Высокопрочный чугун Советский патент 1988 года по МПК C22C37/10 

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для изготовления крьшек магистральных люков.

Цель изобретения - повьшение усталостной прочности при вибрации и хрупкой прочности.

Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предлага- емого состава обусловлен следукщим.

Введение в чугун 0,002-0,01 мас.% бора, 0,05-0,1 мас.% меди и 0,01- 0,07 мас,% нитридов циркония в совокупности обеспечивает повышение ус- талостной прочности при вибрациях и хрупкой прочности. Отсутствие одного из дополнительно введенного компонента или содержание его в неоптимальных пределах не позволят достичь повышения усталостной прочности при вибрациях и хрупкой проч ности с

Нитриды циркония при содержании 0,01-0,07 мас,% измельчают первич- ную структуру, служат центрами кристаллизации, снижают скорость зарождения и роста микротрещин, повьпнают де фирукицую способность в широком интервале теш1ератур, что приводит к повышению усталостной прочности при вибрациях и хрупкой прочности, увеличивают величину дефсч мации разрушения при динамическом сжатии. Концентрация нитридов щфконкя принята от содержанияJ с которого начинается повышать усталостная прочность при вибрациях и ограничивается содержани ем. вьше которого повьлаается содержание в отливках неметаллических включений и снижаются трещиностой- кость и хрупкая прочность.

Медь в количестве 0,05-0,1 мас. упрочняет и микролегирует матрицу, повышает величину деформации разрушения и механическую прочность, что приводит к повышению хрупкой прочности и сопротивляемос ги вибрациям. Пониженное содержание меди (до 0,05 мас. не обеспечивает существенного повышения сопротивляемости вибрациям, а при увеличении содержания меди (более 0,1 мас,%) увеличивается ликвация, неоднородность структуры и повышается хрупкость.

Бор в чугуне являетс я поверхностно-активным компонентом, улучшающим форму неметаллических включений, мод

5 0

5 Q 5

0

g

нолитность графита, повьмающим тре- щиностойкость-, что обеспечивает повышение усталостной прочности и плас- Tii4ecKHx свойств. При концен1; рации бора менее 0,002 мас.% укрупняется структура, снижаются пластичность, усталостная и хрупкая прочность. При увеличении концентрации бора (более 0,01 масо%) снижаются трещиностой- кость и пластичность, сопротивляемость чугуна остаточным напряжениям и усталости.

Содержание основных компонентов (углерод 3,0-3,6 мас.%, кремний 2,3- 3,0 мас.% и марганец 0,2-0,6 мас.%) принято, исходя из практики произ- водства чугунных крьш1ек люков для колодцев при литье в кокиль, и обеспечивает исключение образования эвтектического цементита в отливка, повьшгение пластических свойств, тре- щиностойкости и монолитности матрицы, что приводит к повьш1ению хруп кой прочности. Увеличение содержания кремния (более 3 мас.%), углерода (более 3,6 мас.%) к снижение марганца (менее 0,2 ) увеличивают неоднородность структуры, снижают пластические свойства, трещи- ностойкость и усталостную тфочность. При концентращи углерода менее 3 мас.%, кремния менее 2,3 мас,% и марганца более 0,6 iac,% увеличивается отбел, снижается стабильность структуры и свойств, что приводит к снижению хрупкой и усталостной прочности.

Магний (0,02-0,09 мас.%), церий (0,03-0,1 -мас.%) и кальций (0,02- 0,06 мас.%) являются основными моди- фицирукнцими и раскисляющими компонентами, улучгаакщими форму графита, очищающими границы литого зерна и повьшающими пластические свойства и усталостную прочность. При уменьшении их концентрации (менее нижних пределов) их кодифицирующий и раскисляющий эффект незначителен, улучшение формь графита и механических свойств недостаточное, а при увеличении их концентрации (выше верхних пределов) повьшается содержание неметаллических включений по границам зерен, неоднородность структуры, снижаются хрупкая и усталостная прочность.

Титан (0,001-0,008 мас.%) и алюминий (0,02-0,09 мас,%) способствуют

измельчению структуры и повышению динамической прочности, сопротивляемости вибрациям и остаточным напряжением, но при повыгаении их концентрации (вьше верхних пределов) ухудшается форма графита, уменьшаются хрупкая прочность и усталостная прочность чугуна в отливках.

Хром в количестве 0,02-0,15 мас,% и никель в количестве 0,03-0,15 мае.% микролегируют матрицу, повышают величину деформации разрушения, механическую прочность, что способствует повышению усталостной прочности при вибрациях и хрупкой прочности.

Пример. Высокопрочные чугуны заэвтектического состава выплавляют в газовой печи Петрашевского с исмеди 18-22%; магния 48-51%; бора 16-19% и церия 31-35%.

В табл. 2 приведены механические свойства и сопротивляемость высокопрочных чутунов вибрациям и деформациям при динамическом сжатии. Отливки крьнпек проверяют на механическую и на хрупкую прочность На образцах

определяют временное сопротивление, относительное удлинение, усталостную прочность при вибрациях, величину деформации при динамическом сжатии по стандартным методикам испытаний.

Эталоном при испытании чугунов на демпфирующую способность служит ВЧ 45-5.

Как следует из табл 2, дополни- тельньй ввод в состав чугуна бора

Изобретение откосится к металлургии и может быть использовано при изготовлении крышек магистральных люков. Цель изобретения - повышение усталостной прочности при вибращш и хрупкой прочности. Новый чугун содержит, мас.%: С 3-3,6; Si 2,3-3,0; Мп 0,2-0,6; Mg 0,02-0,09; Ni 0,03- 0,15} Cr 0,02-0,15; Се 0,03-0,10; Си 0,05-0,10; А1 0,03-0,09; Са 0,02- 0,06V ZrN 0,01-0,07; Ti 0,002-0,008; В 0,002-0,01 и Fe - остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна В обеспечил повышение усталостной прочности в 1,06-1,11 раза и хрупкой прочности в 1,22-1,32 раза. 2 табл. СЛ

пользованием литейных чугунов, чугун- 20 обеспечивает повьшение усталостной

ного лома, стального лома и ферросплавов. Для рафинирования чугуна используют известняк и плавиковьй пшат, вводимые вместе с металлической шихтой соответственно в количестве 2-3 и 0,1-0,3% от металлозавалки. Среднеуглеродистый феррохром и ферромарганец вводят в шихту, а азотированные комплексные лигатуры СЦР-ЗОН и CIIP-50H, буру и магниевую лигатуру на основе никеля и меди, содержащую 6-8% РЗМ и 5-6% магния, вводят в литейные ковши при вьшуске металла из печи. Заливку модифицированного чугуна в литейные формы производят при 1350-1380 С дпя получения крьшек люков, технологических проб и образцов Крьшпси люков получают заливкой чугуна в металлическую форму (кокиль).

В табло 1 приведены химические составы высокопрочных чутунов опытных плавок.

Содержание ингредиентов в чугунах определяют по стандартным методикам количественного анализа, а нитриды циркония - по методике дифференцированного химического анализа. Угар

прочности при вибрации в 1,06-1,11 раза, а также увеличение хрупкой прочности в 1,22-1,32 раза.

Формула изобретения

Высокопрочньй чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, магний, никель, хром, медь, церий, кальций, алюминий, титан, нитриды циркония и железо, отличающийся тем, что, с целью повьвления усталостной прочности при вибрации и хрупкой прочности, он дополнительно содержит бор при следующем соотношении компонентов, мас.%;

0

5

0

Углерод

Кремний

Марганец

Магний

Никель

Хром

Медь

Церий

Кальций

Алюминий

Титан

Нитриды циркония

Бор

Железо

3,0-3,6

2,3-3,0

0,2-0,6

0,02-0,09

0,03-0,15

0,02-0,15

0,05-0,10

0,03-0,15

0,02-0,06

0,03-0,09

0,002-0,008

0,01-0,07 0,002-0,010 Остальное

3,32,30,300,05 0,030,220,020,080,200,05

3,03,00,20,02 0,030;ОЗ0,020,030,020,01

3,22,80,50,05-0.060,050,05.0,060,10,05

3,62,30,60,09 0,10,150,060,090,150,07

Прям«чавя«. Чугуж имветвого состава содержит, Mac.ZJ Sn 0,03{ Ио 0,и V 0,1, а вместо С1 - РЗМ. ТаблицаЯ

ТаОякц t

.1

0,070 Остдльвое

0,05 0,002 0,002 0,08...0,005 0,005 0,1 0,01 0,008