SU1749294A1 - Высокопрочный чугун - Google Patents

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 ,

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.

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.

Азот ® количестве 0.04-0.11 мас.% измельчает структуру, образу  нитриды, служащие дополнительными центрами графитмэации, способствует повышению

сопротивл емости задиру, износостойкости , трещиностойкости, технологических и эксплуатационных свойств. При концентрации азота до 0,04 мас.% его вли ние на

дисперсность структуры, пластичность, технологические и эксплуатационные свойства недостаточно, а при увеличении его концентрации более 0,11 мас.% повышаетс  содержание неметаллических включений по

0 границам зерен, что снижает трещиностойкость , стабильность структуры, технологические и эксплуатационные свойства.

Висмут введен в качестве отбеливающего компонента в количестве 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 х

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 прочность и эксплуатационные свойства после низкотемпературной изотермической выдержки.

Граничные параметры содержани  углерода (2,7-3.1 мас.%) и кремни  (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 3.1

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.%

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.

Ванадий введен как эффективный микролегирующий и упрочн ющий компонент, усиливающий эффект измельчени  матрицы и графитных включений, обеспечивающий

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,

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.

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.

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.

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, а

модифицирование силикокальцием Ci ,30. ферроцерием (ТУ 1243-75). ферробором ФВ17, висмутом Ви2, оловом 02, сплавами магни  - непосредственно в раздаточных литейных ковшах.

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.

Испытани  показали, что предложенный чугун может быть использован дл  изготовлени  литых деталей повышенной

прочности, износостойкости и эксплуатационной стойкости.

Эксплуатационную стойкость определ ют по стойкости металлических форм при заливке в них медно-никелевых сплавов.

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.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Высокопрочный чугун, содержащий углерод , кремний, марганец, никель, хром, медь, кальций, магний, ванадий, алюминий, молибден, олово и железо, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эксплуатационной стойкости в услови х теплосмен,

   он дополнительно содержит сурьму, титан, бор, церий, азот и висмут при следующем соотношении компонентов, мас,%: углерод - 2,7-3,1: кремний - 2,2-2,6: марганец - 0.2-0,7: никель - 0.4-0.8; хром 0,02-0,06:

   ванадий - 0,2-0,8: алюминий - 0,02-0,07; молибден 1,2-1,8; сурьма - 0,02-0,06: магний 0.03-0,07; олово 0.002-0,01; медь - 0.8- 1,6; кальций - 0.002-0.015; бор - 0,002-0,005: церий 0.02-0,06; висмут 0 .002-0.004: азот - 0,04-0.11: титан - 0,02- 0.07: железо - остальное.

   Таблица 2