Чугун с шаровидным графитом и высоким сопротивлением усталости

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Республиканское унитарное предприятие Гомельский завод сельскохозяйственного машиностроения Гомсельмаш Общество с ограниченной ответственностью Научнопроизводственное объединение ТРИБОФАТИКА(72) Авторы Сосновский Леонид Адамович Жмайлик Валерий Алексеевич Псырков Николай Владимирович Замятнин Владимир Олегович Комиссаров Виктор Владимирович(73) Патентообладатели Республиканское унитарное предприятие Гомельский завод сельскохозяйственного машиностроения Гомсельмаш Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение ТРИБОФАТИКА(57) 1. Чугун с шаровидным графитом и высоким сопротивлением усталости, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, медь, магний и железо, отличающийся тем, что дополнительно содержит молибден и титан при следующем соотношении компонентов,мас.углерод 3,5-3,7 кремний 2,5-2,8 марганец 0,2-0,3 никель 0,5-0,6 медь 1,1-1,3 магний 0,03-0,07 молибден 0,4-0,6 титан 0,01-0,02 железо остальное. 2. Чугун по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно в качестве примесей содержит серу, фосфор и хром. Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов высокопрочных чугунов, которые могут быть использованы для изготовления деталей тяжелонагруженных машин и оборудования, например зубчатых колес, режущих ножей сельскохозяйственных машин и т.д., работающих в условиях высоких знакопеременных нагрузок. 15617 1 2012.04.30 Известен высокопрочный чугун с шаровидным графитом ВЧ-100 (ГОСТ 7293-85),имеющий следующий состав, мас.- 3,2-3,6- 3,0-3,8- 0,4-0,7- 0,01- 0,15- 0,6- 0,8- 0,1- ост. Недостатком данного чугуна являются низкие значения механических свойств, (при максимальном пределе прочности 1000 МПа, относительное удлинение составляет всего 1 ). Известен также чугун (Патент РФ 2112073, МПК 22 37/10, опубл. 27.05.1998 г.),предназначенный для получения отливок, обладающих в исходном состоянии высокой пластичностью и прочностью, содержащий, мас.- 2,7-3,8- 2,1-2,9- 0,15-0,45- 0,1-0,35- 0,4-1,0- 0,03-0,08- ост. Недостатком данного чугуна являются относительно низкие прочностные свойства( 550 МПа). Наиболее близким к предлагаемому чугуну по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является чугун (А.с. СССР 1458416, МПК 22 37/10, опубл. 15.02.1989 г. - прототип), содержащий, мас.- 3,2-3,6- 1,8-2,5- 0,1-0,4- 0,5-0,8- 0,6-0,8- 0,01-0,15- 0,06-0,1 РЗМ - 0,03-0,06- 0,02-0,10- 0,02-0,1- ост. Достоинство аналога состоит в том, что чугун имеет предел выносливости при изгибе 260 МПа. Информация же о сопротивлении контактной усталости (при трении качения) и о прочности при растяжении в патенте отсутствует. Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в разработке состава чугуна с шаровидной формой графита, позволяющего получать повышенные значения сопротивления усталости при изгибе и контактном нагружении с обеспечением высокой прочности при растяжении. Поставленная задача решается тем, что чугун с шаровидным графитом и высоким сопротивлением усталости, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, медь, магний и железо, дополнительно содержит молибден и титан при следующем соотношении компонентов, мас.углерод 3,5-3,7 кремний 2,5-2,8 марганец 0,2-0,3 никель 0,5-0,6 медь 1,1-1,3 магний 0,03-0,07 молибден 0,4-0,6 титан 0,01-0,02 железо остальное. В качестве примесей в чугуне может содержаться сера (0,01-0,015), фосфор (0,0040,08) и хром (0,02-0,06). Принятые пределы содержания компонентов и выбор такого их сочетания обеспечивают возможность стабильного получения указанного технического результата. В составе чугуна компоненты проявляют себя следующим образом. Концентрации основных компонентов - углерода и кремния - способствуют повышению сопротивления усталости при изгибе и контактном нагружении, при обеспечении высоких прочностных свойств чугуна. Марганец повышает количество перлита, в связи с чем повышается временное сопротивление при растяжении и уменьшается относительное удлинение. Медь уменьшает или предотвращает образование феррита и препятствует появлению структурно-свободного цементита в тонких сечениях отливок. Медь оказывает влияние на протекание ликвационных процессов например, ликвация марганца из прямой превращается в обратную. Никель неограниченно растворяется в железе и снижает растворимость углерода в чугуне,т.е. является графитизирующим элементом, однако в 3 раза более слабым, чем кремний. Никель снижает температуру эвтектоидного превращения. Одновременное легирование 2 15617 1 2012.04.30 молибденом и титаном в указанных пределах обеспечивает повышение показателей сопротивления усталости при изгибе и контактном нагружении. В чугуне допускается наличие технологических примесей в виде серы (0,01-0,015),фосфора (0,004-0,08) и хрома (0,02-0,06), так как они могут находиться в исходном сырье,используемом в качестве шихты, но не более указанных пределов. В таких пределах эти примеси не оказывают какого-либо решающего влияния на механические свойства чугуна, к тому же они в достаточной степени нейтрализуются другими элементами состава. Чугун выплавляют в индукционной печи. В качестве шихтовых материалов используют чугун передельный ПЛ-1, лом стальной ЧА, ферросилиций , ферромолибден, ферромарганец , никель, медь, графит гранулированный ГРАН 99, возврат собственного производства в соответствующих пропорциях. Магний в виде модификатора ЭЛМАГ 5800 зерн. сост. 1-10 мм фирмы ЭЛКЕМ вводится методом ковшового модифицирования. Розлив высокопрочного чугуна из печи в земляные формы производится при температуре 1350-1490 С. Механические свойства определяли по стандартным методикам на универсальной испытательной сервогидравлической машине -100.1. Характеристики сопротивления усталости при изгибе и контактном нагружении чугуна определяли на машине СИ-03 М на базе 107 циклов. Химические составы известного и предлагаемого чугуна представлены в табл. 1. В табл. 2 представлено сравнение сопротивления контактной и изгибной усталости предлагаемого чугуна, прототипа и высокопрочной стали. Как следует из табл. 1 и 2, заявленное изобретение позволяет повысить по сравнению с прототипом сопротивление усталости при изгибе с 260 до 290 МПа, обеспечить предел контактной усталости на уровне 1000 МПа и предел прочности при растяжении - 1300 МПа. Таблица 1 Химический состав, мас. Значения предела Значения предела конвыносливости при тактной усталости (при изгибе, МПа трении качения), МПасреднеесреднее 270 310 290 900 1050 975 260 1 Прототип Легированная термоупрочненная СТАЛЬ 302,6 370,6 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3 Таблица 2 Значения предела прочности при растяжении, МПа среднее 1300