Чугун для металлоформ

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве чугунных кокилей, пресс-форм и т,До Цель изобретения повышение кавитационно-эрозионной стойкости в интервале температур 853-1200 К, увеличение эксплуатационно г. стоик ости металлоформ, Новьй чугун содержит, мас.%: С 3,0-3,6; Si 1,8-2,6; Мп 0,7-1,5; Ti 0,03-0,14; Zr 0,12-0,4; Mb 0,23-0,35; Sb 0,02- 0,1; бориды иттрия 0,03-0,17; бориды лантана 0,06-0,15; Са 0,01-0,08; N 0,02-0,18; Сг 0,12-0,81; V 0,12- 0,32; А1 0,13-0,42; Mg 0,03-0,15; Fe остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна Сг, V, А1 и Mg обеспечивает повышение кавитационноэрозионной стойкости при 893-1200 К в 2,23-5,6 раза и эксплуатационной стойкости металлоформ в 2,08-4,08 раза . 2 табл. о S kn

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГВБ ЛИК (19) (И) цц 4 С 22 С 37/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

lg?г -."

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4242117/31-02 (22) 07,05.87 (46) 15.12.88. Вюл. Ф 46 (71) Всесоюзный заочный политехничес» кий институт (72) 10.Г. Серебряков, М.И. Карпенко, Е.И, Марукович, В.К. Святкин и М.И. Дудорова (53) 669.15.196(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 918326, кл. С 22 С 37/10> 1980. Авторское свидетельство СССР

У 1214778, кл. С 22 С 37/00, 1984. .(54) ЧУГУН ДЛЯ МЕТАЛЛОФОРМ (57) Изобретение относится к металЛургии и может быть использовано при производстве чугунных кокилей, пресс-форм и т.д. Цель изобретения— повышение кавитационно-эрозионной стойкости в интервале температур

893-1200 К, увеличение эксплуатационн . .стойкости металлоформ. Новый чугун содержит, мас.7.: С 3,0-3,6;

Si 1,8-2 ° 6; Мп 0,7-1,5; Ti 0,03-0,14;

Ет 0,12-0s4s Nb 0,23-0,35; Sb 0,020,1; бориды иттрия 0,03-0, 17; бориды лантана 0,06-0,15; Са 0,01-0,08;

N 0,02-0,18; Cr 0,12-0,81; Ч 0,120,32; Al О, t3-0,42; Mg 0,03-0,15;

Fe остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна Cr V Al u Mg обеспечивает повышение кавитационноэроэионной стойкости при 893-1200 К в 2 ° 23-5,6 раза и эксплуатационной Е стойкости металлоформ в 2,08-4,08 раза. 2 табл.

1444387

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для кокилей, пресс-форм и т.д.

Цель изобретения — повьппение кавитационно-эрозионной стойкости в интервале температур 893-1200 К, увеличение эксплуатационной стойкости металлоформ. 10

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Выбор конечных пределов содержания компонентов, входящих в состав предлагаемого чугуна обусловлен сле- 15 дующим о

Введение хрома в количестве О, 120,8 1 мас.% микролегирует металлическую основу, упрочняет ее, увеличивая сопротивляемость эрозии и кавитации, 20 и повышает коррозионную усталость, микротвердость и термическую стойкость, что обеспечивает существенное поньппение кавитационно-эрозионной

25 и эксплуатационной стойкости при температурах 893-1200 К. При концентрации хрома до О, 12 мас.7. упрочнение металлической основы и увеличение сопротивляемости эрозии и канитации недостаточны, а при концент- ЗО рации его более 0,81 мас.% увеличивается выделение нитридов по границам зерен, их коагуляция и снижаются ,пластические свойства и сопротивляемость кавитации. 35

Введение ванадия н количестве

0,12-0,32 мас.% повышает стабильность структуры в широком интервале температур, дисперсность и компактность (Аактор формы) углерода, умень-4О шает содержание неметаллических включений и загрязненность границы зерен, унеличивает сопротивляемость чугуна напряжением и знакопеременным динамическим нагрузкам, что обеспечивает повьппение кавитационной стойкости, ударной вязкости и эксплуатационной стойкости при повышенных температурах.

При концентрации ванадия менее

О, 12 мас.% повышается стабильность структуры, кавитационная стойкость и эксплуатационные свойства чугуна не достигаются, а при повьппении содержания его более 0,32 мас.% отмечается усиление его отбеливающего влияния на структуру металла, вьделение крупных пластин цементита в литом металле и снижение кавитационноэрозионных и механических свойств как при обычных, так и при повышенных температурах (893-1200 К).

Введение магния в количестве

0,03-0, 15 мас.7, измельчает структуру, увеличивает прокаливаемость и твердость чугуна, улучшает форму граАита, оказывает влияние на природу упрочняющих фаз и их термическую стойкость, что способствует снижению износа и повышению кавитационно-эрозионной стойкости. Содержание магния принято от концентрации, при которой начинает сказываться их влияние на Аорму графита, структуру и кавитационную стойкость.

Введение алюминия н количестве

О, 13-0, 42 мас.% способствует дегазации и иэмельчению включений графита, повышению эксплуатационной стойкости, трещиностойкости, износостойкости и кавитационно-эрозионной стойкости чугуна при повьппенных температурах. Нижний предел концентрации алюминия принят от значения, с которого начинает сказываться его влияние на размер и Аорму графита и сопротивляемость термическим ударам, кавитации и эрозии. При увеличении концентрации алюминия более 0,42 мас.7. возрастает угар металла, увеличивается количество неметаллических включений по границам зерен, снижаются пластические и эксплуатационные свойI ства чугуна при нагреве и охлаждении, н условиях кавитации и эрозии.

Содержание углерода, марганца, кремния н предлагаемом чугуне выбрано с учетом практики производства термостойких отливок с повьппенной стабильностью стойкости к кавитации и эрозии. При увеличении их концентрации выше верхних пределов стабильность прочности предела выносливости и характеристики упруго-пластических свойств снижаются, а при снижении нижних пределов ниже нижних пределов недостаточны литейные свойства, прочность и эксплуатационная стойкость при высоких температурах в условиях кавитации и эрозии.

Титан (0,03-0, 14 мас.%), ниобий (0,23-0,35 мас.%), цирконий (0,120,4 мас.%) и азот (0,02-0,18 мас.%) упрочняют и микролегируют матрицу, поньппают ее термостойкость и канитационно-эрозионную стойкость при температурах до 1200 К. При снижении их содержания ниже нижних пределов со1444387 противляемость эрозии и кавитации низкая, а при увеличении выше верхних пределов повышается хрупкость и снижается сопротивляемость кавитации.

Кроме того, титан при содержании

5 более 0,.14 мас.% ухудшает AopMy графита в чугуне.

Введение сурьмы измельчает графит, снижает коэффициент термомеханическом воздействием, что обеспечивает повышение эксплуатационной стойкости чугуна при нагреве. При концентрации сурьмы до 0,02 мас.7 сопротивляемость эрозии и термомеханическим воздействиям и эксплуатационная стойкость чугуна недостаточны, а при концентрации сурьмы более 0,1 мас.% снижается термическая стойкость и сопротивляемость чугуна ударам, знакопе- 2р ременным нагрузкам, кавитации и эрозии.

Введение кальция в количестве

0,01-0,08 мас.Х раскисляет и модифицирует расплав, очищает границы 25 зерен, повышает эксплуатационную стойкость в условиях теплосмен, кавитации и эрозии. Верхний предел ограничен недостаточной растворимостью кальция в чугуне, а при концентрации gp кальция в чугуне менее 0,01 мас.Ж модифицирующий эффект недостаточен, что приводит к снижению эксплуатационной стойкости кокилей, сопротивляемости кавитации и эрозии.

Бориды иттрия в количестве 0,03О, 17 мас.7 упрочняют металлическую основу и повышают ее микротвердость и прочность, увеличивают износостойкость чугуна в отливках, термическую 4 и фрикционную теплостойкость при повышенных температурах, что обеспечивает существенное повышение кавитационно-эрозийной стойкости при термическом и фрикционном разогреве до

1200 К. При содержании боридов иттрия до 0,03 мас.7. увеличение микротвердости и эксплуатационной стойкости при фрикционном разогреве незначительное, а при концентрации боридов иттрия более 0,17 мас.Ж увеличивается число включений, расположенных по границам литых зерен, снижается динамическая прочность чугуна, кавитационно-эрозийная стойкость.

Бориды лантана в количестве 0,060,15 мас.Х микролегируют металлическую основу, увеличивают ее стабильность до более высоких температур и повышают стабильность предела выносливости, что обеспечивает снижение износа при кавитации и фрикционном разогреве до 1200 К. Нижний предел концентрации боридов лантана принят от значений (0,06 мас.X) когда заметно повышается микротвердость матрицы и стабильность предела выносливости при нагреве до 1200 К, а верхний предел концентрации боридов лантана (0,15 мас.7) обусловлен снижением сопротивляемости эрозии и фрикционной теллостойкости при температурах до 1200 К при более высоких концентрациях боридов лантана.

Пример. Плавку чугуна проводят в дуговой электропечи емкостью

1,5 т с кислой футеровкой. Феррохром вводили вместе с шихтой. Микролегирование алюминием, цирконием и ниобием производили в печи за 3-6 мин до выпуска в ковш. Перегрев чугуна составлял 1700-1730 К. Бориды иттрия, бориды лантана, сурьму, магний и модификаторы вводили в ковш. Разливку металла производили в сухие жидкостекольные формы при 1660-1680 К.

В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок (определение содержания компонентов в чугуне проводят методами дифференцированного химического анализа).

В табл. 2 приведены результаты механических и эксплуатационных испытаний чугунов, полученные на заготовках и пробах в литом состоянии, как при обычных температурах, так и повышенных (893-1200 К).

Как видно из табл . 2, предлагаемый чугун обладает более высокой кавитационно-эрозионной стойкостью в условиях периодических нагревов и охлаждений (2,23-5,6 раза) и улучшенной эксплуатационной стойкостью (в 2,08-4,08 раза).

Ф о р м у л а изобретения

Чугун для металлоформ, содержащий углерод, кремний, марганец, титан, цирконий, ниобий, сурьму, бориды иттрия, бориды лантана, кальций, азот и железо, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения кавитационно-эрозионной стойкости в интервале температур 893-1200 К, увеличения эксплуатационной стойкости металлоформ, он дополнительно содержит хром, ванадий, алкииний и магний

1444387 соотношении компоненТаблица 1

Химический состав, мас.Х, чугуна

Компоненты

Предложенный

Известный

3,4

3,0

3,2

Углерод

2,6

2,3

1,8

Кремний

0,7

1,1 1,5

0,7

Марганец

0,03

0,14

0,11

0,4

Титан

0,4

0,3

0,4

Иирконий

0,08

0,05

Кальций

0,23

0 35

0,29

0,02

Ниобий

005 . 01

0,02

0,1

Сурьма

Азот

0,18

0,12

0,02

0,1

Боридй лантана

0,05

0,06 0,08 0,15

Бориды иттрия

0,08

0,03

0,08

0,17

Хром

0,12

0,37

0,81

Магний

0,03

0,08

0,15

Алюминий

0,13

0,27

0,42

Ванадий

0,12

0,26

0,32

Осталь ное

Железо

Остальное

Осталь- Остальное ное при следующем тов, мас.Х:

Углерод

Кремний

Марганец

Титан

Цирконий

Ниобий

Сур ьма

3,0-3,6

1,8-2,6

0,7-1,5

О, 03-0, 14

О, 12-0,4

0,23-0,35

0,02-0, 1

Бориды иттрия

Бориды лантана

Кальций

Азот

Хром

Ванадий

Алюминий

Магний

Железо

0,03-0, 17

0,06-0,15

0,01-0, 08

0,02-0,18

О, 12-0,81

0,12-0,32

0,13-0,42

0,03-0, 15

Остальное

1444387

Таблица 2

Составы чугунов

Показатели

Предложенный

Известный

2 3

Предел прочности при растяжении, МПа

1240

560

1050 1215

Предел выносливости при знакопеременньм нагрузках, Nla

685

620 672

390

Термическая стойкость цикл.

4 120 4630 4860

2100

0,16

038 0 25

5,1

265

160

1000

136

1100

104

1200

Стойкость кокилей, заливок

2480 2608 2860

700

Относительная стойкость прессформ, 7.

208 . 246

272

100

Составитель Н. Косторной

Редактор М. Недолуженко Техред Л. Олийнык Корректор М Демчик

Заказ 6460/29 Тираж 595 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Линейный износ при фрикционном нагреве до 1000 К, мг/см гс

Кавитационно-эрозионная стойкость, ч, при К

893

190 206

145 152

110 126

62 90