Чугун

 

Изобретение относится к области изыскания жаропрочных и абразивостойких чугунов, работакищпс в условиях вывысоких температур и воздействия абразивной среды. Целью изобретения является повышение жаропрочности и абразивной стойкости чугуна. Предложенный чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас. углерод 2,4-3,Oj кремний 0,4-1,5$ марганец 4-6J хром 26-29J титан 0,1-0,3} медь 0,5-1,0; алюминий 1,0-2,5; магний 0,01-0,05; РЗМ 0,04-0,10, железо остальное . Предложенный чугун имеет более высокие (по сравнению с известньтм) абразивную сто йкость 0,388-0,405 и жаропрочность (при 800 С ) , 586-620 ч. 1 табл.

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕаЪБЛИК

0% 01) (51)4 С 22 С 37 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДГГЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 4112393/3 1-02 (22) 10.07,86 (46) 15.07.88. Бна. И» 26 (71) Днепропетровский инженерно-строительный институт (72) A.Â.Òàòàð÷óê, С.Л.Бабченко, В.И.Большаков, В.С.Савега, В.С.Назарец, Л.Д.Саввга и Г.Ф.Чоповой (53) 669. 15-196 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1125280, кл. С 22 С 37/10, 1983.

Патент ПИР 124326 ° кл. С 22 С 37/06, 1985. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к области изыскания жаропрочныс и абразивостойких чугунов, работающих в условиях вывысоких температур и воздействия абразивной среды. Целью изобретения является повышение жаропрочности и абразивной стойкости чугуна. Предложенный чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас. Х: углерод

2,4-3,0 кремний 0,.4-1 5 марганец

4-6, хром 26-29, титан О, 1-0,3, медь

0,5-1,0; алюминий 1,0-2,5 магний

0,01-0,05; РЗМ 0,04-0,10, железо остальное. Предложенный чугун имеет более высокие (по сравнению с известным) абразивную стойкость 0,388-0,405 г/матч и жаропрочность (при 800 С не 49ИПа) .

586-620 ч. 1 табл. 9

1409674

Изобретение относится к металлургии, а конкретно к разработке жаророчных и абразквостойких чугунов, аботающих в условиях высоких темпе1 атур и воздействия абразивной среды, 1оторые, например, могут применять я для отливки сменньи деталей (навесные цепи-теплообменники, кронштейны для цепей и т.п,) врвщающихся це- 10 ентообжигательных печей, Цель изобретения — повышение жаопрочности и абразивной стойкости угуна.

Предложенный чугун содержит, мас.7 15

Углерод 2,4-3,0

Кремний 0,4-1, 5.

Марганец 4,0-6,0

Хром 26-29

Титан 0 1-0,3

Медь 0 5-1,0

Алюминий 1,0-2,5

Маг ний 0,01-0,05

РЗМ 0,04-0,10

Железо Остальное 25 (, Предлагаемое содержание компоненов в составе чугуна определяется следующим.

Углерод оказывает сильное влияе на количество и тип карбидной аэы. В данном интервале концентрай обеспечивается достаточное колиество высокотвердой карбидной фазы а основе карбидов (Cr, Fe) C, обесечивающей повышенную износостойкость веньев навесных цепей цементообжи35 г1овых печей. При содержании углерода фже 2,47. снижаются технологические с1войства чугуна и количество карбидв. При содержании углерода в сплаве 40 б олее 3,0% наблюдается выделение крупн ьи заэвтектических карбидов ромбич1еской формы.

Присадка в сплав кремния в указанном диапазоне концентраций способст45

Мует образованию эвтектики на базе г ексагонального карбида хрома (Cr, 9e)>C>, а также используется для регулирования степени эвтектичности чугуна, которая предопределяет его лиИейные свойства и структуру. При сод ержании кремния менее 0,4% литейные с войства сплава снижаются, и увелич ивается склонность к образованию у садочньи дефектов. Увеличение содерж ания кремния свыше I 5% приводит к

Появлению крупнокристаллической с:труктуры, что сния<ает прочностные с,войства сплавов.

Марганец в пределах 4-67 обеспечивает стабилизацию остаточного аустенита. При содержании марганца менее

4% не обеспечивается получение матрицы, состоящей из одного аустенита, в ней содержатся продукты эвтектоидного превращения аустенита. Увеличение разнородности структуры сплава приводит к снижению стойкости детали при термопиклических нагрузках. При содержании марганца свыше 67. не наблюдается значительных изменений в микроструктуре чугуна, а лишь приводит к снижению механических свойств.

Предложенная концентрация хрома обусловлена тем, что при наличии остальных компонентов сплава, она обеспечивает образование легированной хромом матрицы повышенной микротвердости и хромистокарбидной эвтектики на базе гексагональных карбидов хрома (Cr Ре) С, высокой микротвердости.

Содержание карбидов хрома в структуре составляет 30-35%, Наличие аустенитной матрицы обуславливает высокую длительную жаропрочность при 800 С и нагрузке на изделие 20-30 МПа (например, звено цепи), а наличие хромистокарбидной эвтектики обеспечивает их высокую абразивостойкость при воздействии раскаленной пыпи и клинкера, уносимых из цементообжигатепьной печи. При содержании хрома ниже 26% наблюдается снижение жаропрочности.и абразивостойкости из-за укрупнения и снижения количества карбидов хрома.

Увеличение содержания хрома более

29% приводит к образованию кубического карбида хрома Сг2зСб ° который увеличивает неоднородность микроструктуры, что снижает стойкость чугуна к термоциклическим нагрузкам.

Титан, имея высокое химическое сродство к газам, образует в жидком чугуне нитриды, карбонитриды и окис-. лы, являющиеся дополнительными центрами кристаллизации, которые способствуют получению мелкозернистой структуры, что сопровождается увеличением жаропрочности отливки. Благодаря высокой микротвердости нитриды и карбонитриды увеличивают износостойкость чугуна. Кроме того, титан, связывая растворенный в расплаве азот, устраняет возможность образования "азотистой пористости". При содержании титана менее 0,1% он в основном связан в нитриды титана, а карбонитриды

I 409674 отсутствуют. Это приводит к снижению износостойкости чугуна. При применении концентрации титана более О,ЗХ карбонитриды титана располагаются по границам аустенитных зерен, что снн5 жает прочностные свойства сплава.

Медь в указанных концентрациях, располагаясь равномерно по всему объему отливки, способствует увеличению теплопроводности чугуна,, что увеличивает его стойкость к термоциклическим нагрузкам и уменьшает склонность к образованию трещин в процессе работы при высоких температурах Кроме того, медь в пределах 0,5-1,0 увеличивает жаростойкость, так как увеличивается сцепление окалины с основным металлом, н создает окислы, обладающие защитными от высокотемператур- 2g ной среды свойствами. Снижение содержания меди ниже 0,5 не оказывает заметного влияния на свойства чугуна при высоких температурах. Присадка меди более 1,ОХ при кристаллизации 2 отливки в песчано-глинистых формах при аустенитном превращении способствует образованию в чугуне перлита, что снижает длительную жаропрочность чугуна. 30

При содержании хрома свьппе 26 . может возникнуть сигма фаза — очень твердое, хрупкое и немагнитное соединение, выделение которого сопровождается резким увеличением объема, а следовательно, и внутренних напряжений. Апюмнний в указанных концентрациях сильно снижает тенденцию образования сигма фазы в чугуне предлагаемого химического состава, что приво- 40 дит к увеличению жаропрочности сплава. Присутствие алюминия в чугуне ниже 1,0 не оказывает существенного влияния на дестабилизацию сигма фазы.

При содержании алюминия свьппе 2,5Х 4б в тонкостенных отливках (типа звеньев цепей) из чугуна с содержанием хрома 26-29Х наблюдается падение прочностных и пластических свойств.

Магний в пределах 0,01-0,05X,ðàñ- 50 кисляя жидкий чугун, уменьшает расход легирующих элементов и РЗМ, а также предотвращает образование окислов хрома, титана, которые в виде плен ухудшают жидкотекучесть yryHa ° Kyo ме того, десульфируется чугун, обеспечивая повышенную чистоту чугуна от сульфодов, железа, которые снижают механические свойства и термостойкость. При содержании магния .. нее

0,01Х не обеспечивается достаточная степень раскисления и десульфурация чугуна. увеличение содержания магния более 0,05Х приводит к снижению сте пени его усвоения без увеличения степени десульфурации и раскисления.

Редкоземельные металлы (в виде лантан-церий-иттриевой лигатуры) в количестве. О,04-0, 1Х присаживают в чугун с целью его модифицирования. Образовавшиеся в расплаве неметаллические включения являются дополнительными,центрами кристаллизаиюи, что приводит к значительному измельчению структурных составляющих чугуна и повьппению его прочностных свойств. Кроме -.oro, присутствие РЗМ в чугуне увеличивает его жаростойкость в результате образования продуктов соединений с кислородом, стойких к высокотемпературной среде. При содержании в сплаве менее 0,04Х РЗМ не происходит должного эффекта модифицирования в результате расхода первых порций модификаторов на взаимодействие с поверхностно-активными веществами в расплаве. Содержание РЗМ более

О, 1 приводит к значительному расходу модификаторов, что удорожает сплав и, кроме того, наблюдается эффект перемодифицирования расплава. Это приводит к загрязнению чугуна крупными неметаллическими включениями, значительно снижающими его механические свойства.

Пример . Чугун выплавляют в индукционной печи ИСТ вЂ” 0,06 с кислой футеровкой. Для получения чугуна предлагаемого состава приготовлены три смеси ингредиентов. Химический состав и результаты испытаний приведены в таблице.

В приготовленных составах содержание химических элементов быпо на нижнем пределе (состав 1), среднем-содержании (состав 2) и верхнем пределе (состав 3). Одновременно выплавляют сплав с средним содержанием химических элементов известного состава (плавка 4). Каждую смесь сплавляют отдельно, Расплав перегревают до 14501500 С.

Медь в состав чугуна присаживают:. в виде железо-магний-медистой лигатуphI следующего химического состава, мас.Х, магний 5--7; медь 5; железо остальное. Расход лигатуры для нижнего

1409674

Ирадла3"а@ йй

2,4

0 4 4 26 011 015 1,0

0,01 0,04 65,55 0,405 595

1эО Ь . 27ь5 Оэ35 Ов75 3@8 . Ов03 Ое07 63э3 Ов398 620

2 2 6

3 3,0

1,5 6 29 0,3 1-,0 ?,5 0,05 О,! 56,55 0,388 586

Оьб 0 25 20 Ов15 » «Ов 35

0,3 25,55 0,426 4 1 7

5 редела составляет 1%,а для верхнего

%. Коэффициент усвоения меди из лиатуры составлял 99,8%. Лигатуру, наретую до 400 С вводят в тигель net

5 чи за 1 мин до выпуска металла в ковш. Ввод производят в колокольчике из металлической фольги на штанге.

Магний в пределах 0,01-0,02% в оставе чугуна вводят в виде железоагний медистой лигатуры с содержаием магния 5-7% в количестве 1 и 2% оответственно. Для получения содерания магния свыше 0,02 применяют ополнительную присадку железо-кремий-магниевой лигатуры, содержащей %: агний 7-9, кремний 40-44, кальций ,5-1,0, железо остальное. Во избеание возможных всплесков жидкого меалла во время ввода лигатуры с маг- 20 ем тигель печи накрывают щитом из тали.

Затем расплав модифицируют лигатуой с РЗИ и сразу выливают в ковш. ля модифицирования применяют комп- 25 ексный модификатор следующего химиеского состава, мас.%: церий 15-20, антан 10-15; иттрий 10-15, кремний

5-40 кальций 0,3-0, 5, алюминий 0,2,5, железо остальное. 30

Разливку чугуна производят при

330-1340 С в сухие песчано-глинисые формы с получением трех звеньев елей размером 210х100 и калибром

2 мм и трех заготовок длиной 250 мм диаметром 24 мм, предназначенных ля изготовления образцов на длителью горячую прочность. Образцы испыывают на машине ИП-ЗГ при нагрузке

9 МПа. Абразивостойкость сплавов - 40 определяют на установке СМЦ-2 при глухом трении по абразивному кругу диаметром 50 мм и толщиной 15 мм при скорости вращения 200 об/мин в теч ение 1 мин. Величину износа определяют по потере веса образцов диаметром 2240,5 мм и длиной 25 мм 0,1 мм по формуле:

И = 92-gi 100%

Q4 где И вЂ” износ, %3 — первоначальный вес образца,г — вес образца после испьпаний, г

Кратковременную прочность при разрыве определяют на натурных образцах (звенья цепи) с помощью гидравлического пресса мощностью 100 т.

Полученные данные свидетельствуют о том, что предложенный сплав обладает большей длительной жаропрочностью (в 1,4-1,5 раза), прочностью при разрыве (на 17-28X) и абразивостойкостью (на 4-7X).

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний марганец, хром, титан, алюминий и железо, отлич ающийся тем, что, с целью повышения жаропрочности и абразивной стойкости, он дополнительно содержит медь, магний и редко" земельные металлы при следующем соотношении компонентов„ мас.%:

Углерод 2,443,:0

Кремний 0,4-1,.5

Марганец 4-6

Хром 26-29

Титан О, 1-0,3

Алюминий 1,0-2, 5

Медь О, 5-1,0

Магний 0,01-0,05

Редкоземельные металлы 0,04-0, 1

Железо Остальное