Чугун

 

Изобретение относ ится к области металлургии, в частности к термостой КИМ чугунам для металлических форм. Целью изобретения является повышение эксплуатационной -стойкости в условиях периодических нагревов и охлаждений от 293 до 800-1000 К. Предложенный чугун содержит, мас.%: углерод 3,0-.3,6; кремний 1,8-2,6; марганец 0,.7-1,5; титан 0,15-0,4; цирконий 0,12-0,4; кальций 0,01-Q,08; ниобий 0,03-0,2; сурьма 0,02-0,1; азот 0,02- 0,18; бориды иттрия 0,03-0,1; бориды лантана 0,02-0,05; хром 0,12-0,51; медь 0,05-0,35; церий 0,03-0,12; барий 0,04-0,08; железо - остальное. Термическая стойкость предложенного чугуна составляет 2710-3240 циклов. 2 табл. с S

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (1) 4 С 22 С 37/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4184563/31-02 (22) 19.01.87 ,(46) 30,06, 88. Бюл. N9 24 (71) Всесоюзный заочный политехнический институт (72) Ю.Г.Серебряков, M.È.Карпенко, Б,К.Святкин и С.M.Áàðäþêîâà (53) 669.15-196(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 960296, кл. С 22 С 37/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 1214778, кл. С 22 С 37/00, 1986, (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к области металлургии, в частности к термостойким чугунам для металлических 4орм.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости в условиях периодических нагревов и охлаждений от 293 до 800-1000 К. Предложенный чугун содержит, мас.Ж: углерод

3,0-.3,6; кремний 1,8-2,6; марганец

0,.7-1,5; титан 0,15-0,4; цирконий

0,12-0,4; кальций 0,01-9,08; ниобий

0,03-0,2; сурьма 0,02-0,1; азот 0,020,18; бориды иттрия 0,03-0, 1; бориды лантана 0,02-0,05; хром 0,12-0,51; медь 0,05-0,35; церий 0,03-0,12; барий 0,04-0,08; железо — остальное.

Термическая стойкость предложенного чугуна составляет 2710-3240 циклов, 2 табл.

1406202

Изобретение относится к металлургии, в частности к термостойким чугунам, применяемым для изготовления металлических форм, работающих в условиях периодических нагревов и охлаждений.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной стойкости в условиях периодических нагревов и охлаждений от 293 до 800-1000 К, Предложенный чугун содержит углерод, кремний, марганец, титан, цирконтФ, кальций, ниобий, сурьму, азот, бориды иттрия, бориды лантана, хром, 15 медь, церий, барий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3,0-3,6

Кремний 1,8-2,6 20

Марганец 0,7-1,5

Титан 0,15-0,4

Цирконий 0 12-0 4

Кальций 0,01-0,08

Ниобий 0,03-0,2 25

Сурьма 0,02-0,1

Азот 0,02-0 18

Бориды иттрия 0,03-0,1

Бориды лантана 0,02-0,05

Хром 0,12-0,51 30

Медь 0,05-0,.35

Церий 0,03-0,12

Барий 0,04-0,08

Железо О сталь ное

Дополнительное введение хрома в количестве 0,12-0,51 мас.% микролегирует металлическую основу, упрочняет ее, увеличивая сопротивляемость эрозии и кавитации и повышает корро- 40 зионную усталость, микротвердость и термическую стойкость, что обеспечивает существенное повышение кавитационной и эксплуатационной стойкости при 800-1000 K,Ïðè концентрации хрома 45 до 0,12 мас.% упрочнение металлической основы и увеличение сопротивляемости эрозии и кавитации недостаточны, а при концентрации их бол ее О, 5 1 ма с . % увеличивается выделение нитридов 50 хрома по границам зерен, их коагуляции и снижение пластических свойств и сопротивляемости кавитации.

Дополнительное введение бария в количестве 0,04-0,08 мас.% повышает стабильность структуры в широком интервале температур и компактность (фактор формы) углерода, уменьшает содержание неметаллических включений и загрязненность границ зерен, увеличивает сопротивляемость чугуна напряжениям и знакопеременным динамическим нагрузкам, что обеспечивает повышение ударной вязкости и эксплуатационной стойкости при повышенных температурах. При концентрации бария менее

0,04 мас.% повышения стабильности структуры и эксплуатационных свойств чугуна не достигается, а при повышении содержания его более 0,08 мас.% отмечается усиление графитизирующего влияния бария на структуру металла, выделение крупных пластин углерода в литом металле и снижение механических свойств как при обычных, так и при повышенных температурах.

Дополнительное введение меди в количестве 0,05-0,35 мас.% измельчает структуру, увеличивает прокаливаемость и твердость чугуна, оказывает влияние на природу упрочняющих фаз и их термическую стойкость, что способствует снижению износа и повышению кавитационной стойкости. Содержание меди принято от концентрации, при которой начинает сказываться их влияние на структуру отливок и кавитационную стойкость, а верхний предел меци (0,35 мас.%) обусловлен снижением предела выносливости стрелы прогиба и пластических свойств ввиду снижения растворимости ее в металлической основе при более высоких концентрациях и увеличения ликвации в отливках.

Дополнительное введение церия в количестве 0,03-0,12 мас.%. способствует измельчению включений графита, повышению эксплуатационной стойкости, трещиностойкости, износостойкости и прочности чугуна при повышенных температурах. Нижний предел концентрации церия принят от значения, с которого начинает. сказываться его влияние на размеры и форму графита.

При увеличении концентрации церия более 0,12 мас,% возрастает угар металла, увеличивается количество не. металлических включений по границам зерен, снижаются пластические и эксплуатационные свойства чугуна при нагреве и охлаждении.

Содержание углерода, марганца и кремния выбрано с учетом практики производства термостойких отливок и с повышенной стабильностью эксплу1406202

35 атационных и механических свойств.

При увеличении их концентрации вьппе верхних пределов стабильность прочности, предела выносливости и характеристики упругопластических свойств снижаются, а при снижении ниже нижних пределов недостаточны литейные свойства, прочность и эксплуатацион ная стойкость при температурах более !О

800 К.

Титан (0,15-0,4 мас.7.), ниобий (0,03-0,2 мас.7.), цирконий (0,120,4 мас. .) и азот (0,02-0,18 мас.Х) упрочняют и микролегируют матрицу, 15 повышают ее термостойкость и эксплуатационную стойкость при 800-1000 К.

Введение сурьмы измельчает графит, нейтрализует влияние хрома при термоупрочнении, снижает коэффици- 20 ент термического расширения и повышает сопротивляемость термомеханическим воздействиям, что обеспечивает повьппение эксплуатационной стойкости кокилей при нагреве до 800- 25

1000 К, При концентрации сурьмы до

0,02 мас.7 сопротивляемость термомеханическим воздействиям и эксплуатационная стойкость кокилей недостаточны, а при концентрации сурьмы более 30

0,1 мас. снижается термическая стойкость и сопротивляемость кокилей ударам и знакопеременным нагрузкам.

Введение кальция в количестве

0,01"0,08 мас.X раскисляет и модифицирует расплав, очищает гратп цы зерен, повышает эксплуатационную стойкость в условиях теплосмен. Верхний предел ограничен недостаточной. растворимостью кальция в чугуне, а при 40 концентрации кальция менее 0,01 мас.7 модифицирующий эффект недостаточен, что приводит к снижению эксплуатационной стойкости кокилей.

Бориды иттрия в количестве 0,03- 45

0,1 мас.X упрочняют металлическую основу и повышают ее микротвердость и прочность, увеличивают износостойкость чугуна в отливках, термическую и фрикционную теплостойкость при по50 вьппенных температурах, что обеспечивает существенное повьппение эксплуатационной стойкости при термическом и фрикционном разогреве до 800-1000 К.

При содержании боридов нттрия до

0,03 мас.X увеличение микротвердости и эксплуатационной стойкости при фрикционном разогреве незначительное, а при концентрации боридов иттрия более О,1 мас.X увеличивается количество включений, расположенных по границам литых зерен, снижается динамическая прочность чугуна и эксплуата- ционная стойкость.

Бориды лантана в количестве 0,020,05 мас.X мнкролегнруют металлическую основу, увеличивают ее стабильность до более высоких температур и повышают стабильность предела выносливости, что обеспечивает снижение износа при фрикционном разогреве до

800-1000 К. Нижний предел концентрации боридов лантана принят от значений (0 02 мас. ), когда заметно повьппается микротвердость матрицы и стабильность предела выносливости при 1000 К, а верхний предел концент рации боридов лантана (0,05 мас.Х) обусловлен снижением фрикционной теплостойкости при 800-1000 К при более высоких концентрациях боридов лантана.

Пример. Опытные плавки проводят в дуговой электропечи емкостью

1,5 т с кислой футеровкой. Микролегирование медью производят в печи за

3-б мин до выпуска в ковш. Перегрев чугуна составляет 1700-1750 К. Бориды иттрия, лантана, сурьму, церий и модификаторы вводят в ковш. Разливку металла производят в сухие жидкостекольные формы при 1á50-1780 К.

В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок, в табл,2результаты механических и эксплуатационных испытаний чугунов, полученные на заготовках и пробах в литом состоянии.

Усвоение хрома составило 92-95Х, меди 81-84Х, церия 78-81Х и бария

73-777..

Структура чугуна в отливках — перлитная с вермикулярьым графитом, Как видно из табл. 2, предложенный чугун обладает более высокой эксплуатационной стойкостью в условиях периодических нагревов и охлаждений и более стабильным пределом выносливости при знакопеременных нагрузках при 800-1000 К.

Формула из о бр ет ения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, титан, цирконий, кальций, ниобий, сурьму, азот, бориды иттрия, бориды лантана и железо, отличающийся тем, что

1406202

Углерод

Кремний

Марганец итая

3 О 3 6

1,8-2,6

0,7-1,5

0,15-0,4

Та блица 1

Компоненты Химический состав, мас.Ж, чугуна

1 предлагаемого ного

3,4 3,6

2,3 2,6

3,2 з,о

Углерод

Кремний

1,8

1,9

1,5

0,7

0,7

Марганец

Титан

0,4

0,4

О;15

0,3

0,4

0,12

0,3

0,4

Цирконий

Кальций

0,1

0,08

0,01

0,05

Ниобий

0,2 о,оз, 0,09

0,2

0,l

О О2

0,05

0,1

Сурьма

0,02

0,12

0,18

Азот

Бориды лантана

0,05 0,01

0,05

0,02

Бориды иттрия

0,08

0,06 0,1

0,37 0 51

0,23 0 35

0,03

0,12

Хром

Медь

0,05

0,07 Oi12

0,03

Церий

0,04

0,06 0,08

Барий

Ост, Ост.

Ост.

Ост.

Железо

5 целью повышения эксплуатационной тойкости в условиях периодических агревов и охлаждений от 293 К до

00-1000 К, он дополнительно содерз ит хром медь, церий и барий при едующем соотношении компонентов, Cвйв

Цирконий

Кальций

Ниобий

Сурьма

Азот

Бориды иттрия

Бориды лантана

Хром

Медь

Церий

Барий

Железо

ОЭ12 Оэ4

0,01-0,08

0,03-0,2

0,02-0 1

0,02-0,18

0,03-0,1

0,02-0,05

0,12-0,51

0,05-0,35

Я,03-0,12

0,04-0,08

Остальное

1406202

Таблица 2

Показатели

Составы чугунов известного предлагаемого

1 2 3

600 635 640

560

390

280

215

2100

2710 3025 3240

Линейный износ, мг/см ° гс

5,1

2,7 2,1 1 5

Кавитационная стойкость, ч

160 187 195

135

Стойкость кокилей, заливок

700

1120 1312 .1460

Составитель Н.Шипитько

Редактор Т.Лазоренко Техред М.Дидык Корректор,Л.Пилипенко

Заказ 3161/25 Тираж 594 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Предел прочности при растяжении, МПа

Предел выносливости при знакопеременных нагрузках,МПа при 293 К при 800 К при 1000 К

Термическая стойкость, циклов

475 495 515

385 405 287

285 310 221