Чугун

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении чугунной технологической оснастки. Цель изобретения - повышение механических свойств, термостойкости и износостойкости. Новый чугун содержит, мас.%: С 3,2-3,8} Si 1,5-2,5; Мп 0,2-0,7; Ni 0,2-0,4; Mo О,1 - 0,7; V 0,02 - 0,2; А1 0,12 - 1,0; Or 0,03-0,33; Sn 0,02- 0, 1 2;- бориды ниобия 0,02-0,27; нитриды титана 0,05-0,25; С1 0,02-0,05; Mg 0,03-0,07; один элемент, взятый из группы, содержащий Ва и Li 0,05- 0,2; Fe остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна нитридов титана, боридов ниобия,- Ва или Li обеспечивает повышение G в 1,13-1,23 раза,С в ,25-1,36 раза, S в 2,9-3,5 раза, термостойкости в 1,42-1,61 раза и износостойкости .в 1,32-1,52 раза. .2 табл. ш (/ с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) ц1) 4 С 22 С 37/10

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

\ !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

- (21) 4201584/31-02 (22) 02.03.87 (46) 07.09.88, Бюл. 1! 33 (71) Всесоюзный политехнический институт (72) Б.К.Святкин, М,И.Карпенко, E.È.Марукович, Ю.Г.Серебряков, В.А.Ветошев, А.Н,Болотов и А.И.Батьппев (53) 669.15-196(088.8) (56) Заявка Японии У 57-98652, кл, С 22 С 37/04, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 924146, кл. С 22 С 37/10, 1980. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении чугунной технологической оснастки. Цель изобретения — повьппение механических свойств, термостойкости и износостойкости. Новый чугун содержит, мас.Ж: С 3,2-3,8", Si l,5-2,5; Мп 0,2-0,7; Ni 0,2-0,4;

Мо О,! — 0,7; V 0 02 — 0,2; А1

0,12 — 1,0; Cr 0,03 — 0,33; $п 0,020,12;- бориды ниобия 0,02-0,27; нитриды титана 0,05-0,25; С1 0,02-0,05;

Mg 0,03-0,07; один элемент, взятый из группы, содержащий Ва и Li 0,050,2; Fe остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна нитридов титана, боридов ниобия, Ва или Li обеспечивает повышение G в 1,13-1„23 раза,Gä в 1,25-1,36 раза, 8 в 2,9-3,5 раза, ф термостойкости в 1,42-1,61 раза и износостойкости .в 1,32-1,52 раза. .2 табл.

С:

1421794

Изобретение относится к металлургии, н частности к разработке составов чугуна для изготовления прессформ, кокилей и т.д °

Цель изобретения — повышение механических свойств износостойкости и термостойкости.

Выбор граничных пределов компонентов в чугуне предложенного состава 10 обусловлен следующим, Дополнительное введение боридов ниобия обусловлено тем, что они обладают эффектом инвертирования структуры, оказывают микролегирующее воздействие, повышают ста- 15 бильность структуры в условиях тепловых ударов и ее термическую стойкость, что обеспечивает существенное повьппение сопротивляемости высоко" прочного чугуна термическим ударом. 20

При повышении концентрации боридов ниобия более 0,27 мас.% увеличивает.ся количество дефектов кристаллических решеток металлической основы, неметаллических включений по границам 25 зерен, ухудшается фактор. формы графитных включений, повьппаются термические напряжения, что снижает технологическую пластичность, сопротивляеюсть термическим ударам. 30

Ванадий вводят как эффективный микролегирующий и.нитридообразующий компонент, усиливающий эффект инвертирования структуры, существенно иэмельчающий матрицу и графитные вклю> чения, обеспечивающий однородность структуры и повьшьэние термической стойкости и упрогопластических свойств и их стабильность. Верхний предел концентрации ванадия (0,2 мас.7) обу- 0 словлен снижением технологической пластичности чугуна и увеличением склонности к трещинам при более высоком его содержа и снижении упру.опластических свойств после отпуска, 45

При уменьшении концентрации ваналия менее 0,02 мас,X снижаются динамичес-кая прочность, предел текучести и термическая стойкость.

Дополнительное введение нитридов, 1 титана обусловлено их модифицирующим воздействием, улучшением морфологии структуры„ повьппениеМ упругопластических свойств, термической стойкости, что способствует увеличению соп-55 ротивляемости чугуна тепловым ударам.

При концентрации нитридов титана до

0 05 мас.% модифицирующий эффект и повышение сопротивляемости тепловым ударам недостаточны, а при концентрациях более 0,25 мас;% увеличивается количество неметаллических включений, снижаются упругопластические свойства и сопротивляемость термическим удаPSM 4

Металл из группы, содержащий барий и литий, повышает стабильность структуры, способствует распаду эвтектического цементита, очищает границы зерен, снижает загрязненность чугуна неметаллическими включениями, служит поверхностно-активными добавками, повышает однородность структуры, термическую стойкость и пластические свойства. При,концентрации их до

0,05 мас.7. модифицирующий эффект недостаточен, а при повышении их содержания более 0,2 мас;% увеличивается неоднородность структуры, снижаются технологическая пластичность, динамическая прочность и термическая стойкость.

Граничные параметры содержания углерода (3,2-3,8 мас.%) и кремния (1,5-2,5 мас.%) определяются исходя из практики производства высокопрочных чугунов с повьппенными упругопластическими свойствами и высокой термической стойкостью. При концентрации углерода более 3,8 мас.% и кремния более 2 5 мас.7 снижаются предел выносливости, термическая стойкость, ударная вязкость и другие механические свойства чугуна, а при концентрации углерода до 3,2 мас.% и кремния до 1,5 мас,7 возрастают отбел и термические напряжения, снижаются трещиноустойчивость, термическая стойкость, ударная вязкость и другие пластические свойства в отливках.

Содержание легирующих добавок, мас.%: марганец 0,2-0,7; молибден

0,1-0,7; никель 0 4-1,2; алюминий

0,12-1,0 обусловлено существенньи повышением термической стойкости, технологической пластичности и прочности и ограничено пределами, ниже которых технологическая пластичность и прочностные свойства недостаточны, а выше которых увеличиваются термические напряжения и снижаются пластические свойства, термическая стойкость и предел выносливости при изгибе.

Введение церия в количестве 0,020,05 мас.%: олова 0,02-0,12 мас.7. и магния 0,03-0,07 мас.% обусловлено

1421794 их высокой модифицирующей эффективностью и поверхностной активностью, которые в этих количествах обеспечивают очистку, границ зерен, повышение пластических свойств, трещиноустойчивости и технологической пластичности. Их содержание обусловлено пределами, обеспечивающими получение .дисперсной и однородной структуры в отливках, шаровидного графита в чугуне и необходимых механических свойств, а также стабильной перлитной структуры после термической обработки и в процессе эксплуатации. 15

Плавку чугуна осуществляют в индукционных печах с использованием.в качестве шихтовых материалов литейных чугунов, полуфабрикатного никеля, чугунного и стального лома и брике- 2р тов боридов ниобия и нитридов титана, ферросплавов. Микролегирование чугу- . на брикетами боридов ниобия, феррованадием ФВд2, ферромолибденом и силикомарганцем CM-17 проводят в электро- 25 печи в конце плавки при температуре

Г500-1520 С, а модифицирование — ферроцерием, нитридами титана, барием, литием, сплавами магния и микролегирование чугуна оловом и алюминием — 30 непосредственно в раздаточных литей-ных ковшах емкостью 2т. Усвоение микролегирующих и модифицирующих компонентов составляет, Е: ванадий из феррованадия ВД2 88-92; барий 84-88; литий из сплавов алюминий-литий 8386; бориды ниобия из прессованных брикетов 91-94; нитриды титана 8184; церий из ферроцерия 75-78 и магний из его сплавов 48-51.

Для определения отбела заливают ступенчатые технологические пробы.

Медь в отливках увеличивает ликвацию, снижает стабильность структуры, термическую стойкость„ технологическую пластичность и упругопластические свойства, поэтому она исключается из состава предложенного высокопрочного чугуна.

В табл.1 показаны химический состав известного и предлагаемого чугунов; в табл. 2 — их свойства.

Дополнительный ввод в состав чугуна боридов ниобия, нитридов титана, а также одного элемента, взятого из группы, содержащей барий и литий, обеспечивает повышение механических свойств; 6 в 1,13-.1,23 раза; Бц в

l,25-1,36 раза; 0 в 2,9-3,5 раза; термостойкости в 1,42-1,61 раза и износостойкости в 1,32-1,52 раза.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, крем" ний, марганец, никель, молибден, ванадий, алюминий, хром, олово, церий, магний и железо, о т л и ч а ю щ и Йс я тем, что, с целью повышения механических свойств, термостойкости и износостойкости, он дополнительно содержит нитриды титана, бориды ниобия и один элемент, взятый иэ группы, содержащий барий и литий, при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Углерод 3,2-3,8

Кремний

Марганец 0,2-0,7

Никель 0,4-1,2

Молибден 0,1-0,7

Ванадий 0,02-0,2

Алюминий 0,12-1,0

Хром 0,03-0,33

Олово 0,02-0,12

Церий 0,02-0,05

Магний 0903-0907

Нитрид титана 0,05-0,25

Бориды ниобия 0,02-0,27

Один элемент, взятый из группы, содержащей барий и литий 0905-0,20

Железо Остальное.,1421794

1 1 1 1 1

В Л С3 В L a

1 1 1 1 1 1

3СЪ СЧ

О СЧ о о O о о о

3СЪ СЧ о сч

° о о о о о сч In 3 сч 3съ т

О - СЧ О СЧ о о о о о

О Р О О О О

СЧ М 3СЪ СЧ С 3 33Ъ

О О О О О о л о о A

О О О О О О

Ю о о о

С Ъ о о о о

N о

СЧ СЧ

Ю СЧ о о » а о о

N СЧ а о о а о о

С»\ о

СЧ 3 о о о о о

СЧ и о

С о о м о о о о

СЧ

° CO о о о

СЧ . A о

СЪ 33Ъ

СЧ O

° » о о о

СЧ о

4 3 In

СЧ о о о

In о о л о о о ° о .о

3СЪ о о о м ю о о о о м

Ю

Ю м о о о о

333 о

1 сЧ N о о о о

33\ о

3Ъ СЧ о о З о о

СЧ

С3

Ю о о о

333 Я I

СП 3СЪ о о

СЧ

IC3 an о

СЧ

С3

СЧ

СЧ Ф о о о

CO СЧ о

CO

«» о

1 ф

1 а

СЧ о

СО о

3 о о о

3 СЧ о о о

Ф о ф сч о л

М С"3

СЧ С>

° » . о

М СЪ

° О CO о о сп м

3СЪ с»Ъ

l ой а

3 Л йс

1 ! Я |

1й! ! )) ,! 1 о х х

3С а ф

1 I A ж 63 ф .1 (1 о 5 4

i4 !333 23 1I! 3 - сс с \ с»\ Ф с Ъ м ю м о о о о о а о сч о со о о о о о

1421794

Таблица 2

Показатели для высокопрочных чугунов

Свойства известного

1 2 3 4 5

615 572 606

592

500 565

Относительное удлинение S, 2,2 6,8

7,5

7,3

6,4 7,1

1220 1740 1912 1870 1786 1975

1817

Технологическая пластичность, % - 100

168

178

172

175 155

151

600

49

53

800

82

51.Относительная износостой1,32 кость

Сопротивляемость тепловым

2245 3570 4420 4731 3655 4532 4870

600

800

1370= 2120 2980 3517 2176 3008 3312

460 405

436

320 402

441

475

ВКИИПИ Заказ 4393/27 Тираж 595

Подписное

Произв."полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Временное сопротивление ба, ИПа

Термическая стойкость, циклов

Износостойкость, мг/м rc npu

1 о температуре, С: ударам при нагреве до температуры С, циклов:

Предел выносливости при изгибе, ИПа

245 75

330 106 предложенного

Т т Г 1

1,46 1 52 1,37 1,52 1,60 е