Высокопрочный чугун Советский патент 1991 года по МПК C22C37/10 

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для деталей автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин.

Цель изобретения - повышение механических свойств.

Изобретение иллюстрируется примерами конкретного выполнения

Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предложенного состава обусловлен следующим.

Введение диборидов ванадия обусловлено тем, что они являются дисперсными тугоплавкими частицами, которые микроле- гируют металлическую основу и измельчают структуру, являясь центрами кристаллизации, изменяют характер кристаллизации, что способствует повышению ударной вязкости, предела выносливости при кручении и других динамических характеристик механических свойств. Введение их до 0,02 мас.% не обеспечивает достаточного количества центров кристаллизации в расплаве,

существенного измельчения структуры в отливках и повышения динамических характе- ристик механических свойств. При концентрации диборидов ванадия более 0,28 мас.% увеличивается количество дефектов кристаллической решетки металлическойОсновы,содержание неметаллических включений по границам зерен, ухудшается фактор графитных включений, повышаются термические напряжения, что снижает динамические характеристики механических свойств.

Никель введен как эффективный микролегирующий компонент, существенно упрочняющий матрицу при изотермической выдержке, измельчающий графитные включения, обеспечивающий однородность структуры и повышение динамических характеристик механических свойств. Верхний предел концентрации никеля (3,27 мае. %) обусловлен снижением технологической пластичности при более высоком его содержании. При концентрации никеля ме(Л

С

нее 1,21 мас.% укрупняется структура, снижаются однородность графитных включений, динамическая прочность, предел выносливости при кручении.

Металл из группы, содержащей неодим и празеодим, способствует улучшению формы графита и распаду эвтектического цементита, очищает границы зерен, снижает загрязненность чугуна неметаллическими включениями, повышает предел выносливости при кручении и другие динамические характеристики механических свойств, При концентрации его до 0,01 мас.% модифицирующий эффект недостаточен, а при повышении его содержания более 0,028 мас,% увеличивается отбел, снижаются технологическая пластичность, динамическая прочность и предел выносливости при кручении, служебные свойства.

Граничные параметры содержания углерода (2,2-3,8 мас.%) и кремния (1.1-1,45 мас.%) определены исходя из практики производства высокопрочных чугунов с повышенными динамическими характеристиками механических свойств и мелкозернистой структурой. При концентрации углерода более 3,8 мас.% и кремния более 1,45 мас.% снижаются предел выносливости при кручении, ударная вязкость и другие динамические характеристики механических свойств чугуна, а при концентрации углерода до 2,2 мас.% и кремния до 1,1 мас.% возрастают отбел и термические напряжения, снижаются трещи неустойчивость, ударная вязкость и предел выносливости при кручении.

Содержание легирующих добавок (марганец 0,2-2,5 мас.%, алюминий 0,2-1,0 мас.%) обусловлено существенным повышением технологической пластичности и прочности и ограничено пределами, ниже которых пластичность, предел выносливости при кручении и прочностные свойства недостаточны, а выше которых увеличиваются пористость, пленообразование и термические напряжения и снижаются пластические свойства и предел выносливости при изгибе и кручении.

Введение кальция в количестве 0,005- 0,023 мас.%, церия в количестве 0,02-0,05 мас.% и магния 0.03-0,07 мас.% обусловлено их высокой модифицирующей эффективностью и поверхностной активностью, которые обеспечивают повышение пластических свойств, трещиноустойчивости и динамических характеристик механических свойств. При их содержании менее нижних пределов упругопластические свойства низкие. Их содержание обусловлено пределами, обеспечивающими получение шаровидного графита и чугуна и необходимые упругопластические свойства. При введении кальция более 0,023 мас.% увеличивается содержание неметаллических включений в структуре чугуна и снижаются

динамические характеристики механических свойств.

Плавку чугуна проводили дуплекс-процессом вагранка-дуговая печь с использованием в качестве шихтовых материалов

литейных чугунов, стального лома и ферросплавов. Микролегирование чугуна марганцовистым никелем НМц5, алюминием А 41, силикомарганцем СМ-17 и диборидами ванадия проводили в электропечи ДС5 в конце

плавки, а модифицирование ферроцерием (ТУ 1243-75), металлическими сплавами неодима и празеодима, магниевой лигатурой, силикокальцием СКЗО - в раздаточных литейных ковшах. Заливку модифицированного чугуна осуществляли при температуре 1380-1390°С. Вместе с формами для получения образцов и литых деталей получали технологические пробы.

Для определения свойств чугуна заливали ступенчатые технологические пробы, пробы на жидкотекучесть, трещиностой- кость и формы для получения образцов для механических испытаний.

В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок. Содержание компонентов в высокопрочном чугуне определяли методом химического дифференцированного количественного анализа по методике ЦНИИЧермета, ударную вязкость

- на образцах 55x10x10 мм с полукруглым надрезом.

В табл. 2 приведены данные о механических и технологических свойствах высокопрочных чугунов. Механические свойства

получены на стандартных образцах после изотермической закалки при 360-370°С в течение 3,6-3,8 ч.

Как следует из табл. 1 и 2, дополнительное введение в чугун предложенного состава диборидов ванадия, церия, а также неодима и/или празеодима позволило повысить а в 1,53-1,58 раза, д- в 1,87-1,97 раза, КС - в 2,2-2,34 раза.

Формула изобретения

Высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, алюминий, магний, никель, редкоземельные элементы, кальций и железо, отличающийся тем,

что, с целью повышения механических свойств, он дополнительно содержит дибо- риды ванадия, а в качестве редкоземельных элементов он содержит церий и один элемент из группы, содержащей неодим и празеодим, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод2,2-2,8 Кремний1,1-1 5

Марганец0,2-2 5

Алюминий0,2-1,0

МагнийО,0,03-0,07

Никель1,21-3,27

Дибориды ванадия0,02-0,28

Церий0,02-0.05

Один элемент из группы, содержащей неодим и празеодимО,01-0.028 Кальций0.02-0,05

ЖелезоОстальное

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве деталей автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин Цель - повышение механических свойств. Чугун содержит, мзс.%: С 2,2-2.8; Si 1,1-1,45, Мп 0,2-2.5, А 0,2-1,0; Мд 0,03-0,07, NI 1,21- 3,27; Се 0,02-0,05; VB2 0,02-0,28. Са 0,02- 0,05, Na и/или Рг и Fe остальное. Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна VB2, CI, а также Na и/или Рг позволяет повысить механические свойства чугуна:ое в 1,53-1,58 раза,3в Т,87-1,97 раза, КС в 2,20-2.34 раза. 2 табл.

Примечание: Изистиы чугун содержит 0.9% Си и 0.03% Сг

Таблиц 1

Таблица 2