Чугун Советский патент 1983 года по МПК C22C37/10 

го to

да -4 Изобретение относится к лите му производству, а именно к coc высокоуглеродистых сплавов желе и может быть использовано для п чения отливок, работающих в усл ях циклических температурных на зок, а также интенсивного износ (например тормозных барабанов б шегрузных автомобилей). Известен чугун для получения чественных отливок следукяцего х ческого состава, вес.%: Углерод 2,9-3,5 Кремний 1,7-2,7 Марганец 0,3-0,8 Хром 0,1-0,5 Никель 0,05-0,3 Ванадий 0,15-0,5 Азот 0,005-0,03 Церий 0,005-0,02 Алюминий 0,001-0,1 Железо Остальное Данный чугун обладает следуквд свойствакт: предел прочности на гиб 50-56 кг/мм, предел прочно ти на разрыв 26-29 KrAiM твердость 210-235 НВ, отбел 3-6, из нос 0,49-0,57 г. Известен также чугун следующ химического состава, вес.%: Углерод 2,9-3,5 Кремний 1,8-2,6 Марганец 0,4-0,8 Хром 0,15-0,4 Никель 0,1-0,4 Ванадий 0,1-0,3 0,005-0,02 АЛЮМИНИЙ 0,005-0,02 0,02-0,3 0,03-0,1 Остальное Железо Данный .чугун предназначен д получения качественных отливок ладает следующими свойствами:iп дел гфочности на изгиб .53-55 кг предел прочности на разрыв 26 27 кг/мм2, твердость 239-243 ИВ износостойкость 0,59-0,65 г/100 коэффициент трения 0,33-0,38. Наиболее близким к изобретен по технической сущности к дости мому эффбйкту является чугун, ко рый содержит ингредиенты в след щем соотношении, вес.%: 5,9-3,5 Углерод 1,7-2,5 Кремний 0,3-0,8 Марганец 0,05-0,3 0,05-0,3 Никель 0,02-0,15 0:, О 3-0,3 Ванадий 0,,03 0,005-0,02 Кальций 0,001-0,02 Остальное Железо Чугун также содержит примесЬ ,серы до 0,08 и фосфора до 0,1Б в -Известный чугун имеет в своем составе комплекса стабилизирующих элементов .(марганец, хром, ванадий, титан), что обеспечивает высокие прочностные характеристики в отливках с толщиной стенки до 30 мм, В массивных сечениях с толщиной стенки от 40 до 70 мм при данном уровне содержания указанных элементов формируется неравномернаяструктура. В условиях интенсивного износа, сопровождающегося значительным циклическим нагревом чугуна до 6 О О-7.00° С, неравномерность структуры, а следовательно, и свойств чугуна в различных сечениях снижает долговечность материала. При этом наряду с повышенным износом снижается и термостойкость чугуна. Целью изобретения является повышение термостойкости и получения равномерной прочности вотливках с толщиной стенки от 40 до 70 мм. Для достижения указ анной цели в состав чугуна, содержащего углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан, ванадий церий, кальций, азот и железо, дополнительно введен алюминий при .следующем соотношении ингредиентов, вес.%: Углеррд 3,0-3,6 . Кремний 2,4-2,8 Марганец 0,82-1,5 : Хрбм 0,1-0,4 Никель 0,05-0,4 Титан 0,03-0,1 Ванадий 0,32-0,5 Церий 0,005-0,03 Кальций 0,02-0,04 Азот 0,005-0,52 Алюминий 0,015-0,1 Железо Остальное В качестве примесей чугун содержит серу до 0,08 и фосфор до 0,1 вес.%. Наличие в составе чугуна церия, алюминия, кальция вследствие графитизирунвдего действия тугоплавких нитридов и других соединений позволяет измельчить эвтектическое зерно в разностенных отливках и тем. самым повысить механические свойства чугуна. Повышение концентрации . ванадия, марганца в совокупности с v Хромом и титаном обеспечивает высокую дисперсность перлита, обладагацего меньшей склонностью к выкрашиванию в процессе сухого трения скольжения. Кроме того, повышается стабильность перлита при высоких температурах, что в свою очередь увеличивает не только износостойкость, но и термостойкость отливок в процессе эксп-г луатации. Наличие в чугуна азота . в присутствии ванадия оказывает благопр иятиоё влияние на структуру и свойства чугуна.,Никель и титан обеспечивают получение равномерной прочноети отливок с толщиной стенки от 40 до 70 мм. . .. Пример, flnrf получения чугун были выплавлены 3 состава предлагае мого чугуна на нижнем, среднем и верхнем пределах содержания ингреди ентов. Для сравнительных испытаний был использован известный чугун, содержащий ингредиенты на среднем пределе. Плавки проводили в индукционной печи с кислой футеровкой. В качестве шихтовых материалов использовались литейный чугун ЛКЭ, стальной .лом, ферросплавы кремния, марганца, никеля, титана, ванадия, лигату|ид, содержавдае церий, кальций алюминий, а также азотированный марганец. Шихту загружалИ|В печь,ра плав перегревсши до 1480с и перед разливкой вводили церий, кальций, алюминий. Чугун заливали в разовые песчаные, форьвл. Из образцов с диаметром 50 мм ш:2резались кольца для испытаний на термостойкость, котора оценивалась по количеству циклов до образования первой трещины при нагреве в свинцовой ванне до ги охлаждений в проточной воде до . Испытание на износ проводили на машине трения MTZ в условиях сухого трения скольжения при , удельной нагрузке 16 кг/см и скоро . ти скольжения 1,2 м/с; Свойства чугуна Сйо НВ ) в отливках определяли по стандартным методикам на образцах, вырезанных из ступенчатой плиты с толщиной стенки .40,50 и 70 мм. -Химический состав чугунов приведен, в табл. 1. Свойства чугунов приведены ,в табл. 2. . Как .видно из табл. 1 и 2, изменение пределов.содержания марганца, ванадия и кальция, а,также дополнительное легирование апкшинием вырав йивает прочность чугуна в отливках с толщиной стенки от 40 до 7Q мм, Предложенное сочетание стабилизирующих элементов (хрома, титана, марганца) и особенно ванадия с аэОтом в комплексе с графитизйрукадими добавкг1МИ .обеспечивает повышение износостойкости и термостойкости чугуна. Стуруктура предлагаемого чугуна перлитная с равномерно разделенным графитом. Высокая дисперсность и стабильность перлита обеспе чивает высокую надёжность чугуна в процессе износа при значительных удельных нагрузках, сопровождающихся циклическим нагревом чугуна до высоких температур. Пределы содержания углерода и кремния: верхние 3,6 и 2,8% соответстве.нно установле1ел исходя из необходимости получ.ения перлитной структуры и нижИие 3,0 и 2,4% - исходя из того, чтобы в структуре от-, сутствовал цементит. Нижний предел содержания марганца 0,82%, хрома 0,1%, никеля 0,05% и ванадия 0,32% обусловлен получением чугуна требуемой прочности, износостойкости, термостойкости, а.верхйий предел содержания марганца 1,5%, хрома 0,4%, ванадия 0,5% установлен исходя из получения перлита высокой дисперсности и стабильности, а также некоторым снижением трещиноустойчивости при содержании данных элементов выше указанных пределов. Верхний предел содержания никеля 0,4% обусловлен получением более равномерной прочности в различных сечениях. Пределы содержания титана 0,03-0,1% выбраны исходя из получения Равномерного распределения графита в чугуне. Пределы содержания церия 0,005-0,03%, кальция 0,02-0,04%, алюминия 0,015- 0,1% обеспечивают эффективное мсади- . фицирование жидкого чугуна, тем ca№w улучшая форму графита, и исключают кромочный отбел. Азот при концентрации 0,,О2% усиливает легирующее действие ванадия, ,повышает дисперсность перлита. Оптимальный состав предлагаемого сплава .включает 3,3% углерода, 2,6% кремния, 1,2% марганца, 0,25% никеля, 0,06% титана, 0,4% ванадия, 0,015 церия, 0,03% кальция, 0,01% азота 0,05% алкыянкя, остальное железо. Технология получения сплава закючается в расплавлении компонентов шихты в электродуговой печи, насыщение расплава азотом и обработке чугуна перед разливкой церием,кальцием и алюминием с помощью лигатур. Предлагаемый состав целесообразно использовать для изготовления отгливок тop 4Oзныx барабанов большегрузных автомобилей БелАЗ-549, грузоподъемностью 70 т в частности. Экономический эффект от использования предлагаемого чугуна обеспечивается за счет повьшения надежности тормозных барабанов и снижения нормы расхода запасных частей. .. Расчетный экономический эффект составляет 115900 руб. в год. .

Таблица 2

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром,никель, титан, ванеший, церий, кальций, азот ju железо, о т л- и ч а ю щ и и с я тем, 4TOj с целью повышения термостойкости и Получения равномерной прочности в отливках с толишной стенки от 40 до 70 мм;он дополнительно содержит алюминий при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Углерод 3,0-1,6 Кремний . 2,4-2,8 0,82-1,5 Марганец Хром 0,1-0,4 Никель 0,05-0,4 Титан 0,03-0,1 0,32-0,50 Ванадий Церий 0,005-0,03 0,02-0,04 Кальций Азот 0,005-0,02 0,015-0,1 Алюминий Железо Остальное СО

Известный Средний 0,7

Преялагаеошй Нижний 0,3 260

Средний 0,45 280

Верхний, 0,6

23

27

25

28 28

29 29,5

29 30

31

29

32