Высокопрочный чугун для отливок Советский патент 1988 года по МПК C22C37/10 

СА: о: а а а

1.

Изобретение относится к металлур- гин, в частности к разработке составов чугуна для станочного литья.

Цель изобретения - поБЬШ1ение предела выносливости .при изгибе, относительного удлинения, износостойкости при и ударной вязкости в отливках с толщиной стенки 60-200 мм

Выбор граничных пределов содержания компонентов обусловлен следующим

Введение нитридов ниобия обусловлено тем,что они микролегируют металлическую основу и измельчают структуру, повйшают ее стабильность служат центрами кристаллизации,что способствует повышению ударной вязкости и других упруго-пластических свойств. Введение до 0,11 мае.% нитридов ниобия не обеспечивает достаточного количества центров кристаллизации в расплаве при затвердевании толстостенных отливок в песчано-гли- нистых формах, существенного измельчения структуры в отливках и повышения упруго-пластических свойств. При повышении концентрации нитридов ниобия более 0,27 мас.% увеличивается количество дефектов кристаллических решеток металлической основы неметаллических включений по границам зерен, ухудшается фактор формы графитных включений, повьш1аются термические напряжения, что снижает технологическую пластичность, трещи- ностойкость и ударную вязкость.

Ванадий введен как эффективнй микролегирующий и нитридообразующий компонент, существенно измельчающий матрицу и графитные включения,обеспечивающий однородность структуры и повьш1ение упруго-пластических свойств и их стабильность после отпуска. Верхний предел концентрации ванадия (0,28 мас.%) обусловлен сни жением технологической пластичности и увеличением отбела при более высоком его содержании и снижении упруго-пластических свойств после отпуска. При уменьшении концентрации ванадия менее 0,12 мас.% укрупняется структура, снижаются однородность - графитных включений, динамическая прочность, предел текучести,увеличивается неоднородность- структуры.

Металл из группы,содержащей бор и литий, способствует распаду эвтектического цементита, очищает границы зерен, снижает загрязненность чугуна

неметаллическими включениями, служит поверхностно-активными добавками, повьшает дисперсность структуры и упруго-пластические свойства. При концентрации их до 0,01 мас.% модифицирующий эффект недостаточен, а при повьш1ении их содержания более 0,03 мас.% увеличивается неоднородность структуры, снижается технологическая пластичность ,и динамическая прочность.

Граничные параметры содержания углерода (3,2-3,8 мас.%) и кремния (1,5-2,2 мас,%) определены, исходя из практики производства высокопрочных чугунов с повьшенными упруго- пластическими свойствами и мелкозернистой структурой.При ко нцентрации углерода более 3,8 мас.% и кремния более 2,2 мас.% снижаются предел выносливости,ударная вязкость и другие механические свойства чугуна,а при концентрации углерода до 3,2 мас.% и кремния до 1,5 мас.% возрастают отбел и термические напряжения, снижаются трепщноустойчи- вость, ударная вязкость и другие пластические свойства в толстостенных отливках.

Содержание легирующих добавок (марганец 0,2-0,5 мас.%, молибден 0,1-0,3 мас.%,никель 0,4-1,2 мас.%,

алюминий 0,2-1,0 мас.%) обусловлено существенным повышением технологической пластичности, прочности и ограничено пределами,ниже которых технологическая пластичность и прочностные свойства недостаточные, а выше которых увеличиваются термичес- кие напряжения и снижаются пластические свойства и предел выносливости при изгибе.

Введение церия в количестве 0,02- 0,05 мас.%, олова 0,02-0,08 мас.% и магния 0,03-0,07 мас.% обусловлено их высокой модифицирующей эффек- тивностью и поверхностной активностью, которые в этих количествах обеспечивают повьш1ение пластических свойств, трещиноустойчивости и технологической пластичности. Их содержание обусловлено пределами, обес-

печивающими получение дисперсной структуры в отливках с толщиной стенок 60-200 мм, шаровидного графита в чугуне и необходимых механических свойств, а также стабильную мелко

If

20

зернистую структуру после термичес- кой обработки.

Плавку чугуна проводили дуплекс- процессом вагранка-индукционная печь с использованием в качестве шихтовых материалов литейных чугунов,стального лома и брикетов ферросплавов.Микролегирование чугуна брикетами нитридов ниобия, феррованадием ФВд2 или ю лигатурой ВдА-2, ферромолибденом и силикомарганцем СМ-17 проводили в электропечи в конце плавки при 1500- , а модифицирование ферроцери- ем; сплавами магния и микролегирование чугуна оловом, бором, литием и алюминием - Непосредственно в раздаточных литейных ковшах, емкостью 2 т. Усвоение микролегирующих и модифицирующих компонентов составило, %: ванадий из феррованадия Вд2 88- 92; литий из. сплавов алюминий-литий 86-88; нитриды ниобия из прессованных брикетов 87-92; церий из ферро- церия 75-78; и магний из его сплавов 51-54. Для определения отбела заливают ступенчатые технологические пробы.

Хром и медь в отливках с толщиной стенок 60-200 мм снижают стабильность структуры,технологическую пластичность и упруго-пластические свойства, поэтому они исключены из состава предложенного высокопрочного чугуна.

В табл. 1 п риведены химические составы известного и предложенного чугуна. Содержание компонентов в высокопрочном чугуне определяют методом дифференцированного химического анализа по методикам ЦНИИчермета.

В табл. 2 приведены данные о механических и технологических свойствах высокопрочных чугунов в отливках и образцах. Структура всех чугунов в отливках была феррито-пер- литной с шаровидным графитом. Временное сопротивление, относительное удлинение, технологическая пластичность и предел выносливости при изгибе получены на стандартных образцах, а ударная вязкость,трещиноустойчивость и индекс загрязненности неметаллическими включениями определены на об30

35

40

25

45

50

разцах, вырезанных из отливок с толщиной стенок 60, 120 и 200 мм после отпуска при 580-600 С.

Как видно из табл. 2 упруго-пластические свойства для всех чугунов в пределах предлагаемого состава больше, чем у высокопрочного чугуна известного состава.

Как следует из табл. 2 дополнительный ввод в состав чугуна нитридов ниобия и бора или лития обеспе- печивает по сравнению с известным чугуном повьшение ударной вязкости в отливках с толщиной стенки 60- 200 мм в 2,2-6,6 раза; предела выносливости при изгибе в 1,16-1,24 раза; относительного удлинения в 5,5- 6,3 раза; износостойкости при в 2,1-3,1 раза.

Формула и.з обретени

Высокопрочный чугун для отливок, содержащий углерод,кремний, марганец, алюминий, никель,молибден, ванадий, редкоземельный элемент,олово, магний и железо, отличающийся тем,что, с целью повьш1ения предела выносливости при изгибе,относительного удлинения, износостойкости при 600°С и ударной вязкости в отливках с толщиной стенки 60-200 мм, он дополнительно содержит нитриды ниобия и один элемент, взятый из группы, содержащий бор и литий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод . 3,2-3,8 Кремний1,5-2,2

Марганец 0,2-0,5 Алюминий 0,2-1,0 Никель . 0,4-1,2 Молибден 0,1-0,3 Ванадий 0,12-0,28 Редкоземельный

элемент 0,02-0,05 Олово0,02-0,1

Магний 0,03-0,07 Нитриды ниобия 0,11-0,27 Один элемент из

группы,содержащей бор и литий Железо

Таблип

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве станочного литья. Цельповышение предела выносливости при изгибе, относительного Удлинения, износостойкости при 600°с и ударной вязкости в отливках с толпщной, стенки 60-200 мм. Новый чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: С 3,2-3,8; Si 1,5-2,2; Мп 0,2-0,5; А1 0,2-1,0; Ni 0,4-1,2; Mo 0,1-0,3; V 0,12-0,28; РЗМ 0,02- 0,05; Sn 0,02-0,.1; Mg 0,03-0,07; NbN 0,11-0,27; В или Li 0,OY-0,03 и Fe остальное.Дополнительный ввод в состав чугуна NbN и В или Li обеспечивает повышение в 1,16- 1,24 раза, в 5,5-6,3 ной вязкости в 2,2-6,6 носостойкости при 600°с раза. 2 табл. раза,удар- раза и из- в 2,1-3,1 «о (/

Ударная вязкость, Дж/см, в отливках с тол- цииой, им

Износостойкость

при бОО С.мг/м ГС 250.

Предел выносливости при изгибе, ИПа320

Технологическая пластячкость при SSO-eeO C.I 100

Трециноустойчкость, см 20-27

tl2

371

96

393

78

388

115

379

98 79

398 39t

256

325

152 130

341 358

« t44 142 146 143 103 118. 118 7-11 4-9 5-tO 6-10 3-9 4-10 18-25 14-18 13-«7

78

115

98 79

256

152 130

388

379

398 39t

325

341 358