Высокопрочный чугун

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам высокопрочных чугунов с повышенной стойкостью к тепловым ударам. Целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости в условиях теплосмен. Предложенный чугун содержит, мас.%: углерод 3,2-3,8

кремний 2,6-3,2

марганец 0,2-0,7

никель 1,4-2,2

ванадий 0,02-0,2

молибден 1,1-2,7

хром 0,03-0,3

нитриды бора 0,03-0,15

олово 0,002-0,1

магний 0,03-0,07

алюминий 0,02-0,08

церий 0,02-0,05

цирконий 0,03-0,15

кальций 0,002-0,027

барий 0,005-0,02

железо остальное. Чугун может быть также использован для изготовления деталей, работающих в узлах трения при повышенных температурах. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (s>)s С 22 С 37/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 копрочных чугунов с повышенной стойкостью к тепловым ударам ° Цель изобретения - повышение эксплуатационной стойкости в условиях теплосмен. Пред"ложенный чугун содержит, мас.3: углерод 3,2-3,8; кремний 2,6-3,2; марганец 0,2-0,7; никель 1,4-2,2; ванадий

0,02-0,2; молибден 1,1-2,7; хром 0,030,3; нитриды бора 0,03-0,15; олово

0,002-0,1; магний 0,03-0,07; алюминий 0,02-0,08; церий 0,02-0,05 цирконий 0,03-0,15; кальций 0,002-0,027; барий 0,005-.0,02; железо остальное.

Чугун может быть также использован для изготовления деталей, работающих в узлах трения при повышенных температурах, 2 табл.

Существенными отличиями предложенного чугуна являются насыщенные нитридами бора и введение циркония и бария и церия, что значительно повышает сопротивляемость тепловым

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4459748/23-02 (22) 14.07.88 (46) 30 ° 07.90 ° Бюл. N 28 .(71) Производственное объединение

"Гомсельмаш" (72) А.К.Карпов, М.И.Карпенко, Г.Ф.Ковалевский, Е.И.Марукович, С.М.Бадюкова и В.И.Науменко (53) 669.13.018.8 (088.8) (56) Патент ПНР М 123606, кл. С 22 С 37/04, 1983.

Авторское свидетельство СССР

М 924146, кл. С 22 С 37/10, 1981 ° (54) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии в частности к составам высо1

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам высокопрочных чугунов, используемых для изготовления деталей технологической оснастки, работающей в условиях теплосмен: пресс-форм, кокилей и др.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости в условиях теплосмен.

Высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, алюминий, никель, хром, молибден, ванадий, РЗМ, олово, кальций, магний, цирконий, нитриды бора, барий, церий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.4:

Углерод 3,2-3,8

Кремний 2,6-3,2

Марганец 0,2-0,7

Никель

Цирконий

Молибден

Ванадий

Алюминий

Магний

Олово

Хром

Нитриды бора

Церий

Кальций

Барий

Железо

1,4-2,2

0,3-0,15

1,1-2,7

0,02-0,2

0,02-0,08

0,03-0,07

0,002-0,!

О, 03-0„3

0,03-0,15

0,02-0,05

0,002-0,027

0,005-0,02

Остальное

1581770 ударам и эксплуатационные свойства в условиях теплосмен.

Дополнительное введение циркония обусловлено тем, что он обладает эффектом измельчения и инвертирования структуры, оказывает микролегирующее воздействие, повышает стабильность структуры в условиях тепловых ударов и ее термическую и эксплуатационную стойкость, что обеспечивает существенное повышение сопротивляемости высокопрочного чугуна термическим ударам. При повышении концентрации циркония более 0,15 мас.3 увеличивается количество дефектов кристаллической решетки металлической основы, неметаллических включений по границам зерен, ухудшается фактор формы графитных включений, повышаются термические напряжения, что снижает технологическую пластичность, трещиностойкость и сопротивляемость термическим ударам, Нижний предел концентрации циркония (0,03 мас. 1) обусловлен его 25 недостаточным микролегирующим влиянием на структуру и низкими эксплуатационными свойствами чугуна в условиях термических ударов °

Дополнительное введение нитридов бора обусловлено их модифицирующим воздействием, улучшением морфологии структуры, повышением упругопластических свойств, термической стойкости, что способствует увеличению сопротивляемости чугуна тепловым ударам. При

35 концентрации нитридов бора до 0,03 мас.4 модифицирующий эффект и повышение сопротивляемости тепловым ударам недостаточны, а при концентрациях более

0,15 мас.4 увеличивается количество о 40 неметаллицеских включений по границам зерен, снижаются упругопластические свойства,. сопротивляемость термическим ударам и эксплуатационная стой45 кост ь, 1

Барий повышает стабильность структуры, способствует упрочнению матрицы, очищает границы зерен, снижает загрязненность чугуна неметаллическими вклю-50 чениями, служит поверхностно-активными добавками, повышает однородность структуры, термическую стойкость, эксплуатационные и пластические свойства. При концентрации до

0,005 мас.4 модифицирующий эффект недостаточен, а при повышении содержания более 0,02 мас.4 увеличивается содержание неметаллических включений и неоднородность структуры, снижается технологическая пластичность, динамическая прочность, термическая стойкость и эксплуатационные свойства.

Церий в большей степени, чем РЗМ способствует улучшению Фактора формы графита, повышает ударную вязкость, теплопрочность и пластические свойства, что существенно повышает термостойкость и эксплуатационные свойства в условиях тепловых ударов. При концентрации церия менее 0,024 модифис цирующий эффект недостаточен., а при повышении его концентрации более

0,05 увеличивается содержание неметаллических вклюцений и наблюдается ухудшение пластических свойств и эксплуатационной стойкости в условиях теплосмен, Граничные параметры содержания углерода (3,2-3,8 мас.4) и кремния (2,6-3,2 мас.3) определены исходя из практики производства высокопрочных чугунов с повышенными пластическими свойствами, износостойкостью и термической стойкостью. При концентра" ции углерода более 3,8 мас.3 и кремния более 3,2 мас.1 снижаются предел выносливости, термическая стойкость, ударная вязкость и другие механические и эксплуатационные свойства чугуна, а при концентрации углерода до

3,2 мас.3 и кремния до 2,6 мас.4 возрастают термические напряжения, снижаются трещиноустойчивость, термическая стойкость, ударная вязкость и другие пластические свойства в отливках, что снижает эксплуатационную стойкость чугуна и условиях теплосмен а при нагреве до 850 С.

Ванадий введен как эффективный микролегирующий и упрочняющий компонент, усиливающий эффект измельчения матрицы и графитных включений, обеспечивающий однородность структуры и повышение термической и эксплуатационной стойкость и упругопластических свойств и их стабильность. Верхний предел концентрации ванадия (0,2 мас.3) обусловлен усилением отбела, снижением технологической пластичности чугуна и увеличением склонности к трещинам при более высоком его содержании, что снижает эксплуатационные и упругопластицеские свойства, При уменьшении концентрации ванадия менее

0,02 мас.4 укрупняется структура и снижаются динамическая прочность, 1581770 предел текучести, термическая и эксплуатационная стойкость.

Содержание легирующих добавок (марганец 0,2-0,7 мас ° ь, молибден

1,1-2,7 мас.l, никель 1,4-2,2 мас.ь, хром 0,03-0,3 мас.i) обусловлено существенным повышением термической стойкости, технологической пластичности и прочности и ограничено пределами, ниже которых теплопрочность, технологическая пластичность и прочностные свойства недостаточные, а выше которых увеличиваются термические напряжения и снижаются пластические свойства, термическая стойкость, предел выносливости при изгибе, ударная вязкость и эксплуатационные свойства.

Введение олова в количестве 0,0020,1 мас.1, алюминия 0,02-0,08 мас.3, кальция 0,002-0,027 мас.1 и магния

0,03-0,07 мас.3 обусловлено их высокой модифицирующей эффективностью и поверхностной активностью, которые в этих количествах обеспечивают очистку границ зерен, повышение пластических свойств, трещиноустойчивости в условиях теплосмен и технологической пластичности. Их содержание обусловлено пределами, обеспечивающими получение дисперсной и однородной структуры в отливках, шаровидного графита в чугуне и необходимых эксплуатационных и механических свойств, а также стабильной перлитной структуры после термической обработки и в процессе эксплуатации. При увеличении их концентрации выше верхних пределов снижаются эксплуатационные свойства и увеличивается их угар.

Пример. Опытные плавки проводят в индукционных печах с использованием в качестве шихтовых материалов литейных чугунов, полуфабрикатного никеля, чугунного и стального лома, феррованадия, ферромолибдена, силикомарганца и брикетов нитридов бора, ферроциркония и других ферросплавов.

Микролегирование чугуна феррованади ем ФВд2, ферроцирконием ФЦр40, силикомарганцем СМн17 проводят в электропечи в конце плавки при 1500-1520 С, а модифицирование ферроцерием (ТУ

1243-75), нитридами бора ФВ17Н, сплавами бария ФСБа30, оловом 02 (ГОСТ

860-75), сплавами магния - непосредственно в раздаточных литейных ковшах. Для определения отбела заливают ступенчатые и клиновые технологические пробы. Ударную вязкость определяют на образцах 10 10 55 мм с полукруглым надрезом.

В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок. Содержание компонентов в высокопрочном чугуне определяют методами спектрального и дифференцированного химического анализа. Эксплуатационную стойкость определяют при литье бронзы Бр.05С 17 в чугунные металлические формы с нагревом до 850 С.

В табл. 2 приведены данные о механических и эксплуатационных свойствах. Механические свойства и термическую стойкость определяют на стандартных образцах, а сопротивляемость термическим ударам, теплопрочность и

20 износостойкость на образцах, вырезанных из отливок, после отпуска при

560-588 С .

Как видно из табл. 2, термическая стойкость, износостойкость и сопро25 тивляемость термическим ударам у предложенного чугуна выше, чем у известного высокопрочного чугуна.

Улучшение сопротивляемости термическим ударам, износостойкости при сухом трении и предела выносливости при изгибе предложенного высокопрочного чугуна обеспечит повышение эксплуатационной стойкости кокилей и

35 пресс-форм, работающих в условиях теплосмен при литье деталей из медных сплавов.

Формула изобретения

Высокопрочный чугун, содержащий углерол, кремний, марганец, никель. хром, кальций, магний, алюминий,, молибден, ванадий, олово и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости в условиях теплосмен, он дополнительно содержит цирконий, нитриды бора, барий и церий при следую 0 щем соотношении компонентов„ мас. :

Углерод 3,2-3,8

Кремний 2,6-3,2

Марганец 0,2-0,7

Никель 1,4-2,2

Хром 0,03-0,3

Кальций 0,002-0,027

Магний 0,03-0,07

Алюминий 0,02-0,08

Молибден 1,1-2,7

1581770

Барий

Церий

Железо

0,005-0,02

0,02-0,05

Остальное

8анадий

Олово

Цирконий

Нитриды бора

0,02-0а2

0,002-0,1

0,03-0,15

0,03-0,15

7аблица

Чугун

Содержание компонентов, мас. 4

Ване- Хром Церий (Кель- Барий дий ций

Никель Нрснний

:..........1! 1!нрко-) митри- Алями- Иолибний дм бора ний ден

Угле- Наргарод нец

Олово Магний

1« (иэв.)

3

0,2 0,3

0,03 0,02 I,I

0,08 0,05 1,8

0,15 0,08 2,7

3,5 0;8

3,2 0,2

3,6а. 0,4

3,8 0,7

1,2

1,4

1,8

2,2

О,l 0,08

0,002 0,03

0,05 0,05

О,! 0,07

0,2

0,03 0,02

0 ° 14 0,03

0,3 0,05

2,2

2,6

2,8

3,2

0,35

0 ° 02

0,12

0,2

0,06

0,002 0,005

0,015 0,012

0,027 0,02

0,03

0,05

0,15

Остальное н

" В иугуне состава 1 дополнительно содержалось 0,95 мас.2 меди и 0,04 мас,2 РЗН.

Табли ца 2

Свойства высокопрочных чугунов

Показатели

3 4 5 6

1 1 2

8ременное сопротивление, ИПа

Относительное удлинение, О

Теплопрочност ь, С

Термическая стойкость, цикл

Предел выносливости при изгибе, ИПа

Ударная вязкость, кДж/м2

Сопротивляемость тепловым ударам при нагреве до 850 С, цикл

512 583

672 687 662

500

7,1 7,8

885 925

2,5 6,0

630 765

7,5

910

2,2

595

1275 1850

335 445

185 275

1206 1980 2370 2315

318 485 510 506

166

342

335 350

1310 2920

1270 3650 3880 . 3712

Составитель Н.Шепитько

Редактор Т.лазоренко Техред Л.Опийнык Корректор И.Кучерявая

Заказ 2068 Тираж 484 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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