Высокопрочный чугун

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления тонкостенных отливок, работающих в условиях гидроабразивного износа в нейтральных средах. Целью изобретения является повышение изностойкости и жидкотекучести чугуна. Предложенный чугун содержит, мас.%: углерод 3,2-3,9

кремний 1,25-1,7

марганец 0,005-0,03

фосфор 0,15-0,6

церий 0,002-0,006

алюминий 0,005-0,01

кальций 0,02-0,05

титан 0,001-0,1

бор 0,002-0,008

медь 0,8-1,2

железо остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна кальция, титана, бора и меди обеспечил повышение в 1,2-1,45 раза износостойкости и в 1,1-1,2 раза жидкотекучести. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (и) щ)5 С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР г,:; -„

К Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4451903/31-о2 (22) 30 ° 05.88 (46) 30,07.90, Бюл. N 28 (71) Краматорский индустриальный институт (72) В.И.Зема, А.В.Грановский, А.В.Дубинин, Н.А.Антонов, В.Д.Кассов и И.П.Катасонов (53) 669.13.018 (088.8)

l (56) Авторское свидетельство СССР

1(1092201, кл. С 22 С 37/10, 1983.

Авторское свидетельство СССР

N 1285047, кл. С 22 .С 37/10, 1985. (54) ВысОкопРОчный чУГУн (57) Изобретение относится к металИзобретение относится к металлургии, а именно к составам чугуна для отливок, работающих в условиях износа °

Целью изобретения является повышение износостойкости и жидкотекучести чугуна.

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, церий, алюминий, дополнительно содержит кальций, титан, бор и медь при следующем соотношении компонентов, мас.Ф:

Углерод 3,2-.3,9

Кремний 1,25-1,7

Марганец 0,005-0,03

Фосфор 0,15-0,6

Церий O,0Oã-О,006

Алюминий 0,005-0,01

Кальций 0,02- 0,05

2 лургии и может быть использовано для изготовления тонкостенных отливок, работающих в условиях гидроабразивного износа в нейтральных средах.

Цель изобретения - повышение износостойкости и жидкотекучести чугуна .

Предложенный чугун содержит, мас.4: углерод 3,2-3,9; кремний 1,25-1,7; марганец 0,005-0,03; фосфор О, 15-0,6; церий 0,002-0,006; алюминий 0,005—

0,01; кальций 0,02-0,05; титан 0,001О,1; бор 0,002-0,008; медь 0,8-1,2; железо остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна кальция, титана, бора и меди обеспечил повышение в 1,2-1,45 раза износостойкости и в 1,1-1,2 раза жидкотекучести. 2 табл.

Титан 0,001-0,1

Бор 0,002-0,008

Медь 0,8-1,2

Железо Остальное

Совместное легирование чугуна кальцием, титаном, бором и медью упрочняет металлическую основу, измельчает структуру, повышает микротвердость перлита и дисперсных карбидных включений, Бор в количестве

0,002-0,008 мас.Ф введен как эффективный микролегирующий элемент, образующий термическостойкие тугоплавкие соединения: карбобориды, которые являются центрами кристаллизации, способствуя тем самым формированию мелкодисперсной перлитной структуры чугуна. Растворенный в сплаве бор повышает стабильность перлита и упрочняет

1581768

er î. При концентрации бора менее

0„002 мас.4 его влияния на структуру и свойства чугуна не проявляется, а при концентрации бора более 0,008 мас.i образуются скопления карбоборидов, ухудшается форма графита и снижаются технологические свойства чугуна, увеличивается отбел.

Иедь как легирующий, сильный графитирующий и стабилизирующий перлит элемент при концентрации 0,8-1,2 мас.4 повышает износостойкость чугуна, вследствие микролегирования металлической основы чугуна ведет к получению одно- 15 родной структуры, повышению теплопроводности, Совместное. введение в чугун меди и бора дает в структуре мелкие равномерно распределенные включения с1>ож>->ых карбоборидов, измельчает эв- >0 тектическое зерно и включения графита.

Кроме того, при получении тонкостенíЫх отливок медь, как графитизирующий элемент, полностью устраняет отбел и уменьшает литейную усадку чугу- 2 на. При концентрации менее 0,8 мас А медь не оказывает влияния на структуру и свойства чугуна, а при содержании меди более 1,2 мас.% ухудшается форма графита, понижаются механичес- З0 кие свойства чугуна.

Титан в количестве 0,001-0,1 мас.3 введен как эффективный микролегирующий и модифицирующий элемент, связывающий кислород, азот и углерод s тугоплавкие твердые оксиды, нитриды и карбиды, которые при затвердевании расплава служат центрами кристаллизации, повышают дисперсность перлита и увеличивают износостойкость чугуна.

При концентрации титана менее

0,001 мас.3 его влияние на структуру и свойства чугуна незначительное, а при концентрации титана более 0,1 масА увеличивается склонность чугуна к пленкообразованию, выделяются крупные скопления оксидов и карбидов титана, ухудшается износостойкость и механические свойства чугуна.

Кальций в концентрации 0,02

0,05 ма-.1 введен как эффективный модификатор, усиливающий модифицирующее действие церия и позволяет дольше сохранить эффект модифицирования.

Кальций понижает термодинамическую активность углерода и увеличивает его растворимость в железе. Являясь при этом сильным раскислителем и десульфуратором, он способствует зарождению графитной фазы при первичной кристаллизации чугуна в шаровидной Форме, повышает износостойкость и эксплуатационную стойкость. Кроме того, кальций в количестве 0,02

0,05 мас.l очищает границы зерен, измельчает структуру. Дополнительное введение кальция вместо гафния позволяет снизить стоимость чугуна без ухудшения механических и литейных свойств, При содержании кальция менее 0,02 масА в структуре чугуна " образуется пластинчатый графит, а при содержании более 0,05 мас А увеличивается количество выделяемых ок" сидов и сульфидов, понижается износостойкость чугуна и механические свойства чугуна.

В предлагаемом чугуне пределы содержания кремйия выбраны с целью повышения жидкотекучести чугуна и устранения отбела в тонких сечениях отливок. Нижние пределы углерода (3,2 мас.3) и кремния (1,25 мас.ь) установлены с целью исключения образования в тонких стенках отливки в структуре чугуна грубых включений эвтектического цементита. Верхние пределы содержания углерода (3,9 масА) и кремния (1,7 мас.>,") установлены с целью обеспечения перлитной метал лической основы с учетом дополнительного введения легирующих элементов.

Увеличение содержания кремния более

1,7 мас А ухудшает форму графита и как следствие ухудшает механические свойства чугуна", Уменьшение содержания кремния менее 1,25 мас,l. приводит к снижению жидкотекучести чугуна и образованию отбела в тонких стенках отливки °

Марганец является побочным элементом, содержащимся в металлизированных окатышах. Увеличение марганца более 0,03 мас.3 приводит к образованию феррита вокруг графитных включений, что отрицательно сказывается на механических свойствах и износостойкости чугуна.

Алюминий как легирующий и сильный

r рафитизирующий элемент способствует выделению углерода в виде графита, что связано с образованием дисперсных частиц. карбида алюминия, которые являются центрами кристаллизации графи. та. Использование .в качестве графитизатора алюминия позволяет уменьшить содержание кремния, что в свою ю

Ы1768 б росплавы. Церий, алюминий и кальций вводят на дно ковша при выпуске металла из печи. Медь вводят в печь в виде катодной меди в начале плавки.

Температура металла перед выпуском из электропечи для модифицирования составляет 1450-1470 С, а температура чугуна при заливке в литейную форму составляет 1370-1400 С.

В табл. 1 и 2 приведены механические составы и результаты испытаний предложенного чугуна.

Механические свойства определяют на образцах диаметром 30 мм. Жидкотекучесть чугуна определяют по спиральной пробе (проба Керри), Склонность чугуна к отбелу изучают на клиновой пробе. Испытания на износ

20 проводят на образцах в воде, содержащей 30 мас. двуокиси кремния с размером частиц 0,2 мм. Скорость перемещения образца в гидроабразивной среде составляет 10 м/с. Износ оце25 нивают весовым методом после 4 ч испытаний.

Как следует из табл. 2, предложенный чугун вследствие дополнительного ввода в его состав кальция, титана, ЗО бора и меди и увеличению содержания в нем кремния обеспечивает в сравнении с известным составом повышение износостойкости в 1,3-1,45 раза, увеличение жидкотекучести в 1,1-1,2 раза и уменьшение отбела с 3 до 1 мм.

Высокопрочный чугун, содержащий

40 углерод, кРемний, марганец, фосфор, церий, алюминий и железо, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения гидроабразивной стойкости и жидкотекучести, он дополнительно

4 содержит кальций, титан, бор и медь при следующем соотношении компонентов, мас.4:

Углерод

Кремний 0 Марганец

Фосфор

Церий

Алюминий

Кальций

Бор

Медь

Железо

3,2-3,9

1,25-1, 7

0,005-0,03

0,15-0,6

0,002-0,006

0,005-0,01

0,02-0,05

0,001-0,1

0,002-0,008

0,8-1,2

Остальное

Ъ

15 очередь благоприятно сказывается на форме графитных включений — количество междендритного точечного графита резко уменьшается, что способствует распаду аустенита до перлита.

При концентрации менее 0,005 мас.ь алюминий не влияет на структуру и свойства чугуна, а при содержании алюминия более 0,013 усиливается пленкообразование и появляются включения оксидов, понижающие литейные и эксплуатационные свойства чугуна.

Фосфор образует фосфидную эвтектику, которая увеличивает жидкотекучесть чугуна, а также повышает износостойкость. При концентрации менее 0,15 мас. 1 фосфор не влияет на структуру и свойства чугуна. При содержании фосфора более 0,6 мас,Ф образуется сетка фосфидной эвтектики, оказывающая отрицательное влияние на механические свойства чугуна.

Церий в чугуне является элементом, связывающим серу, измельчающим эвтектическое зерно структуры, и снижает склонность чугуна к отбелу.

Совместное введение церия и кальция в чугун обеспечивает стабильность получения графита шаровидной формы, что благоприятно сказывается на повышении механических свойств и износостойкости.

При концентрации менее 0,002 мас.3 в структуре чугуна образуется пластинчатый графит, а при содержании церия более 0,006 мас.3 не наблюдается заметного изменения свойств чугуна.

Таким образом, введение в металлический расплав в установленных пределах концентраций комплекса элементов: карбидообразующих, графитизирующих и модифицирующих наряду с легированием медью позволяет повысить жидкотекучесть и износостойкость чугуна за счет получения мелких равномерно распределенных прочных карбидов и компактных включений графита в шаровидной форме на основе мелкодисперсного легированного и упрочненного перлита.

Пример, Плавку чугуна проводили в индукционной печи. Для изуче-. ния структуры и свойств выплавлены чугуны, содержащие основные компоненты,на разных уровнях, а также известный сплав со средним уровнем содержания компонентов. Для легирования и модифицирования чугуна используют ферФормула изобретения

1581768

Таблица 1

Химический состав, мас.Ъ

Плавка

Се Я1 Hf Sn Ca Ti В Cu

С Si Mn Р Fa

Осталь3,5 1,0 0,018 0 35 0,04 0 0075 0 09 0 05 ное

0,02 0,001 0,002

0,035 0,01 0,005 . 0,05 0,1 0,008

0,8

1,2

II и и

32 17 0005 015 002 001

3,5 1,45 0,017 0,35 0,004 0,0075

3,9 1 25 0,03 0,6 0,006 0,005

Таблица 2

Плавка

1 Жидкотекучесть, ММ

ИзносоCTON= кост ь отн.ед, Составитель Н.Шепитько

Редактор Т.Лазоренко Техред JI.Олийнык Корректор В. Гирняк

Заказ 2068 Тираж 484 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Известный

Предлагаемый

Предел прочности 8

МПа

1 730

725

3 730

730

Величина отбела, ММ

1,27

1,35

1,45.Я.

670 .

725