Холодостійкий чавун

Холодостійкий чавун, що містить вуглець, кремній, марганець, нікель, магній, рідкоземельні метали, кальцій, алюміній, фосфор, залізо, який відрізняється тим, що додатково містить ванадій та кобальт при наступному співвідношенні компонентів, мас.ч.%: 3 11692 4 зниках ударної в'язкості чавун не відповідає вимоА.С. вміст міді (0,005-0,15%) практично не впливає гам до матеріалів деталей, що експлуатуються в на зміну параметрів структури при нижньому вмісумовах ударно-циклічних навантажень, в тому ту нікелю (0,26%), а за вмісту нікелю 0,85% дія міді числі за низьких температур. підсилюється графітизуючим та перлітизуючим Найбільш близьким по складу інгредієнтів, теефектом нікелю, що веде до зниження пластичнохнічній суті та досягнутому ефекту до чавуну, що сті та ударної в'язкості при підвищенні міцності. пропонується, є чавун [А.С. 985120, МПК3 Метою винаходу, що пропонується, являється С22С37/04, опубл. 30.12.82, бюл.№48], який міспідвищення пластичності та ударної в'язкості чатить вуглець, кремній, марганець, хром, нікель, вуну з кулястим графітом та підвищення його хотитан, магній, церій, кальцій, алюміній, мідь при лодностійкості до температур мінус 60°С. слідуючому вмісті компонентів (мас.ч.%): Поставлена мета досягається тим, що чавун, вуглець 3,35-3,95 який містить вуглець, кремній, марганець, нікель, кремній 2,2-3,5 магній, церій, кальцій алюміній, фосфор,, залізо, марганець 0,1-0,65 згідно з корисною моделлю, додатково містить хром 0,005-0,25 ванадій та кобальт при слідуючому співвідношенні нікель 0,26-0,85 компонентів (мас. ч. %): титан 0,001-0,045 вуглець 2,8-3,25 магній 0,02-0,08 кремній 2,0-2,5 церій 0,001-0,08 марганець 0,3-0,45 кальцій 0,002-0,04 нікель 0,35-0,75 алюміній 0,002-0,15 магній 0,025-0,06 мідь 0,005-0,15 рідкоземельні метали (церієвої залізо решта. групи) 0,005-0,05 Чавун в якості домішок містить сірку (0,001кальцій 0,005-0,05 0,026%) та фосфор (0,001-0,09%). Відомий чавун алюміній 0,01-0,1 має задовільні показники міцності, ударної в'язкосванадій 0,15-0,3 ті за температури мінус 30°С та твердості і може кобальт 0,1-0,15 застосовуватись для виготовлення автомобільних фосфор 0,02-0,07 деталей. залізо решта. Стандартами України [ДСТУ3925-99], Росії Чавун містить як неминучі домішки: сірка - не [ГОСТ7293-85], США [ASTM А-536-80], Німеччини більше 0,01%, хром - не більше 0,1%. [DIN1693] та ін. показником холодостійкості чавуну Вказані в меті винаходу властивості чавуну є величина його ударної в'язкості за температури забезпечуються феритною металевою основою, мінус 40°С, а для холодостійких сталей (напризміцненою ванадієм, нікелем та кобальтом. Мехаклад 09Г2С, 14Г2,15Х і ін.) за температур мінус нічні властивості чавуну з кулястим графітом бага40°С та мінус 60°С. Однак, недостатній рівень пото в чому визначаються системою легування та казників пластичності (5,8-8,5%) та низької ударної складом сфероїдизуючого модифікатору. Особлив'язкості за температур мінус 40°С та мінус 60°С во це позначається на показниках пластичності та значно звужують область застосування чавуну для ударної в'язкості. Поєднання легування та модифівиробництва деталей машин та обладнання, що кування комплексними модифікаторами призвоексплуатуються в умовах динамічних навантажень дить до підвищення пластичності чавуну, що попри низьких температурах. Низький рівень холов'язано не тільки зі збільшенням феритної достійкості відомого чавуну обумовлений високим складової структури, але і високою рафінуючою вмістом кремнію (до 3,5%) та хрому (до 0,25%). здатністю складових модифікатору (кальцію і РЗМ) Підвищення вмісту кремнію в чавуні супроводжута рівномірністю розподілу легуючих (нікелю, вається утворенням в його структурі твердого та манадію, кобальту) в структурних складових матриці. лопластичного силікофериту. За вмісту кремнію Введення до складу чавуну ванадію (0,15-0,3%) біля 3,5% в чавуні значно знижується пластичність дозволяє зміцнити металеву основу, збільшити і, особливо, ударна в'язкість навіть при кімнатних опір руйнуванню чавуну під дією ударних навантемпературах. Характерними для чавуну феритнотажень. В той же час ванадій є одним із карбідоутго класу (до якого відноситься чавун по А.С. ворюючих елементів. Тому при вмісті ванадію бі985120) являється те, що при вмісті кремнію більльше 0,3% можуть утворюватись карбіди, які ше 2,8% він може мати високі показники пластичспричиняють падіння показників пластичності та ності і міцності, але дуже низьку холодостійкість за в'язкості руйнування чавуну. При вмісті ванадію температур мінус 40°С і нижче (ударна в'язкість менше 0,15% кількість його недостатня для зміцменше 20Дж/см2). Негативний вплив кремнію в нення металевої основи чавуну та ефективного чавуні на ударну в'язкість посилюється високим підвищення його ударної в'язкості, в тому числі вмістом вуглецю (3,38-3,95%), що унеможливлює при низьких температурах. застосування його, як холодостійкого матеріалу за До складу чавуну введено кобальт (0,1-0,15%), температур нижче мінус 30°С. який при сумісній дії комплексних модифікаторів, Навіть легування чавуну нікелем (0,26-0,85%) сприяє усуненню карбідів та збільшенню феритної та міддю (0,005-0,15%), які в деякій мірі зміцнюють складової структури. В цьому випадку не проявляметалеву основу, не в повній мірі усуває крихкість ється карбідоутворююча дія ванадію (за його вмісчавуну (особливо за температур нижче мінус 40°С) ту 0,15-0,3%). внаслідок утворення карбідної складової, що видіМеханізм впливу цих елементів (ванадію, коляється по межах зерен. Вказаний в наведеному бальту, нікелю) в комплексі, головним чином, по 5 11692 6 лягає в легуванні металевої основи і подрібненні (десульфурації при високому вмісті сірки). Підвипродуктів розпаду аустеніту. Підвищення пластичщений вміст хрому в чавуні (більше 0,1%) не допуних та ударних властивостей пов'язано зі збільскається внаслідок утворення комплексних карбішенням дисперсності структури, рівномірністю дів, які різко знижують ударну в'язкість, розподілу легуючих в структурних складових і їх холодостійкість та пластичність чавуну. зміцнення, сфероїдизацією неметалевих вклюВуглець і кремній - основні елементи чавуну, чень, усуненням структурно-вільних карбідів, які які відіграють вирішальну роль в формуванні струвиділяються по межах зерен. ктури металевої матриці чавуну. Їх співвідношення Співвідношення легуючих вибрано на основі та кількісний склад визначені, виходячи із умов аналізу металографічних досліджень по їх впливу формування металевої матриці без структурнона структуроутворення в чавуні з кулястим графівільних карбідів. том зі отупінню евтектичності 0,85-0,95. За вмісту Відомо, що підвищений вміст кремнію (більше менше 0,35% нікелю, 0,1% кобальту та 0,15% ва2,5%) негативно впливає на холодостійкість чавунадію їх ефективність впливу на зміну параметрів ну, різко знижуючи показники його ударної в'язкосструктури мало помітна, а при вмісті більше верхті при мінусових температурах. В той же час при ньої межі (0,75%Ni, 0,15%Co, 0,3%V) в структурі вмісті кремнію менше 2,0% і вуглецю менше 2,8% збільшується кількість перлітної складової, що зростає вірогідність формування карбіднопризводе до зменшення показників пластичності і цементної складової в структурі чавуну при сфероударної в'язкості та зростання міцності і твердості. їдизуючому модифікуванні, особливо в тонкостінСумісне легування чавуну кобальтом і ванадіних виливках. Підвищений вміст вуглецю (більше єм суттєво підвищує ефективність впливу на під3,25%) та кремнію (більше 2,5%) позитивно впливищення пластичних властивостей, в тому числі вають на формування феритної структури в вилихолодостійкості, усуваючи крихкість, яка виникає вках, але дещо знижують пластичність і значно при легуванні тільки ванадієм (за його вмісту на зменшують холодостійкість чавуну. верхній межі 0,3%). Проведена дослідно-промислова перевірка Алюміній, який міститься в чавуні (0,01-0,1%), чавуну складу, що пропонується. Вихідний чавун не впливає суттєво на механічні властивості, але виплавляли в індукційній печі ІСТ016. В якості шидозволяє збільшити щільність металу, зменшити хтових матеріалів використовували відходи сталей кількість підкоркових газових раковин, що утворю20, 25, 08КП, електротехнічних сталей 2112, 2211 і ються при виготовленні виливків в сирих пісчаноін., нікель гранульований НЗ, кобальт металічний глинистих формах. Підвищення вмісту алюмінію К1, ферованадій ФВд 48УО. Навуглецювання пробільше 0,1% зменшує рідкоплинність розплаву. водили графітовим порошком в процесі плавки. Можливе утворення в виливках плівок, які знижуНасичення розплаву кремнієм здійснювали після ють механічні властивості, погіршують товарний досягнення необхідного вмісту вуглецю в розплаві. вигляд виливків. При вмісті алюмінію менше 0,01% Легуючі вводили в розплав після його перегріву до його дія не виявлена. 1450°С. В випадку використання легуючих в виОбмеження по вмісту фосфору в чавуні (не бігляді порошків їх вводили сумісно з сфероїдизуюльше 0,07%) пояснюється тим, що він може знахочими модифікаторами ФСМг7 з РЗМ або ЖКМК2Р. дитись в евтектиці. Легкоплавка (935°С) потрійна Сфероїдизуюче модифікування проводили відоевтектика (6,89%Р, 1,96%С і 91,15%Fe) розміщумими методами "сендвіч-процес" або "інмолдється в вигляді суцільної сітки навколо зерен ауспроцес". Графітизуюче (вторинне) модифікування теніту і тим самим призводить до крихкості чавуну. проводили феросиліцієм ФС75 фракції 2-4мм. ТеТака евтектика може утворюватись навіть при мпература модифікування 1450±10°С. Одночасно 0,09% фосфору за сповільненої кристалізації виз дослідними виливками, в відповідності до ДСТУ ливка. За сповільненого охолодження в інтервалі 3925-99, були відлиті заготовки зразків для визнатемператур 600-450°С виливків із чавуну з кулясчення механічних властивостей, в тому числі хотим графітом з високим вмістом фосфору різко лодостійкості. Виливки разом із заготовками підзменшується його ударна в'язкість при відносно давали короткочасному феритизуючому відпалу. Із високій пластичності. Особливо знижується холозаготовок виготовляли зразки для визначення подостійкість чавуну. Нижня межа вмісту фосфору казників міцності, пластичності та ударної в'язкос(0,02%) обмежується складом вихідних вітчизняті. Ударну в'язкість визначали на зразках без надних шихтових матеріалів. Технологічний процес різу (КС) та з U - подібним надрізом (KCU). видалення фосфору із розплаву (особливо при Визначення показників механічних властивосвиплавці в індукційних печах) надто трудомісткий і тей чавуну, що заявляється, та чавуну-прототипу економічно недоцільний. проведено згідно ГОСТ 1497-84 "Металлы. МетоМагній, рідкоземельні метали та кальцій явды испытаний на растяжение" та ГОСТ 9454-78 ляються рафінуючими та сфероїдизуючими еле"Металлы. Методы испытаний на ударный изгиб ментами і їх співвідношення вибрано із умови одепри пониженных, комнатной и повышенной темпержання чавуну з високою отупінню сфероїдизації ратурах". Випробування для визначення показниграфіту, глибокої дегазації та рафінування розпків тимчасового опору при розтягуванні ( в ), умолаву, усунення демодифікуючого впливу шкідливної межі текучості ( 0,2 ), відносного подовження вих домішок. ( ) виконані на універсальній розривній машині Сірка і хром в складі чавуну, що пропонується, ЦДМУ-30т, для визначення показників ударної є шкідливими домішками і їх вміст визначається в'язкості - на копрі маятниковому МК30А. При вискладом шихтових матеріалів або проведенням пробуванні за низьких температур зразки охолододаткових технологічних операцій при плавці 7 11692 8 джували в термостаті в суміші вуглекислоти ("сується зниження показника ударної в'язкості за нихий лід") та етилового спирту (мінус 40°С) та в зьких температур (холодостійкості). Особливо це суміші рідкого азоту і етилового спирту (міпоказово при випробуванні зразків з надрізом. нус 60°С). Більш висока пластичність та ударна в'язкість Хімічний склад та властивості чавуну дослідза низьких температур (холодостійкість) дозволяних плавок наведені в Таблицях 1, 2, 3. ють рекомендувати чавун для виготовлення литих Склад 1 - чавун-прототип, 2, 3, 4 - чавун, що деталей автомобілів, сільгосптехніки і іншого обпропонується. ладнання, що експлуатується в умовах динамічноЯк видно із Таблиць 2, 3 чавун, що пропонуго навантаження за низьких температур. ється, має більш високі показники пластичності та Впровадження цього чавуну може дати значударної в'язкості в інтервалі температур від плюс ний техніко-економічний ефект за рахунок викори20°С до мінус 60°С в порівнянні з відомим при стання більш дешевих шихтових матеріалів (відблизьких значеннях міцності і твердості. ходи сталі), зменшення металоємності виробів та При вмісті компонентів в кількостях, що відрізенерговитрат при виробництві, збільшення ексняються від запропонованого складу, спостерігаплуатаційної надійності машин та обладнання. Таблиця 1 Хімічний склад чавуну з кулястим графітом дослідних плавок Чавун С Запропонований 1 2 3 Відомий Si Mn Ni Mg Хімічний склад, мас. частка % PЗM Са Аl V Со (Се) 3,25 2,0 0,45 0,35 0,025 0,03 0,05 0,01 0,3 0,15 Р Cr S Ті Сu 0,07 0,1 0,01 3,00 2,25 0,39 0,75 0,06 0,005 0,005 0,05 0,20 0,12 0,06 0,073 0,09 2,8 2,5 0,3 0,5 0,036 0,05 0,03 0,10 0,15 0,1 0,02 0,06 0,007 3,5 3,2 0,55 0,6 0,03 0,024 0,002 0,10 0,055 0,15 0,011 0,04 0,15 Таблиця 2 Механічні властивості чавуну дослідних плавок Чавун Запропонований 1 2 3 Відомий Механічні властивості Тимчасовий опір при Умовна межа теку- Відносне подовженчості 0,2 , МПа розтягуванні в , МПа ня , % 560 433 21,0 586 458 20,6 602 484 23,0 624 490 8,0 Твердість НВ, МПа 179 169 171 187 Таблиця 3 Ударна в'язкість чавуну дослідних плавок Чавун +20 Запропонований 1 2 3 Відомий 128 144 151 95 Комп’ютерна верстка Н. Лисенко Ударна в’язкість (Дж/см2) за температури (°С) -40 -60 +20 -40 -60 Зразки без надрізу (КС) Зразки з надрізом (KCU) 75 57 24 20 124 63 34 29 122 65 33 31 43 25 19 14 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 18 24 28 3