Высокопрочный чугун

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве отливок из высокопрочного чугуна. Цель изобретения - повышение механических свойств, термостойкости и кавитационной стойкости. Новый чугун содержит, мас. % : C 3,2-3,8

SI 2,6-3,0

MN 0,2-0,7

NI 0,4-1,2

AL 0,03-0,10

MO 0,8-1,1

V 0,3-0,7

CA 0,002-0,02

CR 0,03-0,33

CE 0,002-0,05

CU 0,71-1,1

MG 0,03-0,07

дибориды титана 0,05-0,25

Y 0,03-0,08

один элемент из группы, содержащей цирконий и ниобий 0,005-0,21

FE остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна диборидов титана, иттрия и циркония или ниобия позволил повысить предел прочности в 1,33-1,39 раза, относительное удлинение в 3,68-4 раза, термостойкость в 3,06-3,37 раза и кавитационную стойкость в 1,55-1,74 раза. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК (19) (И) (5-1)5 С 22 С 37/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21} 4482183/31-02 (22) 14.09.88 (46) 15.08.90. Бюл. М 30 (71) Гомельский политехнический институт (72) М.И.Карпенко, H.H Господаров, А.М.Сохор, Е.И.Марукович и Т.И.Рябинникова (53) 669.15-196 (088.8) (56) Патент ПНР 17 123606, кл. С 22 С 37/04, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N 924146, кл. С 22 С 37/10, 1980, (54) 867СОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве отливок из высокопрочного чугуна. Цель изобретения - поИзобретение относится к металлургии, в.частности к разработке составов чугуна с шаровидной формой градиента.

Цель изобретения - повышение механических свойств, термостойкости и кавитационной стойкости.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предлагаемого состава обусловлен следующим.

Оптимальными концентрациями вновь вводимых элементов являются следующие их содержания: дибориды титана

0,05-0,25 мас.Ф, иттрий 0,03-0,08 и металл из группы, содержащей цирконий и ниобий - 0,005-0,21 нас.Ф.

2 вышение механических свойств, термостойкости и кавитационной стойкости.

Новый чугун содержит, мас.Ф: С 3,23,8; Si 2,6-3 0; Мп 0,2-0,7; Ni 0,41,2; Al 0,03-0,10; Мо 0,8-1,1; V 0,30,7; Са 0,002-0,02; Cr 0,03-0,33; Се

0,002-0,05; Си 0,71-1,1; Mg 0,03

0,07, дибориды титана 0,05-0,25; Y

0,03-0,08; один элемент из группы, содержащей цирконий и ниобий 0,0050,27 Fe остальное. Дополнительный ввод s состав чугуна диборидов титана, иттрия и циркония или ниобия позволил повысить предел прочности в

1,33-1,39 раза, относительное удлинение в 3,68-4 раза, термостойкость в 3,06-3,37 раза и кавитационную стойкость в 1,55-1,74 раза. 2 табл.

Новая совокупйость признаков обеспечивает значительный положительный эффект, который может быть достигнут при использовании изобретения в процессе эксплуатации изготовленных из предлагаемого высокопрочного чугуна кокилей, пресс-форм и других деталей технологической оснастки, работающих в условиях тепловых ударов.

Дополнительное введение диборидов титана связано с высокой их много" звенной модифицирующей способностью, Складывающейся из привнесения тугоплавкой высокотемпературной (Тщ, 3200 С) зародышевой фазы близкой кристаллоструктурной ориентировки на первой стадии и формирования дис158537 I персной структуры в процессе кристаллизации.

При концентрации диборидов титана до 0,05 мас.3 измельченность микрозерна недостаточна, что не приводит к существенному повышению механических и эксплуатационных свойств, а при концентрации диборидов титана более 0 25 мас.4 усиливается обога- 10 щение границ даже мелких зерен диборидами титана, что отрицательно сказывается на показателях пластичности,, трещиностойкости, ударной вязкости и стабильности служебных свойств, f5

Иттрий усиливает модифицирующее влияние диборидов титана, улучшает фактор формы микрозерна, графита и неметаллических включений, что повышает механические и эксплуатационные свойства. При концентрации иттрия до

0,03 мас.% его модифицирующее влияние недостаточно, а механические и эксплуатационные свойства (термостойкость) чугуна в условиях теплосмен 25 низкие. При увеличении концентрации иттрия более 0,08 мас.3 увеличивается содержа ние неметаллических вклю- . чений, снижается стабильность структуры, механических и эксплуатационных свойств.

Металл из группы, содержащей цирконий и ниобий, микролегирует металлическую основу, измельчает матрицу, повышает однородность структуры, тер- 35 мическую и эксплуатационную стойкость.

При концентрации металла из группы, содержащей цирконий и ниобий менее

0,005 мас.4 микролегирующий эффект недостаточен, а .термическая и экс- 40 плуатационная стойкость имеют низкие значения, а при увеличении их содержания более 0,21 мас.ь снижается пластичность чугуна, сопротивляемость термическим ударам, что приводит к снижению трещиностойкости и эксплуатационной стойкости.

Ванадий введен как эффективный микролегирующий и нитридообразующий компонент, усиливающий эффект инвертирования структуры, существенно измельчающий матрицу и графитные включения, обеспечивающий однородность структуры и повышение термической стойкости и упруго-пластических свойств и их стабильность. Верхний предел концентрации ванадия (0,7 масА) обусловлен снижением технологической пластичности чугуна и увеличением склонности к трещинам при более высоком его содержании и снижении упруго-пластических свойств и эксплуатационной стойкости, При уменьшении концентрации ванадия менее 0,3 мас.l его микролегирующее влияние недостаточно, снижаются прочность, предел текучести, термическая и эксплуатационная стойкость металлических форм.

Медь измельчает бейнитную структуру и способствует повышению пластических свойств, термической стойкости и эксплуатационной стойкости. При концентрации меди до 0,72 мас.l ее микролегирующий эффект и повышение пластических и эксплуатационных свойств недостаточны, а при увеличении концентрации меди более 1,1 мас.3 повышаются ликвационные процессы, уменьшаются теплопрочность, снижаются однородность структуры и эксплуатационная стойкость.

Граничные параметры содержания углерода (3,2-3,8 мас.Ф) и кремния (2,6-3, 0 мас.3) определены исходя из практики производства высокопрочных чугунов с повышенными упругопластическими свойствами и высокой термической стойкостью. При концентрации углерода более 3,8 мас.4 и кремния более 3,0 мас./ снижаются термическая стойкость, ударная вязкость и другие механические и эксплуатационные свойства чугуна, а при концентрации углерода до 3,2 мас.ь и кремния до 2,6 мас.4 возрастают отбел и термические напряжения, снижаются трещиностойкость, термическая стойкость, ударная вязкость и другие пластические свойства и стабильность эксплуатационных свойств в отливках.

Содержание легирующих добавок (марганец 0,2-0,7 мас.3, молибден

0,8-1,2 мас.i, хром 0,03-0 33 мас. ь, никель 0,4-1,2 мас.3, алюминий 0,030,1 мас.4) обусловлено существенным повышением термической стойкости, технологической пластичности и прочности и ограничено пределами, ниже которых теплопрочность, технологическая пластичность и прочностные свойства недостаточные, а выше которыхувеличиваются термические напряжения и снижаются пластические свойства, термическая стойкость и предел вынос5 1585374 6 что приводит к дят по методике дифференцированного ионных свойств. количественного химического анализа. количестве 0,002- . В табл. 2 приведены механические"

0,002-0,02 мас,3 и эксплуатационные свойства чугунов мас.Ф обусловлено опытных плавок.

5 ующей эффектив- Как следует из табл. 2, дополниой активностью, тельный ввод в состав предлагаемого ествах обеспечи- чугуна диборидов титана, иттрия, а зерен, повышение 10 также одного из элементов - циркония трещиноустой- или ниобия позволяет повысить предел ской пластичнос- прочности Йа " в 1,33-1,39 раза, отй стойкости. Их носительное удлинение d - в 3,68 « но пределами, 4 раза, термостойкости в 3,06-3,37 чение дисперсной 15 раза и кавитационной стойкости в ры в отливках, 1,55-1,74 раза.

Углерод

Кремний

Иарганец

Никель

Алюминий

Иолибден

Ванадий

Кальций

Хром

Церий

Иедь

Иагний

Дибориды титана

Иттрий

Один элемент из группы, содержащей цирконий и ниобий

Железо

3,2-3,8

2,6-3 0

0,2-0,7

0,4-1,2

0,03-0,10

0,8-1,1 .0,3-0,7

0,002-0,020 о 03-0 33

0,002-0,050

0,71-1, 10

0,03-0,07

0,05-0,25

0,03-0,08

0,005-0,210

Остальное ливости при изгибе, снижению эксплуатац

Введение церия в

0,05 мас.3, кальция и магния 0,03-0,07 их высокой модифицир ностью и поверхностн которые в этих колич вает очистку границ пластических свойств чивости, технологиче ти и эксплуатационно содержание обусловле обеспечивающими полу и однородной структу шаровидного графита в чугуне и необходимых механических и эксплуатационных свойств, а также стабильной структуры после термической обработ- 20 ки и в процессе эксплуатации. При увеличении их содержания выше верхних пределов повышается угар, снижается однородность структуры, стабильность механических и эксплуатационных 25 свойств. При концентрации менее нижних пределов форма графита ухудшается и эксплуатационная стойкость недостаточна.

Пример. Плавку чугуна право" 30 дили в индукционных печах с использованием в качестве шихтовых материалов литейных чугунов, стального лома, меди И1, никеля НП3, брикетов диборидов титана, феррованадия ФВд2 ферромолиб1 35 дена ФИо1, силикомарганца СИ-17, феррониобия, металлического иттрия Итт-2, ферроциркония и других ферросплавов, Иикролегирование феррованадием, ферромолибденом, никелем, силикомарган- ф цем СИ-17 проводят в печи, а модифицирование ферроцерием, диборидами титана, алюминием, магниевой лигатурой, феррониобием или ферроцирконием - в раздаточных литейных ковшах. Из модифицированных чугунов отливают технологические пробы, образцы 10 мм для механических испытаний и заготовок для кокилей.

В табл. 1 приведены химические щ составы чугунов опытных плавок. Определение содержания компонентов провоФормула изобретения

Высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, алюминий, молибден, ванадий, кальций, хром, церий, медь, магний и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения механических свойств, термостойкости и кавитационной стойкости, он дополнительно содержит дибориды титана, иттрий и один элемент из группы, содержащей цирконий и ниобий, при следующем соотношении компонентов, мас.Ф:

1585374

Таблица 1

Чугун

Содеркание компонентов, мас.2 (кедеэо остальное)

Угле- Mepra- Никель Крем- Каль- Нагний Дибори- Алони- Иолиб- Недь род нец ний ций ды ти- ний ден тане

Церий Иттрий

Цирко- Ниобий ний

Иэвестный

Предлагаемый

0,04

3,5 О ° 8 1,2

0,2 0,3 1,0 0,3 0,2

2,2 0,02 0,03

0,8 0,71 о, 9 о,9

1,! 1,1

0,8 0,71

09 08

1,1 1,1

0,8 0,9

0,4

0,8

1р2 . 0,4

0,8

1,2

1,2

0,03 0,005

0,05 О,!2

0,08 0,21

0,03

0,05

0,08

0,о8 о,06

0,002

0,03

0, 05

0,002

0,03

0,05

0,04

0,3 0,03

0,52 О,14

0,7 0,33

0,3 0,03

0,42 0,14

0,7 0,33

0,7 0,3

2,6 0,002

2,9 0,005

3,0 0,02

2,6 0,002

2,9 0,005

3,0 0,02

2,8 0,005

0,03 0,05

0,05 0,12

0,07 0,25

0,03 0 05

0,05 0,13

О>07 0,25

0,05 0,23 о ° о3

0,08

0,1

0,03

0,08

0,1

0,08

0,2

0,4

0,7

0,2

0,4

0,7

0,5

3,2

3,6

3,8

3,2 .3,6

3,8

3, 8

0,005

0,12

0,21

0,08 и р и м в ч а н и е, 0 чугуне состава 1 дополнительно содериалось 0,06 мас А олова.

Таб лица 2

Свойства высокопрочных чугунов

Показатели

Предлагаемый

Известный

2 3 . 4 . 5

8,2 8,3 8„8 8,5 8,1

8,1 8,6

2,2

Составитель Г.Дудик

Редактор М.Недолуженко Техред Л.Олийнык

Корректор Т,Малец

Заказ 2306 Тираж 482 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета пс изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Временное сопротивление при растяжении, МПа

Относительное удлинение, 4

Сопротивляемость тепловым ударам при нагреве до

900 С, цикл

Кавитационная стойкость при

900 С, мг/гс

Эксплуатационная стойкость металлических ,форм, заливок

500 665 680 695 671 686 697 685

1070 . 3280 3512 3460 3331 3618 3530 3305

15,2 9,8 8,7 9,2 9,6 8,5 9,1 9,7

2100 3020 3145 3155 3033 3180 3196 3042