SU1749294A1

SU1749294A1 - High strength cast iron

Info

Publication number: SU1749294A1
Application number: SU904872059A
Authority: SU
Inventors: Рем Николаевич Адамович; Михаил Иванович Карпенко; Владимир Ильич Левиков; Татьяна Ивановна Соленова; Николай Андреевич Гулевич; Светлана Михайловна Бадюкова
Original assignee: Производственное Объединение "Гомсельмаш"
Priority date: 1990-10-08
Filing date: 1990-10-08
Publication date: 1992-07-23

Description

Дополнительное введение сурьмы обусловлено тем, что она обладает эффектом измельчени и инвертировани структуры, оказывает микролегирующее воздействие, повышает стабильность структуры в услови х тепловых ударов и ее термическую и эксплуатационную стойкость, что обеспечивает существенное повышение сопротивл емости высокопрочного чугуна термическим ударам. При повышении концентрации ее более 0.06 мас.% увеличиваетс число де- ффектов кристаллической решетки, металлической основы, неметаллических включений по границам зерен, ухудшаетс фактор формы графитных включений, повышаютс термические напр жени , что снижает технологическую пластичность, трещиностойкость и сопротивл емость термическим ударам. Нижний предел концентрации сурьмы (0,02 мас.%) обусловлен ее недостаточным микролегирующим вли нием на структуру и низкими эксплуатацион- ными свойствами чугуна в услови х термических ударов и истирани ,Additional introduction of antimony is due to the fact that it has the effect of grinding and inverting the structure, has a micro-effect, increases the stability of the structure under thermal shock conditions and its thermal and operational stability, which provides a significant increase in the resistance of high-strength cast iron to thermal shock. With an increase in its concentration of more than 0.06 wt.%, The number of lattice defects, metal base, non-metallic inclusions at grain boundaries increases, the shape factor of graphite inclusions worsens, thermal stresses increase, which reduces technological plasticity, crack resistance and resistance to thermal shock. The lower limit of the concentration of antimony (0.02 wt.%) Is due to its insufficient microalloying effect on the structure and the low operating properties of cast iron under the conditions of thermal shock and abrasion,

Дополнительное введение бора обусловлено его модифицирующими свойствами , улучшением морфологии структуры, повышением упругопластичееких свойств, термической стойкости, что способствует увеличению сопротивл емости чугуна тепловым ударам. При концентрации бора до 0,002 мас.% модифицирующий эффект и повышение сопротивл емости тепловым ударам недостаточны, а при концентрации более 0,005 мас.% увеличиваетс количество неметаллических включений по границам зерен, снижаютс упруго-пластические свойства, сопротивл емость термическим ударам и эксплуатационные свойства.Additional introduction of boron is due to its modifying properties, improving the morphology of the structure, increasing the elastic-plastic properties, thermal stability, which contributes to an increase in the resistance of the pig iron to thermal shocks. When the boron concentration is up to 0.002 wt.%, The modifying effect and the increase in resistance to thermal shocks are insufficient, and at a concentration of more than 0.005 wt.%, The number of non-metallic inclusions at the grain boundaries increases, the elastic-plastic properties, resistance to thermal shocks and operational properties decrease.

Титан повышает стабильность структуры , способствует измельчению и упрочнению матрицы, очищает границы зерен, снижает загр зненность чугуна неметаллическими включени ми, служит микролегирующей добавкой, повышает однородность структуры, термическую стойкость, эксплуатационные и пластические свойства. При концентрации его до 0,02 мас.% микролегирующий эффект недостаточен, а при повышении его содержани более 0.07 мас.% увеличиваютс содержание неметаллических включений и неоднородность структуры , снижаютс технологическа пластичность , динамическа прочность и эксплуатационные свойства при работе в услови х теллосмвн.Titanium increases the stability of the structure, contributes to the grinding and hardening of the matrix, cleans the grain boundaries, reduces the contamination of cast iron with nonmetallic inclusions, serves as a microalloying additive, improves the uniformity of the structure, thermal stability, performance and plastic properties. At a concentration of up to 0.02 wt.%, The micro-doping effect is insufficient, and with an increase in its content of more than 0.07 wt.%, The content of nonmetallic inclusions and heterogeneity of the structure increase, the technological plasticity, dynamic strength, and operational properties decrease under the conditions of tel.

Азот ® количестве 0.04-0.11 мас.% измельчает структуру, образу нитриды, служащие дополнительными центрами графитмэации, способствует повышениюNitrogen ® amount of 0.04-0.11 wt.% Crushes the structure, forming nitrides, which serve as additional centers of graphitmeation, contributes to

сопротивл емости задиру, износостойкости , трещиностойкости, технологических и эксплуатационных свойств. При концентрации азота до 0,04 мас.% его вли ние наresistance to tearing, wear resistance, crack resistance, technological and operational properties. When the nitrogen concentration is up to 0.04 wt.%, Its effect on

дисперсность структуры, пластичность, технологические и эксплуатационные свойства недостаточно, а при увеличении его концентрации более 0,11 мас.% повышаетс содержание неметаллических включений поdispersion of structure, plasticity, technological and operational properties are not enough, and with an increase in its concentration of more than 0.11 wt.%, the content of non-metallic inclusions increases by

0 границам зерен, что снижает трещиностойкость , стабильность структуры, технологические и эксплуатационные свойства.0 grain boundaries, which reduces the crack resistance, structural stability, technological and operational properties.

Висмут введен в качестве отбеливающего компонента в количестве 0,002-0,004Bismuth is introduced as a bleaching component in the amount of 0.002-0.004

5 мас.%, измельчающего структуру литого и отожженного металла, увеличивающего стабильность механических свойств и способствующего повышению выносливости и ударно-усталостной прочности в услови х5 wt.%, Crushing the structure of the cast and annealed metal, increasing the stability of mechanical properties and contributing to an increase in endurance and impact-fatigue strength under conditions

0 знакопеременных нагрузок и пластических свойств. Нижн концентраци висмута прин та за содержани (0,002 мас.%), при котором исключаетс образование в литом металле свободного графита, а верхний пре5 дел концентрации ограничен содержанием 0,004 мас.%, выше которого увеличиваютс загр зненность границ зерен и хрупкость чугуна, существенно удлин етс цикл отжига и снижаютс пластичность, динамическа 0 alternating loads and plastic properties. The lower concentration of bismuth is taken as the content (0.002 wt.%), Which prevents the formation of free graphite in the cast metal, and the upper limit of the concentration is limited to 0.004 wt.%, Above which the contamination of the grain boundaries and the brittleness of the iron increase, is significantly lengthened. annealing cycle and reduced ductility, dynamic

0 прочность и эксплуатационные свойства после низкотемпературной изотермической выдержки.0 strength and performance properties after low temperature isothermal aging.

Граничные параметры содержани углерода (2,7-3.1 мас.%) и кремни (2.2-2,6Boundary parameters of carbon content (2.7-3.1 wt.%) And silicon (2.2-2.6

5 мас.%)определены исход из практики производства высокопрочных чугунов с повы- шенными пластическими свойствами, износостойкостью и термической стойкостью . При концентрации углерода более 3.15 wt.%) Were determined based on the practice of producing high-strength cast irons with enhanced plastic properties, wear resistance and thermal stability. At a carbon concentration of more than 3.1

0 мас.% и кремни более 2,6 мас.% снижаютс трещиностойкость. ударна в зкость и другие механические и эксплуатационные свойства чугуна, а при концентрации углерода до 2,7 мас.% и кремни до 2,2 мас.%0 wt.% And silicon more than 2.6 wt.%, Crack resistance is reduced. impact viscosity and other mechanical and operational properties of cast iron, and at carbon concentrations up to 2.7 wt.% and silicon up to 2.2 wt.%

5 возрастают термические напр жени , снижаютс трещиноустойчивость, термическа стойкость, ударна в зкость и другие пластические свойства в отливках, что снижает эксплуатационную стойкость чугуна в усло0 ви х теплосмен при нагреве до 900°С.5, thermal stresses increase, crack resistance, thermal resistance, impact strength and other plastic properties in castings are reduced, which reduces the operational resistance of cast iron under heat exchange conditions when heated to 900 ° C.

Ванадий введен как эффективный микролегирующий и упрочн ющий компонент, усиливающий эффект измельчени матрицы и графитных включений, обеспечивающийVanadium is introduced as an effective microalloying and hardening component that enhances the effect of grinding the matrix and graphite inclusions, providing

5 однородность структуры и повышение термической и эксплуатационной стойкости и упруго-пластических свойств и их стабильности . Верхний предел концентрации ванади (0,8 мас.%) обусловлен усилением отбела, снижением технологической пластичности чугуна и увеличением склонности к трещинам при более высоком его содержании , что снижает эксплуатационные и упруго-пластические свойства. При уменьшении концентрации ванади менее 0.2 мас.% укрупн етс структура и снижаютс динамическа прочность, предел текучести, термическа и эксплуатационна стойкость,5 homogeneity of structure and increase of thermal and operational stability and elastic-plastic properties and their stability. The upper limit of the vanadium concentration (0.8 wt.%) Is due to increased chilling, a decrease in the technological plasticity of cast iron and an increase in the tendency to cracks with its higher content, which reduces the operational and elastic-plastic properties. With decreasing vanadium concentration of less than 0.2 wt.%, The structure is enlarged and the dynamic strength, yield strength, thermal and operational resistance decrease.

Содержание легирующих добавок (марганец 0,2-0,7 мас.%, молибден 1,2-1,8 мас.%, никель 0,4-0,8 мас.%, хром 0,02- 0,06 мас.%) обусловлено существенным повышением термической стойкости, технологической пластичностью и прочностью , ограничено пределами, ниже которых ударна в зкость, теплопрочность, технологическа пластичность и прочностные свойства недостаточны, а выше которых увеличиваютс термические напр жени и снижаютс термическа стойкость, предел выносливости, ударна в зкость и эксплуатационные свойства.The content of alloying additives (manganese is 0.2-0.7 wt.%, Molybdenum is 1.2-1.8 wt.%, Nickel is 0.4-0.8 wt.%, Chromium is 0.02- 0.06 wt. %) due to a significant increase in thermal resistance, technological plasticity and strength, limited to the limits below which impact strength, heat resistance, technological plasticity and strength properties are insufficient, and above which thermal resistance increases and thermal resistance decreases, toughness and toughness performance properties.

Введение цери в количестве 0,02-0,06 мас.%, олова 0.002-0,01 мас.%, кальци 0,002-0.015 мас.% и магни 0.03-0,07 мас.% обусловлено их высокой модифицирующей эффективностью и поверхностной активностью, которые в этих количествах обеспечивают очистку границ зерен, повышение пластических свойств, трещино- устойчивости, стойкости в услови х теплосмен и технологической пластичности . Их содержание обусловлено пределами , обеспечивающими получение дисперсной и однородной структур в отливках, шаровидного графита в чугуне и необходимых эксплуатационных и механических свойств. а также стабильности перлитной структуры после термической обработки и в процессе эксплуатации. При увеличении их концентрации выше верхних пределов снижаютс эксплуатационные свойства и увеличиваетс их угар.The introduction of cerium in the amount of 0.02-0.06 wt.%, Tin 0.002-0.01 wt.%, Calcium 0.002-0.015 wt.% And magnesium 0.03-0.07 wt.% Due to their high modifying efficiency and surface activity , which in these quantities provide cleaning of grain boundaries, increase of plastic properties, crack resistance, resistance under heat exchange conditions and technological plasticity. Their content is due to the limits that provide dispersion and homogeneous structures in castings, spherical graphite in cast iron and the necessary operational and mechanical properties. as well as the stability of the pearlite structure after heat treatment and during operation. As their concentration increases above the upper limits, the operational properties decrease and their waste increases.

Введение алюмини в количестве 0.02- 0,07 мас.% раскисл ет, микролегирует расплав , измельчает структуру и способствует повышению термической стойкости и в зкости разрушени при сохранении прочностных свойств. Низкий процент концентрации (0,02 мас.%) прин т от содержани , от которого начинает сказыватьс его вли ние на структуру и свойства чугуна, но при увеличении концентрации более 0.07 мас.% снижаютс пластические свойства.The introduction of aluminum in the amount of 0.02–0.07 wt.% Deadens, micro-alloyes the melt, crushes the structure and contributes to the improvement of thermal stability and fracture toughness while maintaining the strength properties. A low percentage of concentration (0.02 wt.%) Is taken from the content, from which its effect on the structure and properties of cast iron begins to affect, but with an increase in the concentration of more than 0.07 wt.%, Plastic properties decrease.

Плавку чугунов провод т в индукционных печах с использованием в качестве шихтовых материалов литейных чугунов. пол- уфабрикатного никел , чугунного и стального лома, феррованади , ферромолибдена, силикомарганца, ферротитана, сурьмы Су2, ферробора, ферросилици и других ферросплавов . Микролегирование чугунов медью, феррованадием ФВд2, ферротитаном си- ликомарганцем СМн17Н провод т в электропечи в конце плавки при 1500-1520°С, аThe smelting of cast irons is carried out in induction furnaces using cast iron as the charge materials. half of nickel, iron and steel scrap, ferrovanadium, ferromolybdenum, manganese silicate, ferrotitanium, Cy2 antimony, ferroboron, ferrosilicon and other ferroalloys. The microalloying of cast irons with copper, ferrovanadium FVd2, ferrotitanium with silicon manganese CMN17H is carried out in an electric furnace at the end of melting at 1500–1520 ° С, and

модифицирование силикокальцием Ci ,30. ферроцерием (ТУ 1243-75). ферробором ФВ17, висмутом Ви2, оловом 02, сплавами магни - непосредственно в раздаточных литейных ковшах.silicocalcium modification Ci, 30. ferrocerium (TU 1243-75). ferrobor FV17, bismuth Bi2, tin 02, magnesium alloys - directly in the dispensing casting buckets.

В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок. Химический состав чугунов провер ют по ГОСТ 22536-0-77. ГОСТ 22536.13-77, а остаточное содержание азота, степень усвоени определ ют по методике количественного дифференцированного химического анализа сплавов.In tab. 1 shows the chemical composition of the cast iron experienced bottoms. The chemical composition of the cast irons is checked according to GOST 22536-0-77. GOST 22536.13-77, and the residual nitrogen content, the degree of absorption is determined by the method of quantitative differentiated chemical analysis of alloys.

Испытани показали, что предложенный чугун может быть использован дл изготовлени литых деталей повышеннойTests have shown that the proposed cast iron can be used for the manufacture of cast parts of increased

прочности, износостойкости и эксплуатационной стойкости.durability, wear resistance and operational durability.

Эксплуатационную стойкость определ ют по стойкости металлических форм при заливке в них медно-никелевых сплавов.The operational durability is determined by the durability of the metal molds when casting copper-nickel alloys into them.

В табл. 2 приведены данные о механических и эксплуатационных свойствах. Механические свойства и термическую стойкость определ ют на стандартных образцах , вырезанных из отливок после термической обработки, включающей изотермическую выдержку при 400-420°С.In tab. 2 shows data on mechanical and operational properties. Mechanical properties and thermal stability are determined on standard specimens cut from castings after heat treatment, including isothermal holding at 400-420 ° C.

Claims

Claims of High Strength Cast Iron Containing Carbon, Silicon, Manganese, Nickel, Chromium, Copper, Calcium, Magnesium, Vanadium, Aluminum, Molybdenum, Tin and Iron, characterized in that, in order to increase the operational durability under heat conditions,

it additionally contains antimony, titanium, boron, cerium, nitrogen and bismuth in the following ratio of components, wt,%: carbon - 2.7-3.1: silicon - 2.2-2.6: manganese - 0.2-0.7 : Nickel - 0.4-0.8; chromium 0.02-0.06:

vanadium - 0.2-0.8; aluminum - 0.02-0.07; molybdenum 1.2-1.8; antimony - 0.02-0.06: magnesium 0.03-0.07; tin 0.002-0.01; copper — 0.8–1.6; Calcium - 0.002-0.015; boron - 0.002-0.005: cerium 0.02-0.06; bismuth 0.002-0.004: nitrogen - 0.04-0.11: titanium - 0.02-0.07: iron - the rest.

table 2