Чугун

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве отливок для работы в условиях износа и теплосмен. Цель изобретения - повышение механических свойств, термостойкости, а также улучшение фрикционной износостойкости при температурах до 900°С. Предложенный чугун содержит, мас.%: C 3 - 3,6

SI 1,8 - 2,6

MN 1,6 - 2,3

TI 0,41 - 0,74

ZR 0,12 - 0,4

NB 0,23 - 0,35

SB 0,02 - 0,10

бориды лантана 0,06 - 0,15

бориды иттрия 0,03 - 0,17

CA 0,01 - 0,08

N 0,02 - 0,18

MO 0,12 - 0,81

CU 0,03 - 0,15

AL 0,45 - 0,82

BA 0,012 - 0,032 и FE остальное. Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна MO, CU, AL и BA позволяет повысить предел прочности σ<SB POS="POST">в</SB> в 1,49 - 1,66 раза

KCV в 1,38 - 1,54 раза и снизить износ при 900°С более, чем в 12 раз. 2 табл.

СОЮЗ СОНЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

;sI; С 22 С 37/10

ГОСУДАР CTHF Н>1Ь Й КОЧИ1 Е1

fI ) ИЗОЕРЕ rr-НИЯЗ И OTKPhl I I!ЯМ

rIpa гкнт сссР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ i ЕНИЯ ос 4 4

hD (Л

K ABTOPCKOM" СВИ! .1Е ГEJ": CTB. r (21) 4714834!31-02 (22) 04.07.89 (46) 23.08.91. Ба;. М 3 (71) Всесоюзный эаоч,;ый пи-:итехни ий институ1 (72) Б.К.Святкин, M.È Карпенко, M.Б Г орова и С.М.Бадюкова (53) 669.15-196 (088.8) (56) Патент Японии М 56-42 -.з0 гл С 22 С 37! 0 1«1

Автор;:коЕ .. ВидЕТВлье Г:; r, I ;

М. 1214778, кл. С ".". С ",. !О". ":98, . 4) чугу. -1 (э7) Изобретен е отнес -: ñ",ÿ к, ыта, лур; 1и и може1 быть испо",;ов.:, .р; . :;,од тВе 01!IvtBPK д:1я р3 с ты r: ",(.ло, .Иях ho в - .: теплосмен. Цель из.á„....íèÿ — овь" 1ЕI.I:Е

Изобрегение относи,с. к ле-аллургии в частности к разработле co".rава чугун; для производства изделий, раС, ощ ", с ".- to

Виях резких теплосист=м и эпоса;-.ри повь шенных темпсратур:.

Цель изобретения — rl.. ыше ь е механических свойств, термостойкссти - такж . улучшение фрикционной износостойкости при температурах 4о 900 С. Изобретение иллюстрируется примерами конкретного применения.

Выбор граничных пределов сод-. ржания компонентов в угуне предложенного состаВа обусловлено следующ ;.. сбразо.1.

Дополнительное введение молибден 1 в количестве 0,12-0,81 мас.","., микролегируют металлическую основу, упрочняет ее, увеличивая сопротивление износу, эрозии и кавитации, и повышает коррозионную усталость, микротвердость vr терл1ическую

„„Я „„1671725 А1 ме.анических своиств. термостойкости, а BK;; p. улучшение фрикционной износостойкост-1 при температурах до 900 С. Предложенный чугун содержит, мас., : С 3 — 3,6; SI

1,8-2,6 Мп 1,6-2,3; Tt 0,41 — 0,74; Zr 0,12—

0,4; Nb 0,23 — 0.35: Sb 0,02-0,10; бориды

1антана 0,06-0,15; бориды иттрия 0,03-0,17;

Са 0,01--0,08; N 0,02 — 0,18; Мо 0,12 — 0,81;

С 0,03-0,15; Al 0,45-0,82, Ва 0,012 — 0,032 и

Ее )or ëüíoå, Дополнительный ввод в соствВ редложенного чугуна Mo, Cu Al и Ва

ПОЗВОЛЯЕТ ПОВЫСИТЬ ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ err В

1,. 1 66 раза; KCV В 1 38-1,54 раза и снизи - износ при 900 С оилее, 1ем в l2 раз.

21 б.h сгоикость, что обеспечивает существенное повь шение кавитационно-зрозионной и экс луатационной стойкости при температуГ1Рх 800 900 С, При концентрации молибдена до 0,12 мас. g, упрочнение металлической основы и увеличение сопротивля=.ìooòè износу, эрозии и кавитации недо" та очны, а при концентрации его более С,81 мас.ф, увеличивается выделение нитридов по границам зерен, их коагуляции и снижение пластических свойств и сопротивляел ости кавитации и износу, что снижает эксплуатационную стойкость.

Дополнительное введение меди в количестве 0,03 — 0,15 мас. $ повышает стабильность структуры в широком интервале темпеоатур, дисперсность и компактность (фактор формы) углерода, уменьшает содержание неметаллических включений и загрязненность границ зерен, увеличивает

1671725 сопротивляемость чугуна напряжениям и знакопеременным динамическим нагрузкам, что обеспечивает повышение кавитационной износостойкости, ударной вязкости и эксплуатационной стойкости и ри повышенных температурах. При концентрациях меди менее 0,03 мас. ф микролегирующий эффект ее и повышение стабильности структуры, кавитационной стойкости и эксплуатационных свойств чугуна не достигается. При концентрации меди более

0,15 мас. $ отмечается усилие елияния ликвации на структуру сплава, выделен в крупных неметаллических включений в литом чугуне и снижение кавитационно-эрозионных и механических свойств как при обычных, так и при повышенных темпера1урах (800 — 900 С).

Дополнительное введение бария в количестве 0,012 — 0,032 мас.$ стерилизует и измельчает структуру, увеличивает прокаливаемость и твердость чугуна, улучшает форму графита, оказывает влияние на природу упрочняющих фаз и их термическую стойкость, что способствует снижению износа и повышению кавитационно-эрозионной стойкости. Содержание бар«а приня о от конценграции, при которой чачи. зег сказываться их влияние на форму графита структуру и кавитационную стойкОСть. а при содержании его более 0,032 мас +, увел«чивается угар . снижается стабил. ост свойств.

Дополнитель.. ое введение алюмини; 11 количестве 0,45 — 0,82 мас.$ спо".. T5ñãå,,.=. де аэации и измельчению e ëючсн«й гоафита, повышению экСПЛУатационной ..-Ойкости, трещиностойкости, иэносостойкости и каеитационно-эрозионной стойкости чу1;на при повышенных температурах. Нижний предел концентрации алюминия принят От значения, с которого начинает сказыватьгя е о влияния на размеры и форму графита и сопрсгивляемость термическим ударам, кавитации и эрозии. При увеличен«и концентрации алюминия более 0,82 мас. возрастает угар =плава, увеличивается количество нитридов, боридов и неме1аллических включений по границам зерен, снижаются пластичсские и эксплуатационные свойства чугуна при нагреве и охлаждении, в условиях кавитации, эрозии и износа с повышением температур до 800 — 900 С.

Содержание углерода, марганца, «ремния в предложенном чугуне выбрано с учетом практики производства термостойких чугунных отливок с повышенной стабигьность стойкости кавитации и эрозии, При увеличвнии их концентрации выше верхних поеделов стабильность прочности, предела

30 г1 -.7

4r, 45

55 выносливости и характеристики упруго-пластических свойств снижаются, а при снижении ниже нижних пределов недостаточны литейные свойства, прочность и эксплуатационная стойкость при высоких температупах в услгвиях кавитации, эрозии и фрикционного износа.

Тита (К41 — 0,74 мас. $). ниобий (6,230,35 час.g) цирконий (0.12 — 0,4 мас.g) и азот (0,02 — 0,18 мас. P) упрочняют и микролегируют матрицу, повышают ее термостойкость и кавитационно-эрозионную стойкость при температурах до 950 С, При снижении их содержания ниже нижних пределов сопротивляемость эрозии и кавиТаи««низкая. -. по«увеличении выше верхНИХ ПрЕдЕЛО : ПОВь ШаЕтСя ХруПКОСтЬ И снижается сопротивляемость кавитации.

Кроме того, титан пр«содержании более

0,74 мас.4 ухудшает форму графита в чугуне, Введен«е сурьмы измельчает графит, снижает коэффициент термомеханических воздейсгвий, что обеспечивает повышение эксплуатационной стойкости чугуна при нагреге При концентрации сурьмы до, 02 ма- " -.Опрот«вляемос: ь эрозии и термомеха ; чсским воздействиям «эксплуатационна.". стойкость чу уна недостаточны, а пр« .О п,е- .-рации сурьмы .злее О,". мас,$ снижается термичес«ая стойкость vi collpoтивляем. сть ч„гуна удаоам, знакопеременным нагрузкам, кави.зци«и эрозии.

Введ1 н«е кальц«я в:Оличестве 0.01—

0,08 мас. Ф раскислчет и модиф«цирует расплав, оч1: щает г аницы зерен, повышает зксплуатаци энную стойкость в условиях теплссмен, каеитации и эрозии Верхний предел ограничен недостаточной растворимостью кальция вчугуне, а при концентрации кальция менее 001 мас,$ модифицирующий эффект

НЕДОСтзтОЧЕН, Что Г1РИВОД«т К СНИЖЕНИЮ ЭКСплуатационной стойкости кокилей, сопро«еляемосги каеитдции и эрозии.

Бориды иттрия в количестве 0,03—

0,17 маг., упрочняют металлическую осноpó и повышают ее микротвердость и прочность, увеличивают износостойкость óï на в отливках, термическую и фрикционную теплостойкость при повышенных температурах, что обеспечивает существенное повышение кавитационно-эроэионной стойкости при термическом и фрикционном разогреве до 900 С. При содержании боридов иттрия до 0,03 мас, увеличение микротвердссти и эксплуатационной стойкости при фрикционном разогреве незначительное, а при концентрации боридоз иттрия более 0 17 мас.$ увеличивается количество включен««, расположенных по гран«цам ли! 671725

Таблица 1 тых зерен, снижается динамическая прочность чугуна и каеитационно-эрозионнэя стойкость.

Бориды лантана в количестве 0,060,15 мас.$ микролегируют металлическую основу, увеличивают ее стабильность до более высоких температур и повышают стабильность предела выносливссти, что обеспечивает снижение износа при каеитации и фрикционном разогреве до 900 С.

Нижний предел концентрации боридое лантана принят от значений (0,06 мэс. ), когда заметно повышается микротвердость матрицы и стабильность предела выносливости при нагреве до 900 С, а верхний предел концентрации боридое лантэна (0,15 мэс. Я,) обусловлен снижением сопротивляемости эрозии и фрикционной теплостойхасти при температурах до 900 С при более высоких концентрациях боридов лэнтэна.

Пример. Плавку чугуна проводили е дуговой электропечи емкостью 1,5 т с кислотой футеровкой. Ферромолибден вводили вместе с шихтой. Микролегировэние алюминием, медью, цирконием и ниобием производили в печи за 3-6 мин, до выпуска чугуна в ковш. Перегрев чугуна составл :л 14301480 С. Бориды иттрия, бориды лэнтэна, сурьму, силикобэрий и модификаторы вводят в ковш. Чугун при температуре 137п- !400 С заливали в сухие жидкостекольные форель!.

В табл, 1 приведены химическ ь составы чугунов опытных плавок. Определение содержания компонентов е чугуне пооеодили методами дифференцированного химического анализа.

В табл. 2 приведены результаты механических и эксплуатационных испытаний чугунов, полученных на заготовках и пробах в литом состоянии, как при температуре 2025 С, так и при 900 — 950 С.

Как следует из табл. 1 и 2 дополнитель5 ный ввод е состав чугуна предложенного состава Мо, Cu, Al и Ва позволил: повысить предел прочности при растяжении в 1,49,66 раза, Ударную вязкость в 1,38-1,54 раза, снизить износ при функциональном

10 нагреве в 12,7-44 раза.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремниИ, марганец, титан, цирконий, ниобий, сурьму, 15 бориды иттрия, бориды лантана, кальций, азот и железо, о тл ич а ю щи и с я тем, что, с целью повышения механических свойств, термостойкости, а также улучшения фрикцион ной износостойкости при темпера20 турах до 900ОС, он дополнительно содержит молибден, медь, алюминий и бариИ при следующем соотношении компонентов, мас. ®:

Углерод 3-3,6

Кремний 1,8-2,6

25 Марганец 1,6 — 2,3

Титан 0,41 — 0,74

Цирконий 0,12 — 0,4

Ниобий 0.23 — 0,35

Сурьме 0,02-0,10

30 Бориды иттрия 0,03 — 0,17

Бориды лантана 0,06 — 0.15

Кальций 0,01-0,08

Азот 0,02 — 0,18

Молибден 0.12 — 0,81

35 Медь 0,03 — 0,15

Ar; юминий 0,45 — 0,82

Барий 0,02-0,032

Железо Остальное

1671725

Таблица 2

Составы ч нов

Показатели

П е оженный

Известный

Временное сопротивление при растяжении, МПа

Термическая стойкость при нагреве до 900 С, циклов

Линейный износ при фрикционном нагреве до 900 С, мг/см час

Ударная вязкость, МДж/м

Стойкость кокилей, эаливок

Относительная стойкость пресс-форм-, эапрессовок

Кавитационная эроэионная стойкость, ч при 950 С

930

915

835

560

4600

4480

3960

2200

0,76

1,25

3910

0,22

1,18

3900

0,30

1,12

3520

9,7

0,81

710

74

32

118

86

Составитель Н. Костерной

Редактор Е. Полионова Техред M.Moðãåíòàë Корректор М: Кучерявая

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

Заказ 2805 Тираж 367 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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