Чугун Советский патент 1982 года по МПК C22C37/08 

1

Изобретение относится к металлургии, а именно к высокопрочным чугунам с высокой конструкционной прочностью и вязкостью разрушения, оцениваемой критическим коэффициентом интенсивности характеризующей способностью материала сопротивляться хрупкому разрушению.

Конструкционный чугун с вязкостью разрушения (Цр) на уровне 200280 кгсмм -у может быть использован при производстве изделий ответственного назначения взамен углеродистой стали, имеющей вязкость разрушения (k) на том же уровне,.в отливках, поковках, штамповках с целью снижения трудоемкости изготовления деталей.

Известен чугун 1 следующего химического состава, вес.%:

Углерод3,2-3,8

Кремний2,2-2,9

Марганец 0,6-1,0 Хром0,2-0,6

(54) ЧУГУН

Никель

0,05-0,15

0,,8

Медь

Фосфор 0,05-0,50

РЗМ 0,01-0,05 0,04-0,20

Иттрий

Железо Остальное

Чугун имеет следующие свойства: Предел прочности при растяжении, кгс/мм 51,8-56,0 Относительное удлинение, % 7,0-9,0 Твердость НВ, кгс/мм 250-270

15 Установлено, что данный чугун имеет низкую вязкость разрушения К 120-140 кгс/мм , невысокую ударную вязкость а 3-5 кгс-м/см .

Известен также чугун 2} сяедую20 щего химического состава, вес.: Углерод3,2-3,6

Кремний1,6-2,6

Марганец0,1-0,5 3 Магний0,02-0,05 Кальций0,01-0,05 Медь0,02-0,10 . Алюминий 0,05-0,15 Редкоземельные металлы0,01-0,06 ЖелезоОстальное Чугун имеет следующие свойства Предел прочности при растяжении, кгс/мм 25,1-30,7 Твердость НВ, кгс/мм 205-233 Модуль кольцевой прочности, кгс/мм 69-108 На чугуне данного состава опре лись : Вязкость разрушения U), кгс.мм 90,0-110 Относительное удлинение, %1-3 Ударная вязкость кгс-м/см 1-3 Данный чугун также характеризу ся низкой вязкостью разрушения и механическими свойствами, не отв щими современным требованиям к к рукционным материаламо Известен также чугун 3 J след щего химического состава, Углерод3,0-3,8 Марганец0,1-0,8 Кремний2,2-2,8 Медь0,2-1,0 Никель0,2-1,0 Магний0,03-0,09 Хром0,01-0,10 Мышьяк0,001-0,08 ЖелезоОстальное Чугун имеет следующие свойств Предел прочности при растяжении, кгс/мм 85,6-100, Относительное удлинение, % 2,6-3,1 Ударную вязкость, кгсМ/см22,7-3,0 Твердость НВ, кгс/мм 262-266 Недостатком этого чугуна такж является низкая вязкость разруше () 110-130 кгс-мм - , пласти ность и ударная вязкость. Наиболее близким к предлагаем по технической сущности и достиг му результату является чугун 4 следующего химического состава, Углерод3,1-3,8 Кремний2,3-3,2 Марганец0,(5-0,90 Хром0,1-О, Кальций0,01-0,1 Редкоземельные металлы0,003-0,1 Магний0,02-:0,08 Стронций0,005-0,12 Алюминий.0,005-0,20 ЖелезоОстальное Чугун имеет следующие свойства; Предел прочности при растяжении, кгс/мм 52,2-61,1 Относительное удлинение, %12,0-25,0 Ударная вязкость, ,1-16,6 Твердость НВ, кгс/мм 156-170 На чугуне данного состава определялось значение вязкости разрушения .j , равное 130-170 кгс-мм -J „ К недостаткам известного чугуна относится то, что высокое содержание марганца ( 0,) тормозит графитизацию чугуна, снижает вязкость разрушения () , пластичность и ударную вязкость, поэтому повышение содержания марганца до 0,9% нецелесообразно; повышение содержания стронция (0,10%) вследствие ограниченной растворимости в чугуне приводит к микроликвидации его по границам зерен, что отрицательно сказывается на механических свойствах чугуна; введение в высокопрочный чугун алюминия уже при содержании около 0,20 отрицательно влияет на образование шаровидного графита, способствует пленообразованию, снижает пластичность несмотря на увеличение количества феррита. Недостатками прототипа являются также низкие значения вязкости разрушения (.К,) и нестабильность механических свойств, что ограничивает его использование в качестве конструкционного материала взамен стали для изделий ответственного назначения. Цель изобретения - повышение вязкости разрушения при сохранении стабильных значений прочности и пластичности на высоком уровне Указанная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, магний, кальций, по

59

крайней мере один из элементов - церий или лантан и железо, дополнительно содержит иттрий, цирконий, медь и никель при следующем соотношении компонентов, вес.%: Углерод 1,8-3,6 Кремний 1,8-3,6 Марганец 0,1-О, Магний 0,02-0,06 Кальций 0,001-0,050 По крайней мере один из элементов: Церий или лантан 0,01-0,15 Иттрий 0,001-0,10 Цирконий 0,01-0,10 Медь 0,05-0,50 Никель 0,05-0,50 Железо Остальное Введение иттрия в чугун увеличивает степень графитизации, улучшает форму графита, что приводит к значительному увеличению вязкости разрушения

Uic).

Цирконий способствует повышению степени графитизации чугуна и измельчению размеров графитных включений.

Кроме того, он увеличивает время действия модификатора, что делает технологический процесс и свойства чугуна более стаф льными.

введение в чугун кальция основано на его активном взаимодействии с серой„ При содержании серы в чугуне 0,005-0,035 для полной десульфурации достаточно до 0,05% кальция, это количество принято в качестве верхнего предела„ Повышенное содержание кальция (в прототипе до 0,1% и выше) приводит к образованию большого количества неметаллических включений сложного состава, в том числе с РЗМ, распределяющихся в металлической основе и на границе графит-матрица, что приводит к снижению механических свойств

Введение меди и никеля способствует повышению промностных характеритик и увеличивает стабильность механических свойств чугуна за счет легирования матрицы

Введение в расплав РЗМ основано на их высоком сродстве к кислороду и сере, однако действие каждого из 15 редкоземельных элементов (лантана и лантонидов) на графитизацию и физико-механические свойства чугу226

на различно и определять сумму РЗМ, не указывая конкретно элементов, неверно. Введение в состав чугуна церия и лантана благоприятно влияет на очищение границ зерен от неметаллических включений, создает дополнительные центры кристаллизации. Кроме того, церий оказывает глобулизирующее действие на графит. Особенно эффективно вязкость разрушения (К) повышается при совместном введении иттрия, церия, лантана и кальция.

Чугун выплавляют в индукционной печи емкостью 60 кг с основной футеровкой. В качестве шихты используют стальные отходы, ферросплавы и специальные присадки. Предлагаемый состав чугуна можно получить любым из известных способов - ввод элементов или их соединений в ковш или в электропечь .

Механические свойства определяют на образцах, вырезанных из пробных брусков согласно ГОСТ 7293-79. вязкость разрушения оценивают методом .-интеграла согласно РТН . Чугун подвергают ферритизирующему отжигу.

Химический состав и механические свойства известного чугуна С и предлагаемого приведены в таблице.

Как видно из таблицы, предлагаемый чугун имеет требуемый уровень вязкости разрушения (К(сК высокие и более стабильные значения пластичности, ударной вязкости и прочности.

Использование предлагаемого конструкционного чугуна для производства отливок, испытывающих в процессе эксплуатации высокие статические и динамические нагрузки, значительно повышает их надежность в эксплуатации и дает возможность заменить, стальные отливки, поковки и штамповки отливками из высокопрочного чугуна со значительным снижением трудоемкости изготовления деталей.

Замена стального сборного вала цельнолитым из высокопрочного чугуна обеспечит экономический эффект 230 тыс.руб. в год за счет снижения трудоемкости механической обработки, повышения коэффициента использования металла, снижения веса детали.

2

ON

9 Ю СЧ О

о

1Л - - (Л

о о

и

44U

N-

u ff

«Ч

ООN

ffl

fj

«ч01 fM

IM

о t/%

«N-

O1Л

U l/N

о

О

oo

ил

-

fM

CN

CM Чугун, содержащий;углерод, кремний марганец, магний, кальций, по крайней мере один из элементов - церий, 5 лантан и железо, отличающийс я teM, что, с целью повышения вязкости разрушения, он дополнительно содержитИттрий, цирконий, никель и медь при следующем соотношении компр- О нентов, вес,: 1,8-3,6 Углерод 1,8-3,6 Кремний Марганец 0,1-0,f Магний 0,02-0,06 Кальций 0,001-0,050 пр № If 5 If . № Церий, лантан 0,01-0,15 Иттрий0,001-0,10 Цирконий0,01-0,10 Никель0,05-0,50 Медь0,05-0,50 ЖелезоОсталЫчое Источники информации, нятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 39958, кл. С 22 С 37/10, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР 48638, кл, С 22 С 37/10, 1977. 3.Авторское свидетельство СССР 89278, кл, С 22 С 37/10, 1976. k. Авторское свидетельство СССР 02591, кл, С 22 С 37/10, 1976.