Ковкий чугун

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам ферритньпс ковшей чугунов с высокими прочностными свойствами при высоких температурах. Целью изобретения является повышение прочности .при температурах 600-800 С и износостойкости . Чугун предложенного состава содержит , мас.%: углерод 2,0-2,9; кремний 1,0-1,7; марганец 0,1-0,5; медь 0,4-0,7; ниобий 0,05-0,25; алюминий 0,05-0,20; магний 0,01-0,05; иттрий 0,01-0,04, празеодим 0,02-0,05; железо остальное. Полученные при использовании предложенного чугуна свойства позволяют использовать его для изготовления деталей, работающих в условиях высоких температур и в присутствии агрессивной средьт. 2 табл. б (Л со оо 00 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (58 4. С 22 С 37 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ. СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3958690/22-02 . (22) 19.08.85 (46) 30.05.87. Вюл. У 20 (71) Всесоюзный заочный машиностроительный институт (72) f0. E. Абраменко, М. П. Шебатинов и П. П. Сбитнев (53) 669.15-196(088.8) (-56) Авторское свидетельство СССР

В 648638, кл.. С 22 С 37/10, 1979.

Авторское свидетельство СССР

1057569, кл. С 22 С 37/10, 1982. (54) КОВКИЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам ферритных ковшей чугунов с высокими

„SU, 1313887 А1 прочностными свойствами при высоких температурах. Целью изобретения является повышение прочности .при темо пературах 600-800 С и износостойкости. Чугун предложенного состава содержит, мас.Х: углерод 2,0-2,9; кремний 1,0-!,7; марганец 0,1-0,5; медь

0,4-0,7; ниобий 0,05-0,25; алюминий

0,05-0,20; магний 0,01-0,05; иттрий

0,01-0,04, празеодим 0,02-0 05; железо остальное, Полученные при использовании предложенного чугуна свойства позволяют использовать его для изготовления деталей, работающих в условиях высоких температур и в присутствии агрессивной среды.

2 табл.

1313887

Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию ферритных ковких чугунов с высокими прочностными свойствами при высоких температурах. 5

Цель изобретения — повышение а прочности чугуна при 600-800 С и износостойкости, Пример. Выплавку чугуна про-1О водят в индукционной печи ИСТ-025 на шихте, состоящей из чушковых чугунов и стального лома. В расплав вводят легирующие элементы; медь, ниобий и алюминий, Жидкий чугун нагревают до

1500 С, выдерживают 15 мин и выпускают в разливочный ковш, на дно которого помещают магний, иттрий и празеодим. Заливку в разовые формы проо водят при 1420-! 360 С. Литые образцы подвергают грабитизируюшему отжигу на ферритную структуру.

Химический состав выплавленных чугунов приведен в табл. 1, а физикомеханические свойства в табл. 2.

Свойства определяют после соответствующей термической обработки.

Легирование оказывает существенное влияние на формирование структуры ковкого чугуна, в частности включения углерода отжига распределены 1оавном--рно, имеют более округлую форму, что является результатом графитиэирующего действия "àêèõ добавок, как медь, никель и другие, способствующих увеличению числа центров графитизации, и тем самым уменьшению длины пути атомов углерода, диффундирующих к центрам графитиэации, что обеспечивает качественный отжиг. 40

Верхние предельные содержания углерода и кремния выбраны с учетом предотвращения выделения включений графита в процессе первичной кристаллизации жидкого чугуна. Нижние пределы содержания углерода и кремния (2,0 и 1,0Х соответственно) являются границей, после которой происходит существенное снижение количества центров кристаллизации и образования не- 50 благоприятйой первичыой структуры белого чугуна, а также ухудшение его литейных свойств.

Содержание марганца выбрано с учетом получения ферритной структуры в чугуне. Нижний предел обусловлен его присутствием в исходных шихтовых ма-. териалах. Превышение содержания марганца выше верхнего предела тормозит вторую стадию графитизации, способствуя вьщелению перлитной структурной составляющей, что отрицательно сказывается на ударной вязкости ковкого чугуна.

Легирование ковкого чугуна медью приводит к однородности структуры белого чугуна и увеличению физико-механических свойств после графитизирующего отжнга, При содержании меди выше верхнего предела в структуре белого чугуна присутствует перлит, что отрицательно сказывается на первой стадии графитизации и в дальнейшем на снижении ударной вязкости..Присадка меди меньше нижнего предела не оказывает положительного влияния на про.,есс термообработки и физико-механические свойства. При. этом,влияние меди существенно зависит от других легирующих элементов, а также и от модификаторов.

Присадка ниобия способствует измельчению первичного зерна и дисперсионному упрочнению, что существенно сказывается на повышении жаростойкости и износостойкости. Содержание ниобия меньше нижнего предела (0,057) не влияет на изменение структуры и прочностные свойства чугуна, а больше верхнего приводит к замедлению второй стадии графитизации и повышению твердости, а следовательно, снижению вязких свойств ферритного ковкого чугуна.

Легирование чугуна алюминием приводит к раскислению расплава, образованию неметяллкческих включений и их удалению, а также к легированию феррита, его упрочнению.и, в конечном итоге, к повышению жаростойкостии.

Присадка алюминия меньше нижнего предела не влияет на характер распределения и количество неметаллических включений. Его содержание выше верхнего предела приводит к загрязнению расплава неметаллическими включениями, особенно при большом содержании кремния, Комплексное модифицирование ковкого чугуна непосредственно приводит к раф:.1н;:;рог анжо от вредных примесей, улучшению фо!,,;.,: вкг,юче:-;1й угг пода отжига, сокращению режимов термосбработки и повышению его физи..;- -механических свойств как при комнатной., так и при высоких температурах,.

Таблица 1

Содержание химических элементов, мас.Х

Si Mn Cu Nb Al

Сплав

С М

0,005

2,9 2,5 0,25 0,35

Известный

2,0 1 0 0 1 0,4 0,03 0 05

0,01

Выход за предель:

2,0 !„0 0,1 0,4 0,05 0„05 0,01

Предлагаемый

2,45 1,35 0,3 0,5 0,15. 0,12

0,03

2,9 1,7 0,5 0,7 0,25 0,20 0,05

2,9 1,7 0,5 0,7 0,35 0,20

0,05

Выход за пределы

Модифицирование расплава магнием в количестве, меньшем нижнего предела (0,017), практически не оказывает воздействия на свойства расплава, а следовательно, не влияет на цикл отжига. Присадка этого модификатора больше верхнего предела приводит к увеличению продолжительности второй стадии графитиэации и ухудшению свойств, что, вероятно, связано с эффектом еремодифицирования.

Лучшие результаты получаются при вводе магния совместно с иттрием и празеодимом. Сложное модифицирование приводит к существенному снижению второй стадии графитиэации. Включения графита получаются правильной шаровидной формы средних размеров и равномерно распределенных. Это связано с тем, что магний в основном связывает кислород, а иттрий и празеодим серу и фосфор в сульфиды и фосфиды, которые в процессе выдержки коагулируют и всплывают в шлак. Оставшаяся часть этих включений размером меньше одного микрона является центрами кристаллизации металлической основы, так как они образуются в расплаве. Поэтому присадка иттрия и празеодима меньше нижнего и больше верхнего пределов приводит к нарушению условий кристаллизации жицкого

13887 4 чугуна, а следовательно, уменьшению требуемых свойств.

Испытания показывают, что предлагаемый чугун обладает более высокими свойствами (статической прочностью при высоких температурах и износостойкостью). Ниэколегированный ковкий чугун можно с успехом использо" вать для изготовления деталей, :.рабо10 тающих в условиях высоких температур и в присутствии агрессивной среды, а также испытывающих термоциклическое воздействие.

Формула и э обретения

Ковкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, магний, медь, иттрий, праэеодим и железо, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью о повышения прочности при 600-800 С и

20 износостойкости, он дополнительно содержит ниобий и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.X:

Углерод 2,0-2,9

Кремний I,0-1,7

Марганец 0,1-0,5

Магний 0,01-0,05

Медь 0,4-0,7

Иттрий 0,01-0,04

Hpазеодим 0,02-0,05 .Ниобий 0,05-0,25

Алюминий 0,05-0,20

Железо Остальное

1313887 б

Продолжение табл. 1

Содержание химических элементов, мас.Ж

Г C: Х

Сплав

Y Pr Zr Cu Ni Cl Fe

0,05 0,025 0,05 0,025 0,35 0,03 Остальное

Изв естный

То же

Выход за пределы

Таблица 2

Прочность,, МПа, при температурах, С

Износостой2 кость, г/м -ч

Сплав

20 200 400 600 800

573,0 560

420 400

430 235

148

0,09

Известный

Выход за пределы

301

218

100

0,3

Предлагаемый 1

480 470

162

0,05

173

0,01

180

0,01

Выход за пределы

112

0,06

Составитель Н. 111епитько

Редактор И. Сегляник Техред jI.0ëèéíûê Корректор С. Иекмар

Тираж 605 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2183/27

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

Выход, за. пределы

"1

Преддф а ый "1 ф

Ъ, 2

0,005 0,01

0,01 0,02

0,03 0,035

0,04 0,05

0,06 0,07

529 518

537 528

441 420

362 300

40I 332

410 340

320 241