Низкокремнистый алюминиевый чугун

 

Изобретение относится к чугунам со специальными свойствами, которые могут быть использованы в качестве материала для металлических форм и других деталей, работающих в условиях механических и термических нагрузок. Целью изобретения является повышение термостойкости удельной работы разрушения и ростоустойчивости чугуна. Чугун содержит железа, мас.%: углерода 3,0...3,3, кремния 0,4 - 0,6, марганца 0,6...0,9, алюминия 2,0...2,5, сурьмы 0,1...0,3, 0,4...0,6, железо остальное. Термостойкость кокилей из предложенного чугуна составляет 780 - 800 циклов. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИН (51)5 С 22 С 37/10

3L NP

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А STOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4406848/31-02 (22) 11.04.88 (46) 23.06.90. ban. ¹ 23 (71) Харьковский политехнический институт им. В.И. Ленина (72) Е.А. Затолокин, А.Ф. Насанкин, В.Ф. Мартыненко и В.П. Коваленко (53) 669.13.018 (088.8) (56) Хидяшели Н,З., Гветадзе Р.Г,, Пакиешнели А.В. Термостойкость низкокремнистых алюминиевых чугунов.

Повышение эффективности производства и качества металлургической продукции, Материалы докл. научн.-техн. конф, молодых ученых и специалистов

Закавказья и ЧССР (22-23 октября 1978

Тбилиси), 1981, с. 106-107, Металлургия, ЗИ428, 1982.

Авторское свидетельство СССР

¹ 998565, кл, С 22 С 37/ 10, 1983.

Изобретение относится к железоуглеродистым сплавам или к чугунам со специальными свойствами, которые могут быть использованы в качестве материала для металлических форм, ра6отающих в условиях механических и термических нагрузок.

Целью изобретения является увеличение термостойкости удельной работы разрушения и ростоустойчивости.

Предлагаемы низкокремнистый алюминиевый чугун содержит, мас,X:

С 3,0 — 3,3; Si 0,4 — 0,6; Мп 0,6

0,9 Al 2,0 — 2,5; Sb О, 1 — 0,3;

Си 0,4 †О,Ь; железо остальное.

Медь и сурьма, улучшая металлическую основу чугуна, повышают его (54) НИЗКОКРЕМНИСТЬП1 AJHWGKHEBMR ЧУГУН (57) Изобретение относится к чугунам со специальными свойствами, которые могут быть использованы в качестве материала для металлических форм и других деталей, работающих в условиях механических и термических нагрузок.

Цель изобретения — повышение термостойкости удельной работы разрушения и ростоустойчивости чугуна.

Чугун содержит железа, мас.%: углерода 3,0 — 3,3; кремния 0,4 — 0,6 марганца 0,6 — 0,9; алюминия 2,0 — 2,5; сурьмы 0,1 — 0,3; медь 0,4 — 0,6; железо — остальное. Термостойкость

Я кокилей из предложенного чугуна составляет 780-800 .циклов. 3 табл. удельную работу разрушения, ростоустойчивость и стабильность механических свойств при высоких температурах.

В табл.1 приведен химический состав предлагаемого чугуна (1-5) и известного, в табл.2 приведены их механические и специальные свойства.

Результаты, приведенные в табл,2, показывают обоснованность пределов, вводимых в низкокремнистый алюминиевый чугун сурьмы и меди и преимущества предлагаемого чугуна перед известным.

Введение сурьмы в чугун менее

0,1% для толстостенных отливок мало эФфективно с. точки зрения повышения

1573046 тВердости чугуна и перлитизации его металлической основы и как следствие несущественно повьш ается термостойкость чугуна. Содержание сурьмы в . чугуне в пределах О, 1 - 0,3/ существенно повышает его твердость за счет перлитизации металлической основы, которая имеет высокую стабильность при высоких температурах (до 700 С), Что споСобствует повышению термо-, стойкости чугуна. Введение сурьмы более О,З/ понижает механические

° ° войства чугуна, повышает величину тбела, способствует появлению в его структуре свободного цементита, Медь. является и графитизатором

Й стабилизатором структуры, до 0,4Х !

@е влияние на структуру и свойства

:чугуна еще мало эффективно. Содер жание-.меди в чугуне 0,4 — 0,6Х ,,Йесмолько повышает его твердость и очность, способствует перлитиза р ции структуры и благоприятно сказыва-! ется на повышение термостойкости. :одержание меди в чугуне более 0,6Х менее эффективно улучшает его меха нические свойства и структуру. Это, объясняется ограниченной раствориМостью меди в d-железе, Углерод является графитизирующим

,элементом, его содержание в предла;гаемом чугуне 3,0 — З,ЗХ определяет-, ся влиянием на литейные и механические свойства. Содержание углерода в сплаве менее 3,0/ повышает твердость 35 чугуна, ущ.личивает величину отбела,,,;уменьшает жидкотекучесть, повышает 1 ,,, остаточные литейные напряжения и тер" !мостойкость таких чугунов невысокая.

C повышением содержания углерода 40 (более З,ЗХ) несколько понижаются механические свойства и его термо.стойкость, хотя склонность к отбелу уменьшается. Оптимальное содержание

:углерода (3,0 - З,З/) в предлагае,:мом чугуне определяется не только

;механическими и служебными свойства .ми, но и технологической возможностью ! получения углерода в таких пределах .при электроплавке с большим содержа- 50 нием стйльных отходов.

Кремний является также графитизирующим элементом. При замене его в низкокремнистых алкииниевых чугунах алюминием механические свойства таких чугунов повышаются с понижением содержания в них кремния. Содержание кремния в чугуне ниже 0,4Х уменьшает жидкотекучесть, термостойкость (незначительно), повышает глубину отбела и остаточные литейные напряжения. Содержание кремния в предлагаемых чугунах выше 0,6Х несколько понижает механические свойства и термостойкость, хотя глубина отбела уменьшается.

Следовательно, оптимальное содержание кремния (0,4 — 0,6/) в предлагаемом чугуне определяется его механическими и служебными свойствами. Необходимо также отметить, что при наиболее простом способе получения низкокремнистых алюминиевых чугунов на основе предельных низкокремнистых,. содержание кремния 0,4—

0,6Х достигается без усложнения технологии плавки, Содержание марганца в чугуне определяется в пределах 0,6 - 0,9Х. При низком содержании (менее 0,6Х) марганца несколько понижаются механические свойства и термостойкость. При увеличении содержания марганца более

0,9Х несколько увеличиваются остаточные литейные напряжения, глубина отбела, механические свойства падают незначительно. Термостойкость таких чугунов ниже, чем при оптимальном содержании марганца — 0,7 — 0,9/, Алюминий в низкокремнистом алюминиевом чугуне компенсирует графитизирующее действие недостающего крем ния и способствует получению мелкодисперсной перлитной металлической основы с мелкопластинчатым графитом.

Содержание алюминия в предлагаемом чугуне менее 2,0Х определяет высокую твердость (НВ), повышенную глубину отбела и остаточные литейные напряжения. В структуре еще встречаются свободные включения цементита.

Содержание алюминия в чугуне выше оптимального значения (2,5Х) несколькО понижает механические свойства сплава и его жйдкотекучесть, что существенно понижает термостойкость чугуна-.

Результаты исследований показывают, что наилучшими механическими свойствами и высокой термостойкостьюобладают чугуны с содержанием алюминия в пределах 2,0 - 2,5Х.

Предлагаемый чугун имеет более высокую термостойкость, невысокие остаточные напряжения и высокие механи157304Ь

Углерод 3,0-3,3

Кремний 0,4-0,6

Марганец 0,6-0,9

Алюминий 2,0-2,5

Сурьма О, 1-0,3

Медь 0,4-0,6

Желез о Остальное

Ъ

Таблица 1

Содержание в составе, мас,X

Чугун

С Si Mn Al Sb Cu ."1g Br

Оэ4 0 ° 5 2 ° 0 Зв0

0,6 2,2

0,8 2,3

0,9 2,3

0,9 2,4

0 3""0 5

0,4

0,4

0,5

0,6

0,6

3,6-3,8

3,1

3,0

3,2

3,3

3,3

Известный

2

4

Таблица 2

Свойства

Известный 1, 2 3 4 5

Значения показателей свойств для чугуна ; а,, Па

НВ

Остаточные напряжения,, МПа

Жидкотекучесть, мм

Термостойкость коли чество циклов

345 350

170 187

350 350 345

229 241 248

7 8

1050 1000

113-142 8 7

1100 — 850 1100 1100

980

323 — 398 620 780

820

820

800 ческие свойства по сравнению с известным (табл. 2) .

Таким образом, предлагаемый объект дополнительно содержит медь и сурьму, что улучшает его специальные свойства.

Пример, Исследуемые чугуны получены в лабораторных условиях и испытаны на термостойкость, механические и литейные свойства. Наилучшие показатели имеют чугуны предлагаемого состава, в сравнении с составом выбранным в качестве из1 вестного. 15

Низкокремнистые алюминиевые чугуны, легированные сурьмой и медью, имеют высокие механические свойства (6 ) 350 МПа), удельную работу разрушения и ростоустойчивость. Произ- 20 водственные (натурные) испытания проводят на кокилях.

Химический состав опытных кокилей приведен в табл.3.

Производственные испытания под- 25 тверждают результаты лабораторных исследований. Термостойкость предлагаемых чугунов более чем в 2 раза выше термостойкости известного прототипа. 30

B производственных условиях низкокремнистые алюминиевые чугуны могут производится на основе шихты с содержанием низкокремнистых передельных чугунов или на основе стальных отходов (с применением технологии науглераживания) . Алюминий вводится в жидком состоянии на дно ковша, медь вводится в печь при окончании плавки или в ковш.

Формула изобретения

Низкокремнистый алюминиевый чугун, содержащий кремний, алюминий, углерод, марганец,и железо, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения термостойкости удельной работы разрушения и ростоустойчивости, он дополнительно содержит сурьму и медь при следующем соотношении компонентов, мас,l:

0,03-0,06 0,03-0,06

0 05 0,3

0,10 0,4

0,20 0 5

0,30 0,6

0,40 0,7

1573046

Продолжение табл. 2

Свойства

Известный 1 2 3 4 5

О иностойк ь, г/м . ч 9,27 — 11,03

Отбрил, мм

Удельная

Ъ работа раз6,4

9ь3 10,0

11,2

11,6

11,0

0,12

0,06 0 04 0,01 0,01

0,02

Таблица 3

H .Чугун

Содержание в составе, мас.%

Термостойкость с si ) Nn Al Бь си 1 g Ht

Известный 3,71

ПредлагаеMbIA

2

0,43 0,51 2, 72

005 005

298

Ь

3,00 0,40 0,60 2,00 О, 10 0,40

3,20 0,50 0,70 2,25 0,20 0,50

3,30 0,60 0,90 2,50 0,30 0,50

624

Редактор Н, Бобкова Заказ 1622 Тираж 482 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 руйения, кг м/мм

Лин йный ! рост, % (550 С, 100 ч) Значения показателей свойств для чугуна

Составитель Н, Шепитько

Техред Л. Сердюкова Корректор О. Ципле