Чугун для деталей металлургического оборудования

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ш4С22С3700

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ а -3,2 — 3,8

1,0 — 1,7

0,2 — 0,9

О, 05-0, 15

0,01-0,1

О,1 — 0,4

0,01-0,05

Остальное (21) 3828656/22-02 (22) 10.11.84 (46) 30.04.86. Бюл. N- 16 (71) Донецкий ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (72) В.Ю. Слюсарев, С.И. Козютенко, С.С. Гармаш, В.В. Наугольников и В.А. Шиндяпин (53) 669, 15-196(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1032035, кл. С 22 С 37/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Ф 377396, кл. С 22 С 37/10, 1971.

„„SU„„3 227707 А 1 (54) (57) ЧУГУН ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ МЕТАЛЛУР-

ГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ содержащий углерод, кремний, марганец, титан, олово и железо, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения термостойкости оборудования, он дополнительно содержит медь и цинк при следующем соотношении компонентов, мас. Е:

Углерод

Кремний

Марганец

Титан

Олово

Медь

Цинк

Железо

1 27707

Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию составов чугуна для изготовления изложниц, используемых при разливке цветных сплавов. 5

Цель изобретения — повышение термостойкости оборудования.

Пример . Чугун известного химического состава выплавляли в вагранке производительностью 3 т/ч. Количество стального лома в шихте составляло 207.. В копильнике жидкий чугун продували воздухом в течение 3 мин для снижения содержания углерода.

Медный лом вводили на дно ковша. Цинк и свинец в пакетах из тонкой алюминиевой фольги давали в ковш после заполнения его на 1/3.

Предлагаемый чугун выплавляли в той же вагранке по известной технологии. Медный лом помещали на дно ковша перед заливкой. Гранулированный цинк в пакетах иэ алюминиевой фольги вводили в ковш после заполнения его на

1/3. После выдержки и скачивания шла- 25 ка чугун заливали в земляные формы.

Химический состав известного и предложенного чугунов приведен в табл. 1.

Кремний является наиболее графитизирувщим элементом. Изменением его содержания добиваются нужной степени графитизации. Содержание 1,0-1,6 вес.7. кремния характерно для чугуна, используемого для отливки изложниц.

Структура серого чугуна с пластинча35 тым графитом обеспечивает высокую термостойкость. Понижение и повышение содержания кремния по отношению к оптимальному приводит к увеличению

40 брака по трещинам. Минимальный брак оборудования, работающего в условиях частых теплосмен, наблюдается при содержании кремния 1,7 вес.7., поэтому оправдано кремний вводить в пределах i 0-1,7 вес.X. При избытке

45 кремния выделяется большое количество крупных пластин графита, в результате чего появляются поперечные трещины.

5Î

Содержание марганца 2,0-0,9 вес.7 характерно для серого чугуна, применяемого для отливки изложниц с толщиной стенки около 40 мм. Его положительное влияние проявляется в том, 55 что он действует как раскислитель и десульфуратор: . Изменение его содержания приводит к снижению стойкости оборудования, работающего при многократных нагревах, за счет снижения трещиностойкости.

Титан принадлежит к элементам с большим средством к углероду. Кроме того, он уменьшает содержание вредных примесей в чугуне, таких как сера и азот. При содержании титана

0,05-0,15 вес.7. он оказывает опредаленное графитизирующее действие. Присадка титана измельчает графит и способствует более равномерному его распределению. В этом отношении титан действует значительно сильнее, чем другие легирующие добавки. В результате измельчения графита его прочность и твердость, как правило, увеличиваются. Роль титана в предлагаемых пределах сводится к формированию мелкозернистой структуры, а также рафинированию чугуна путем образования устойчивых соединений с вредными примесями, что улучшает термостойкость предлагаемого чугуна.

При добавке титана менее 0 5 вес.7 он действует только как десульфуратор и частично как раскислитель. При содержании титана свыше 0 15 вес.7 снижается трещиностойкость изложниц и увеличивается брак.

Введение олова 0 01 — 0,1 вес.7. замедляет диффузию углерода н -железе, стабилизирует перлит и предупреж,цает образование выделений феррита в чугуне, а также способствует снижению содержания графита, находящегося в междендритном пространстве. Этот элемент даже в больших количествах не способствует отбелу. Олово повышает механические свойства чугуна, уменьшает склонность к окислению и росту зерна из-за стабализации перлита при высоких температурах. Предложенная добавка олова ограничивает пористость отливок, тем самым значительно повышая их термостойкость. Это является результатом не только стабилизации перлитной структуры, но и в большей степени дисперсности перлита.

Изменение пределов содержания опона приводит к понижению механических свойстн„ что отрицательно сказывается на экю плуатадионной стойкости предлагаемого чугуна.

Медь оказывает благоприятное влияние на технологические и литейные свойства чугуна, введение 0,1

0,4 вес.X увеличивает влияние титана

227707 4 приводит к браку отливок. Увеличение углерода выше 3,8 вес.X приводит к получению более крупного графита и перлита. Осуществить увеличение углерода при ваграночной плавке сложно.

Изменение указанных пределов по углероду при ваграночной плавке экономически нецелесообразно.

Изучение структуры и свойств приводили на специальных пробах, отбитых от отливок. Структуру изучали и оценивали на микроскопе "NEOPHOT-21" по

ГОСТ 3443-77. Размер и форму контролировали на нетравленных шлифах, а количество феррита и перлита — после травления в 47-ном растворе HNO в спирте. Твердость замеряли на приборе типа ТШ-2 в соответствии с ГОСТ

9583 †.

Значения твердости и характер структуры приведены в табл. 2.

Экспериментально установлено, что в процессе эксплуатации происходит интенсивный нагрев изложниц, графитизация цементита, разупрочнение,. и растрескивание. Трещины развиваются по графитным включениям, которые являются концентраторами напряжений.

Для увеличения термостойкости необ30 ходимо введение в чугун меди и цинка.

Из табл. 2 видно, что наиболее высокую термическую стойкость имеет предлагаемый чугун (плавки 1-3) .

Изменение пределов содержания ингредиентов приводит к некоторому снижению термической стойкости. Изложницы из чугуна-прототипа показали более низкую стойкость, которая связана с более интенсивным изменением

i Mo Fe

Предлагаемый

Осталь3,2 i 0 0,2 0,05 0,01 0,1 0,01 ное

3,5 1,35 0,6 0,11 0,06 0,3 0,03

3,8 2,7 0,9 0,15 0 1 0,4 0 05

3,0 0,87 0,1 0,03 0,008 0,09 0,008

3,92 1,8 099 0,17 0,2 0,52 0,061

Известный

0,51 0,84 0,26

2,94 1,9 0,8 0,08 0,081

3 1 на образование пластинчатого графита.

Предложенная добавка меди, благоприятствующая образованию перлита, приводит к выравниванию структуры и механических свойств во всем сечении даже. толстостенной отливки, повышая термическую стойкость чугуна при циклических нагревах.

Избыточное увеличение содержания меди в чугуне сопровождается неблагоприятным понижением его механических свойств, что вызывается сегрегацией свободной меди по границам зерен. При содержании меди меньше 0 1 вес.7. она почти полностью входит в твердый раствор и не стабилизирует структуру при многократных нагревах.

Добавка цинка 0,01-0,05 вес.X усиливает положительное действие титана и меди. Введение цинка в предложенных пределах не изменяет твердость предлагаемого чугуна, но выравнивает структуру и свойства по сечению. Увеличение содержания цинка выше

0,05 вес.% приводит к получению пористЬсти в отливках, а уменьшение содержания ниже 0,01 вес.Е. не оказывает существенного действия на структуру и свойства предлагаемого чугуна.

Введение углерода 3,2-3,8 вес.Е позволяет получить в отливках структуру пластинчатого с розеточным расположением графита и перлита, что обеспечивает высокие механические свойства и термостойкость предлагаемого чугуна. Снижение углерода ниже

3,2 вес.7 возможно при добавке в шихту большого количества стального лома, что приводит к снижению температуры выпускаемого чугуна, чаще всего структуры при эксплуатации.

Таблица 1

1227707 а б л и ц а 2

Характер структуры после 30 циклов

Твердость, НВ

Плавка, N исход- после 30 ная цикпов

204

180

145

30

180

140

195

75

20

210

136

190

30

180

195

60

210

132

190

45

60

160

1!Э 7

230

Составитель Н. Шепитько

Техред Л.Олеиник Корректор С. Черни

Редактор М. Дылын

Заказ 2267/30 Тираж 567

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Термостойкость

900 0, цикл

Размер графитных Количе включений, мкм феррита ство, 7 г перлита