Чугун

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению конструкционного низколегированного чугуна для литых деталей, работающих в условиях тепловых ударов и кавитации при нагреве. Целью изобретения является повышение кавитационной стойкости и вязкости разрушения при 700-900°С. Предложенный чугун содержит, мас.%: углерод 1,8-2,9

кремний 2,6-3,6

марганец 0,5-1,5

никель 0,8-1,3

медь 0,05-0,19

магний 0,07-0,11

цирконий 0,05-6,10

лантан 0,06-0,09

кальций 0,002-0,001

бориды вольфрама 0,002-0,006

молибден 0,12-0,35

нитриды хрома 0,005-0,62

нитриды бария 0,002-0,01

иттрий 0,002-0,03

железо остальное. Предложенный чугун имеет кавитационную стойкость при 700°С 8,3-12,6 мг/гс, при 900°С 15,7-21,5 мг/гс и вязкость разрушения К<SB POS="POST">IC</SB> при 700°С 252-270 кгс<SP POS="POST">.</SP>мм<SP POS="POST">-3/2</SP>, при 900°С 232-249 кгс<SP POS="POST">.</SP>мм<SP POS="POST">-3/2</SP>. 2 табл.

i »»

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 22 С 37/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4396150/23-02 (22) 23.03.88 (46) 07.12.89, Бюл. Р 45 (71) Производственное объединение

"Гомсельмаш" (72) П.Н.Радьков, М.И.Карпенко, Е.И.Иарукович, С.M.Áàäþêoâà и В.И.Иедведев (53) 669.13.018(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 692887, кл. С 22 С 37/10, 1978 °

Авторское свидетельство СССР

Ф 985122, кл. С 22 С 37/08, 1982. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к области металлургии, в частности к по.лучению конструкционного низколегиро, ванного чугуна для литых деталей,раИзобретение относится к металлургии, в частности к получению конструкционного низколегированного чугуна для литых деталей, работающих в условиях тепловых ударов и кавитации при нагреве до 700-900 С, Цель изобретения — повышение кавитационной стойкости и вязкости разрушения при 700-900 С.

Предлагаемый чугун содержит, мас. 7.:

Углерод

Кремний

Иарганец

Никель

Иедь

Иагний

Цирконий

„„SU„„1527309 А 1

2 ботающих в условиях тепловых ударов и кавитации при нагреве. Целью изобретения является повышение кавитационной стойкости и вязкости разрушения при 700-900 С, Предложенньо1 чугун содержит, мас.Ж: углерод i 8-2,9 кремний 2,6-3,6, марганец 0 5-1,5, никель 0,8-1,3; медь 0,05-0,19 магний

0,07-0,11, цирконий 0,05-6,10, лантан

0,06-0,09, кальций 0,002 -0,01, бориды вольфрама 0,002-0,06, молибден О, 120,35; нитриды хрома 0,005-0,62; нитриды бария 0,002-0,01; иттрий 0,0020,03, железо остальное. Предложенный чугун имеет кавитационную стойкость при 700 С 8,3-12,6 мг/rc, при 900 С

15,7-21,5 мг/гс и вязкость разрушения К при 700 С 252-270 кгс мм при 900 С 232-249 кгс.мм э . 2 табл.

Лантан 0,06-0,09

Кальций 0,002-0,01

Иттрий 0,002-0,03

Иолибден 0,12-0,35

Бориды вольфрама 0,002-0,06

Нитриды хрома 0,005-0,62

Нитриды бария 0,002-0,01

Железо Остальное

Дополнительное введение в состав предлагаемого чугуна молибдена, боридов вольфрама, нитридов хрома и бария значительно повышает кавитационную стойкость и вязкость разрушения при

700-900 С.

Дополнительное введение боридов вольфрама в укаэанных пределах упрочняет матрицу до 900 С, микролегируя

1527309 ее дисперсными частицами боридов и повышая ее стабильность, что существенно повышает кавитационную стойкость при 700-900 С при сохранении вязкости

5 разрушения на высоком уровне. При содержании боридов вольфрама до

0,002 мас. их влияние на структуру чугуна — кавитационную стойкость незначительно, а при увеличении их концент-10 рации более 0,06 мас.X снижаются литейные свойства, ударная вязкость и вязкость раэрушения при 700-900 С.

Введение молибдена в количестве

0,12-0,35 мас.% повьппает термическую стойкость и сопротивляемость износу при повышенных температурах, что способствует повышению кавитационной и эксплуатационной стойкости чугуна при 700-900 С. Верхний предел концентрации ограничен содержанием, выше которого возрастает количество карбидных фаэ, что снижает вязкость разрушения, а при, содержании молибдена до О, 12 мас. % термостойкость и 25 сопротивляемость кавитации при нагреве до 700-900 С недостаточны.

Нитриды хрома и бария вводятся для измельчения структуры чугуна и повышения вязкости разрушения при повышенных температурах. При этом нитриды хрома повышают карбидообразование и кавитационную стойкость, а нитриды бария оказывают графитиэирующее влияние и их максимальные концентрации

35 ограничены соответственно пределами

0,62 и 0,01 мас.%, выше которых снижается стабильность структуры, упругопластические свойства и термостой40 кость. При их концентрации до 0,005 и 0,002 мас.X стабильность структуры и свойств при 700-900 С недостаточна.

Введение меди в пределах 0,050,19 мас.7 и кальция 0,002-0,01 мас.X повьппает усвояемость нитридов, боридов и легирующих компонентов, упругопластические свойства и компактность фазовых составляющих, что способст50 вует повьппению кавитационной стойкости при 700-900 С. Повышение содержания меди более 0,19 мас.X и кальция более 0,01 мас.% не приводит к повышению усвояемости и свойств чугуна, а при снижении их ниже нижних пределов возрастает количество остроугольных фаэ в структуре и снижается вязкость разрушения.

В предлагаемом чугуне содержание кремния — повышенное, а углерода — пониженное (1,8-2,9 мас,7.) для повьппения термической и кавитационной стойкости. Содержание марганца повышено до 0,5-1,5 мас ° X иэ необходимости повышения стойкости к многократным термическим ударам и вязкости разрушения при 700-900 С. Верхние их концентрации ограничены пределами, вьппе которых отмечается образование Ледебуритной эвтектики и снижение упругопластических свойств чугуна.

Содержание поверхностно-активных модификаторов (магний, 0,07-0, 11мас.X лантан 0,06-0,09 мас.7. и иттрий

0,002-0,03 мас.X) обеспечивает повышение фактора формш графита и .<сметаллических включений и высокие прочностные и эксплуатационные свойства.Их верхние пределы концентраций представляют содержания, вьппе которых растет угар и снижаются вязкость разрушения и термостойкость при повьппенных температурах. При снижении их концентрации менее нижних пределов модифицирующий эффект и упругопластические свойства снижаются.

Введение в чугун никеля в количестве 0,8-1,3 мас.% упрочняет и стабилизирует структуру, повышает сопротивляемость многократным термическим .ударам и износу, что обеспечивает высокую кавитационную стойкость при

700-900 С. Содержание никеля менее

0,8 мас.X не обеспечивает существенного повьппения термической и кавитационной стойкости при температуре боо лее 700 С, а при концентрации его более 1,3 мас,X снижается вязкость разрушения при незначительном росте прочностных свойств и кавитационной стойкости.

Цирконий в количестве 0,05-6, 1 мас.% легирует матрицу и проявляет себя в чугуне при кристаллизации как модификатор второго рода, снижает дисперсность структуры и повьппает термостойкость чугуна, что способствует стабилизации кавитационной стойкости и вязкости чугуна. При содержании циркония более 6,1 мас. . могут ухудшаться литейные свойства и стабильность структуры чугуна, возрастает количество

I в структуре остроугольных карбидов, что снижает вязкость разрушения и ударную вязкость.

5 15

Пример. Чугун выплавляют в индукционной печи ЛЗ-67В. В качестве шихтовых, материалов используют литейные коксовые чугуны ЛК-2 и ЛК-3 передельный чугун М1, чугунный лом

18А, стальной лом 1А, бориды вольфрама ВБ-2, измельченные брикеты нитридов хрома ФХ100Н и нитридов бария

ФБа2Н, ферромолибден Мо2, ферромарганец Мн1 и другие ферросплавы, Температура перегрева расплава 1480-1500 С.

Ферромолибден и бориды вольфрама вводят в печь после рафинирования расплава кальцинированной содой в дробленом до фракции 0,1-3,0 мм виде вместе с медной выСечкой. Модифицирование расплава производят при выпус/ ке расплава в ковш механической смесью иэ магниевой лигатуры ЖКМК-3 нитридов хрома и бора, металлического иттрия Ит-3, лантана и 75Z-ного ферросилиция. Температура модифицировао ния 1430-1450 С. Заливку расплава производят в сухие оболочковые формы для получения технологических проб, отливок и образцов для механических испытаний.

В табл. 1 приведены химические составы известного и предлагаемого чугунов опытных плавок.

Механические свойства определяют на образцах У 10 мм с расчетной длиной 50 мм и на образцах размером

10х10х55 мм.

Стойкость против многократного удара оценивают при симметричном изгибе цилиндрических (ф 10 мм) образцов на машине МУИ 600 при нагрузке

300 MIIa. Кавитационную стойкость определяют на испытательных стендах при воздействии паромасляных сред, загрязненных абразивом.

0,002-0,06

0,005-0,62

0,002-0,01

Остальное

Кавитационную стойкость определяют на испытательных газоабразивных стру27309 6 еударных стендах 1Н С-1М при скорости потоков 35 м/с и загрязнении их частицами карбида кремния марки КЧ с размерами частиц 0,63 мм.

Результаты испытаний приведены в табл.2.

Как видно из табл.2 предлагаемый чугун обладает более высокими механическими свойствами, удароустойчивостью и кавитационной стойкостью при 700-900 С, чем известный чугун.

Использование предлагаемого чугуна для термостойких отливок и деталей термических печей, работающих в условиях ударных нагрузок и повышенных температур, позволяет повысить их стойкость.

Формула и э обретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, медь, магний, кальций, лантан, иттрий, цирконий и железо, отличающийся тем, что, 25 с целью повышения кавитационной стойкости и вязкости разрушения при о

700-900 С, он дополнительно содержит ,молибден, бориды вольфрама, нитриды хрома и нитриды бария при следующем

30 соотношении компонентов,мас,.7:

Углерод 1,8-2,9

Кремний 2,6-3,6

Марганец 0,5-1,5

Никель 0,8-1,3

Медь О 05-0 19

У У

Магний 0,07-0,11

Кальций 0,002-0,01

Лантан 0,06-0,09

Иттрий 0,002-0,03

4Q 1(ирконий 0,05-6, 1

Молибден О, 12-0 35

Бориды вольфрама

Нитриды хрома

Нитриды бария

Железо

1527309

Т а б л и ц а 1

Химический состав, мас.X

Ъ

Компоненты

Предлагаемый чугун

Известный чугун (г

0,06

0,03

0,002

0,62

0,01

Остальное

0,01

О, 005

Остальное

0,005

0,002

Остальное

Остальное

Таблица 2

Предлагаемый чугун

\ а

Известный чугун

Показатели

920

650

927

885

1,85

1,9

1,91

1,35

112

267

245

249

252

232

8,3

15,7

8,5

16,3

12,6

21,5

73

150

1831

1918

1912

1607

Составитель Н.Шепитько

Редактор В.Петраш Техред Л.Олийнык Корректор О.Ципле

Заказ 7486/37

Тираж 576

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101

Углерод

Кремний

Марганец

Никель

Медь

Цирконий

Магний

Ланган

Кальций

Иттрий

Молибден

Бориды вольФрама

Нитриды хрома

Нитриды бария

Железо

Предел прочности при растяжении, МПа

Ударная вязкость, МДЖ/M

Вязкость разрушения, з/г

К„,кгс при 700 С при 900 С

Кавитационная стойкость, мг/гс; при 700 С при 900 С

Удароустойчивость, цикл

3,0

2,1

0,2

0,3

0,2

0,1

0 05

0,03

0,03

0,05

1,8

3,6

0 5

0,8

0 05

0,05

0,07

0,06

0,002

0,002

0,12

2,6

3,1

1,0

1э!

0,1

0,67

0,10

0,07

0,005

0,006

0,26

2,9

2,6

1,5

1,3

0,19

6,10

0,11

0,09

0,01

0,03

0,35