Чугун

 

Изобретение относится к металлургии и быть использовано при производстве отливок, работающих .в условиях положительных и отрицательных (до -60 С)температур. Цель изобретения - повышение механических свойств и снижение отбела. Предложенный чугун содержит, мас.%: С 3,3- 3,7; Si 1,0-1,4; Мп 0,004-0,01; Mg 0,01-0,04; Са 0,015-0,03; Се 0,005- 0,07; А1 0,02-0,08; Ва 0,015-(f),03; Сг 0,01-0,06, N 0,01-0,03, Zr 0,05- 0,2, Fe остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна N и Zr позволяет пов гсить механические свойства: GB (МПа) в 1,4-1,8 раза, §,(;) в 1,6- 3 раза, ударной вязкости в 1,3-3,5 раза и снизить отбел в 1,5-8,0 раза. 2 табл.. : (

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (50 4 2 С 37 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н,АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4216576/31-02 (22) 25.03.87 .(46) 07 ° 09.88. Бил. Р 33 (71) Белорусский политехнический институт (72) N.М.Бондарев, В.М.Михайловский, Н.И.Бестужев и О,M.Èèëàíîâè÷ (53) 669.15-196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

-У 998564, кл. С 22.С 37/10, 1981. .Авторское свидетельство СССР

1(910829, кл. С.22 С 37/10, 1980. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве отливок, работаищих.в условиях положительных и отрицательо ных (до -60 С)температур. Цель изобретения - повыиение механических свойств и снижение отбела. Предложенный чугун содержит, мас.Х: С 3,33,7; Si 1,0-1,4; Мп 0,004-0 01; Mg

0,01-0,04; Са 0,015-0,03; Се 0,0050,07; Al 0,02-0,08; Ва 0,015-5,03;

Cr 0,01-0,06, И 0,01-0,03, 7r 0,050,2, Fe остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна N u Zr позволяет повысить механические свойства: бе (МПа) в 1,4-1,8 раза, В,{Х) в 1,63 раза, ударной вязкости в 1,3-3,5 раза и снизить отбел в I 5-8,0 раза, . 2 табл.

1421795

Изобретение относится к метяххпургии, э частности к разработке составов чугуна для отливок, работающих в условиях положительххьхх и отрицатель-. 5 ных температур.

Цель изобретения - повышение механических свойств и снижение отбе лае

Выбор граничных пределов компонен- 10 тов в составе предложенного чугуна обусловлен следующим. Верхние пределы углерода и кремния (3,7 и 1,4 мас. . соответственно) выбраны исходя из необходимости обеспеченйя высоких 15 показателей механических свойств, а также вследствие образования при превышении верхнего предела хрупких сложных эвтектических карбидов. Нижние пределы содержания по углероду 20

3,3 мас. и кремния 1,0 мас./ опреде-. лены снижением технологических е свойств и в первую очередь - жидкотекучести сплава.

Марганец образует устойчивые карби.25 ды марганца, поэтому его содержание в сплаве должно быть минимальным. Содержание марганца 0,004-0,01 мас.Х установлено исходя из технологических условий плавки и содержания марганца 30 в шихтовых материалах.

Кальций и барий железоуглеродистых сплавов ..в количестве 0,0150,03 мас./ каждого иэ элементов обеспечивают получение ч туна обладающеУ

3 го высокими пластическими свойствамн за счет улучшения формы неметаллических вклххченххй с одновременной феррити-." зацией матрицы. Верхний предел содержания- в чугуне кальция и бария

4L (0,03 мас.Х) обусловлен малым ростом положитепьного эффекта при дальнейшем повышении их сопержаххххя. Нижний предел (0,015 мяс,/) огряшхчех: от=: сутстэием сфероидпзирующего эффекта

/ 5 влияния этих элементов на форму паке- талли хеских включений и не обеспечивает должную графитизяцию сплава.

Строшхий э состав чугуна вводят для повышения графитизирующегo эффек". 50 та. Особенно эффективно влияние стронция проявляется при наличии в чугуне элементов, обладающих высоким химическим сродством в сере и кислороде, таких как церий, барий,,-.

3" кальций. Содержание стронция менее

0,01 мас.Х пе обеспечивает образования дохходххитеххьххьхх центров кристаллизации и не оказывает заметного влияния на количество и размер звтектических зерен. Модифицирующее действие стронция проявляется при его содержании в чугуне,0,01-0,05 мас. .

Добавка стронция в количестве более

О,Об мас °, вследствие ограниченной растворимости э чугуне приводит к микроликвации стронция по границам зерен, что снижает пластичность чугуна.

Церий при содержании его в чугуне в пределах О;005-0,07 мас.Х выполняет функции элемента-графитизатора. Кроме того церий в количестве 0 005 мас., что соответствует нижнему пределу его содержания в чугуне, исключает появление графита неправильной формы. Верхний предел содержания церия (0,04 мас. ) ограничен возможностью появления отбела в отливках.

Магний при остаточном содержании его в сплаве 0,01-0,04 мас./ в присутствии бария, кальция и церия обеспечивает получение в структуре графита шаровидной формы, что положительно влияет на прочностные характеристики сплава как при положительных„ так и при отрицательных температурах.

Верхний предел содержания магния (0,04 мас./) ограничен образованием структурно-свободных карбидов в питом состоянии. При содержании магния на нижнем пределе (0.01 мас./) в структуре обеспечивается не менее

80Х включений графита шаровидной формы.

Ввод в состав чугуна алюминия э количестве 0,02-0,08 мас.Х обеспечивает глубокое раскисление распла эа. Нижний предел содержания по алюминию обусловлен графитизирующим ,",ейстэием последнего. Выдержка в о печи при температуре 1450 С модифицированного нитридами циркония чугуна показывает„ что продолжительность эффек а прямо зависит от концентрации

Al в металле. Повхшхение концентрации

А1 (0,02-0,08 мас. ) уцлиняют эффект модифицирования,что необходимо при заливке большого количества форм из ковша. Поступающии из окружающей атмосферы э жидкий металл кислород способствует образованию корунда. При содержании алюминия свыше 0,08 мас.Х снххжаются технологические свойства чугуна. Цирконий и азо" при совместном их вводе в чугун образуют устой!

42!79,чиные нитриды, у 1нявщие структуру чугуна. Предварительный ннод в чугун алюминия н количестве (0,0?0,08 мас.l) обеспечивает глубокое раскисление расплава и расход Zr главным образом на реакцию с азотом.

При металлографическом исследовании структуры чугуна установлено, что частицы корунда служат подложками при кристаллизации нитрида Zr. В результате модифицирования нитридами существенно измельчается зерно по сечению и высоте отливок, что сопровождается уменьшением концентрации примесей на границах зерен, повышением механических свойств и хладостойкости чугуна. Верхний предел содержания циркония в чугуне ((0,2 мас. J ограничен появлением в структуре 20 чугуна стабилизированных фаэ, обуславливающих появление цементита, обогащенного карбидами циркония. Это приводит к повышению хрупкости чугуна. !

Нижний предел содержания циркония в 25 чугуне 0,05 мас. соответствует отсутствию эффекта повышения пластичности сплава.

Азот при введении его в чугун измельчает эвтектическое зерно, стабили-30 зирует и упрочняет перлит. В металлической основе исчезает феррит и резко возрастает дисперсность перлита. При этом общая микротвердость перлита возрастает с 274-278 до 340356 кгс/мм, что повышает общув проч2 35

-ность чугуна. Возрастание микротвердости перлита объясняется микролегированием перлита дисперсными нитридами циркония. Содержание азота менее 0,01 мас. не оказывает заметного эффекта на упрочнение сплава. При вводе азота более 0,03 мас. пластичность чугуна падает за счет образот вания структурно-свободных карбидов.

Оптимальным является содержание азота н чугуне 0,0!-0,03 мас. .

Для изучения структуры и свойств предложенного выплавлены чугуны, содержащие основные компоненты на нижнем, среднем и верхнем, а также ниже .50 нижнего и выше верхнего уровней и известный сплав со средним содержанием ингредиентов.

Химический состав выплавленных чугунов приведен в табл.1.

Технология плавки чугунов состоит в расплавлении металлизированных окатышей с содержанием Ре„„„=89,1%

4 н iïдукционной н» и:, .аугнерожинании расплава и введении ферроспланон и модификаторов.

После доводки расплавленного чугуна по содержанию основных компоненТоВ и модифицирование магнием н печи о расплав при температуре 1380 С заливают в ковш, включают плазмотрон и производят продувку расплава -азотной плазмой в течение 20 с для насыщения чугуна азотом. Режим работы плазмотрона: сила тока 180 А, напряжение дуги 100 В, расход азота 1,1 мэ/ч .

По истечении укаэанного времени в плазменнув струю питателем .вводят в течение 10 с порошок циркония. Общее время продувки составляет 30 с.

Склонность чугуна к отбелу в литом состоянии оценивается по излому клиновидной пробы, залитой на холоднув металлическую плиту. Образцы для. испытания механических свойств чугуна вырезают из проб, отлитых в сырье ( песчано-глинистые формы.

Изучение механических свойств производят на образцах, вырезанных иэ литых проб, Испытание на разрыв производят на машине марки ИРИ-50 мощностьв 50 т, испытание на ударна маятниковом копре типа MK-ЗОА с запасом работы 30 кгм.

Охлаждение образцов до температуо ры минус 100 С проводят в специальном термостате. Температуру охлаждающей ванны измеряют пентанным термоо метром с ценой Деления 1 С. В качест ве охлаждающей жидкости применяют смесь жидкого азота с бензином. Об» раэцы перед испытанием выдерживают н термостате при заданной температуре 20 мин.

Результаты испытаний механических свойств, а также глубина отбела в литом состоянии приведены н табл.2.

Иэ табл,? следует, что предел прочности при растяжении благодаря вводу азота и циркония в состав чугуна повышается в 1,4-1,8 раза, пластичности в 1,6-3 раза, ударной вязкости в 1,3-" раза при +2(С и в

1,5-3,5 раза при -60 С, а также обеспечивается снижение отбела н 1,5 8 раз.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, магний, кальций, церий, алюминий, барий, стронций и жеТ аблица1

Средний

Нижний

Средний

Зэ45 2 ° 75 Оэ5 ОБОЗ О»

Изв е стный

Предлага емый

9„015 0,005

0 004 0 01

3,3 1,0

3,5 1,2

3,7 14

Оэ007 Оэ025 О ° 017 0,032

0,03 0,07

0,01 0,04

Верхний ь

Ниже нижнего

0,003 0,008 0,01 0,004

3,1 0,8

1,6 0,015 0,05 0,04 0,68

Вьппе верхнего

3,9

Продолжение табл.1

0,5 0,06 0,035

Изв ес тный ст альное

0„01 0,05

Предлага- емшй

0,02 0,015 0,01

0,05 0,017 0,035

0,08 0,03 0,06

0,02 0,12

0 03 0,2

0,01 О 01 0,005 0,008 0,04

0,04 0,022

0,07

0,04

0,1

5 1421795 лезо, о т л и ч а в шийся тем,,что, с целью повышения механических свойств и снижения отбела, он дополнительно содержит азот и цирконий

5 следувщем соотношении компонентов, мас.l:

Углерод ЗЯ3-3 ° 7

Кремний 1 ° 91,4

Марганец 0,0/40,01

Магний

Кальций

Церий

Алвминий

Барий

Стронций

Азот

Цирконий

Железо

0,01-0,04

0,015 0,03

0,005-0,07

0,02-0)08

0,015-0,03

0,01 0,06

0,01-0,03

0,05-О,2

Остальное

1421795

Т а б л и ц а 2

12 220

Известный Средний

Предлагае мый

270

390

130

140

1,5 390 5,5 430

Составитель Н, Косторной

Техред И. Верес

Редактор А.Козориз

Корректор ° . HcK0

Заказ 4393/27 Тираж 595

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4, Нижний

Средний, Верхний

8 310 3

3 360 4