.

Дополнительное введение ниоби повышает твердость и термическую стойкость, измельчает структуру легированной матрицы , что повышает хрупкую прочность и контактную выносливость чугуна. При содержании ниоби до 0,04 мас.% повышение этих характеристик недостаточное, а при увеличении концентрации ниоби сверх

о

00

о, о

ю ел

0,8 мас.% удлин етс продолжительность изотермической выдержки при термообработке чугуна, повышаетс концентраци аустенита, снижаетс содержание бейнита, что приводит к уменьшению хрупкой прочности и упругопластических свойств.

Введение хрома обеспечивает получение высоких прочностных характеристик, повышение фрикционной износостойкости и контактной выносливости при одновременном измельчении структуры металлической матрицы. При содержании хрома до 0,05 мас.% повышение этих характеристик чугуна недостаточное, а соответственно увеличение содержани хрома сверх 0,38 ведет к резкому увеличению в матрице цементита , ухудшению износостойких характеристик и увеличению продолжительности термической обработки дл графитизации св занного углерода.

Микролегирование чугуна азотом обусловлено измельчением аустенитно-бейнит- ной структуры, повышением ее стабильности, что способствует увеличению механических свойств и контактной выносливости . Его вли ние начинает сказыватьс с концентрации 0,05 мас.%, а при увеличении содержани более0,3 мас.% повышаетс концентраци неметаллических включений по границам зерен, снижаютс контактно-усталостна долговечность, упруго-пластические свойства и хрупка прочность чугуна.

Введение РЭМ обусловлено его высокой модифицирующей способностью при сохранении термической стойкости и фрикционных свойств и повышении прочности, контактной выносливости и пластических свойств чугуна. Концентраци РЭМ в чугуне до 0,002 мас.% недостаточна дл модифицирующей и сфероидиэирующей его способности . При увеличении его содержани сверх 0,006 мас.% повышаетс концентраци неметаллических включений в чугуне, укрупн ютс графитовые выделени , снижаютс хрупка прочность и эксплуатационна стойкость литых чугунных деталей.

Концентраци легирующих компонентов (фосфор 0,2 - 1,2 мас.%, алюмини , 0,05 - 0,7 мае. %, медь 0,05 - 0,7 мае. %, марганец 0,5 - 1,5 мас.%, титан 0,03 - 0,4 мас.%) обеспечивает получение высоких прочностных характеристик, повышенной фрикционной износостойкости и контактной выносливости. При увеличении их концентрации выше верхних пределов повышаетс содержание в структуре аустенита, что снижает- упругопластические свойства и хрупкую прочность, а снижение концентрации ниже нижних пределов твердость, прочность и контактна выносливость чугуна недостаточны , существенно снижаетс и износостойкость .

Пример. Опытные плавки чугуна

провод т дуплекс-процессом вагранка электропечь . В вагранке выплавл ют высокоуглеродистый чугун с температурой на желобе 1380 - 1400°С, использу литейный и передельный чугуны, чугунный лом, возврат

собственного производства, известн к и плавиковый шпат. Далее расплав перегревают в электропечи до 1480 - 1490°С и осуществл ют процессы легировани и доводки его химического состава по содержанию компонентов до заданного. В качестве легирующих компонентов используют феррониобий ФН650 (ГОСТ 16773 - 86), содержащий 3-8 мас.% алюмини , 0,4-0,5 мас.% фосфора и 0,8 - 1,0 мас.% меди; ферромарганец азотированный фосфористый ФМн55ФН (ТУ 14 - 5 - 5 - 81) и феррохром ФХ25ОН (ЧМ ТУ 5 - 3 - 80). Модифицирование чугуна провод т в ковше присадкой си- ликокальци СК - 30, ферроцери и

ферротитана.

В табл.1 приведены химические составы чугунов опытных плавок.

Заливку расплава чугуна при 1380 - ,1400°С производ т в песчано-глинистые

формы по сырому.

Образцы дл механических испытаний и отливки подвергают термической обработке с использование изотермической выдержки при 370 - 410°С. Статические и

повторно-статические испытани провод т на машине У ЮМ. Ударную в зкость определ ют на образцах типа 8 по ГОСТ 9454 - 78, а хрупкую прочность - после 100 циклов теплосмен с нагревом до 900°С. Усталостные испытани провод т на машине УРМ - 2000 при частоте нагружени 40 Гц.

В табл.2 приведены результаты механических и технологических испытаний известного и предложенного чугунов.

Как видно из табл.2, предложенный чугун обладает более высокими характеристиками износостойкости, хрупкой прочности, контактной выносливостью и прочностными свойствами по сравнению с известным фосфористым чугуном. Экономический эффект от внедрени изобретени в народное хоз йство дл использовани чугуна в литых детал х, имеющих быстрый износ (технологическа литейна оснастка, детали различных машин), составит 96000 руб в год, благодар дополнительному вводу Mb, Cr и N в его состав предлагаемый чугун обладает по сравнению с известным повышенной в 1,05 - 1,1 раза контактно-усталостной долговечностью и улучшенной в 1,62 - 1,86 раза износостойкостью.

Claims

Формула изобретени Фосфористый чугун, содержащий углерод , кремний, марганец, титан, алюминий, медь, фосфор, кальций, редкоземельные элементы и железо, отличающийс тем, что, с целью повышени контактно-усталостной долговечности и изностойкости, он дополнительно содержит ниобий, хром и азот при следующем соотношении компонентов , мас.%:

Углерод3,3 - 4,3

Кремний2,2-3,1

0

3

Марганец

Титан

Алюминий

Медь

Фосфор

Кальций

Редкоземельные

элементы

Ниобий

Хром

Азот

Железо

0.5- 1.5 0.03 - 0,4 0,05 - 0,7 0,05 - 0.7 0,2- 1,2 0,01 -0.5

0,002 - 0,006 0,04 - 0,8 0,05 - 0,38 0,05 - 0,3 Остальное

Таблица 1

Таблица 2