Чугун с шаровидным графитом для отливок
Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов сплавов с повышенными эксплуатационными свойствами . Цель изобретения - повышение жаростойкости и прочности в отливках с толщиной стенки 20-50 мм. Чугун с шаровидным графитом содержит углерод, емний, марганец, хром, алюминий, медь, магний, кальций, железо и дополнительно церий, фосфор и олово при следующем соотношении компонентов, мае %: углерод 3,0-3,8; кремний 1,5-3,0; марганец 0,1-0,6; алюминий 0,5-1,0; хром 0,5-1,0; медь 0,5- 1,0; олово 0,04-0,14, фосфор 0,15-0,3; кальций 0,002-0,015; церий 0,012-0,042; магний 0,03-0,10, железо остальное. Отношение содержания кальция к фосфору составляет (1,3 х 10 2-50х 102).1. Коэффициент формы графита составляет 0,076-0,110. 2 з.п.ф-лы, 2 табл
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РеспуБлик (5П5 С 22 С 37/10
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4793599/02 (22) 11,12.89 (46) 07.12.91. Бюл. М 45 (71) Научно-производственное объединение по технологии. машиностроения "ЦНИИТМАШ" и Производственное объединение
Таганрогский котельный завод "Красный котельщик" (72) А.И.Беляков, Л.А.Петров, В.В.Перепелицин и Г,И.Левченко (53) 669.13,018 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
N 1263720, кл. С 22 С 37/10, 1986, Авторское свидетельство СССР
N 1043179, кл. С 22 С 37/10, 1983.
Авторское свидетельство СССР
М 730857, кл, С 22 С 37/10, 1976, Авторское свидетельство СССР
N 432223, кл, С 22 С 37/10, 1976.
Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов сплавов с повышенными эксплуатационными свойствами.
Цель изобретения — повышение жаростойкости и прочности в отливках с толщиной стенки 20 — 50 мм.
Для достижения поставленной цели чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, алюминий, медь, кальций, магний и железо, дополнительно содержит церий, фосфор и олово при следующем соотношении компонентов, мас. : углерод 3,0-3,8; кремний 1,5-3,0; марганец 0,1 — 0,6; алюминий 0,5 — 1,0, хром
„„Я „„1696563 А1 (54) ЧУГУН С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ
ДЛЯ ОТЛИВОК (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов сплавов с повышенными эксплуатационными свойствами, Цель изобретения — повышение жаростойкости и прочности в отливках с толщиной стенки 20 — 50 мм. Чугун с шаровидным графитом содержит углерод, кремний, марганец, хром, алюминий, медь, магний, кальций, железо и дополнительно церий, фосфор и олово при следующем соотношении компонентов, мас. : углерод
3,0 — 3,8; кремний 1,5 — 3,0; марганец 0,1-0,6; алюминий 0,5-1,0; хром О," — 1,0; медь 0,5,Q; олово 0,04-0,14; фосфор 0,15 — 0,3; кальций 0,002 — 0,015; церий 0,012 — 0,042; магний
0,03 — 0,10; железа остальное. Отношение содержания кальция к фосфору составляет (1,3 х 10 — 5.0 х 10 ):1. Коэффициент формы графита составляет 0,076 — 0,110.
2 з,п.ф-лы, 2 табл.
0,5 — 1,0; медь 0,5-1,0; олово 0,04-0,14; фос- со фор 0,15-0,3; кальций 0,002 — 0,015: церий О
0,013 — 0,042; магний 0,03 — 0,10; железо ос- (Л тальное. При этом соотношение кальция к g фосфору равно (1,3 10 — 5,0 10 );1, а коэффициент формы графита равен 0,076 — 0,11.
Введение в состав чугуна кремния в количестве 1,5-3,0 мас.; обеспечивает получение перлитоферритной структуры@ сплава без карбидов, Содержание кремния в количестве менее 1,5 мас. приводит к образованию в структуре чугуна большого количества цементита, что снижает прочность при растяжении на разрыв и жаростойкость. Содержание кремния в количестве I696563 более 3,0 мас.% приводит к повышенной хрупкости отливок иэ-за появления в структуре силикокарбидов, Содержание марганца в количестве
0,1 — 0,6 мас.% практически не оказывает влияния на структурообразование, Содержание марганца менее 0,1 мас,ф, связано с трудностью получения такого его содер>кания в чугуне. Повышение содер>кания марганца свыше 0,6 мас,% приводит к образованию легкоплавких окислов., что приводит к снижению жаростойкости, Введение алюминия в количестве 0,51.0 мас.% обеспечивает жаростойкость чугуна эа счет образования при нагревании плотной акисной пленки на поверхности, так как диффузия сквозь окисную пленку алюминия происходит значительно медленнее, чем в окислах железа, Пленка из окислов алюминия прочно связана с поверхностью металла, что снижает интенсивность окисления.
Введение алюминия в количестве менее 0,5 мас.% не обеспечивает получение необходимой жаростойкости иэ-эа отсутствия плотной окисной пленки, а увеличение содержания алюминия свь.ше 1,0 мас.% приводит к повышенному пленкообраэованию, что снижает механические свойства чугуна и вызывает трудности с получением тонкостенных отливок.
Содер>кание хрома в количестве 0,5-1,0 мас.% обеспечивает ловыш. ение сопротивляемости окислению металлической основы за счет повышения температуры образе вания вюсти1 ной фазы в ovNOHolf4 слое и попы шение механических свойств, Уменьшение содержания хрома менее
0,5 мас.% снижаег механические свойства чугуна и сопротивляемость окислению иеталлической основы, Увеличение количества хрома свыше 1,0 мас,% приводхт к нестабильности размеров отливок при эксплуатации из-за распада цементита, а так>ке к снижению прочностных свойств чугуна, Присадка меди в количестве 0,5-1,0 мас,% обеспечивает повь. шенпе жаростойкостии эа счет образования оксидной пленки, которая компактна и прочно связана с поверхностью чугуна, а также уменьшает рост чугунных отливок при температуре эксплуатации, При введении меци в количестве менее
0,5 мас,% не обеспечивается образование компактной и крепко связанной с поверхностью чугуна оксидной пленки, обеспечи,ающей стойкость к окислению, а увеличение количества меди свыше 1,0 мас.% сказывается на ухудшении формы графита, что сни20
«5
4Г, ЬО
55 жает жаростойкость и прсчностные свойстBB.
Содержание олова в количестве 0,040,14 мас.% обеспечивает повышение жаростойкости и прочности чугуна с шаровидным графи-:ом, При содержании олова менее 0,04 мэс,% снижается жаростойкость, а при введении олова в количестве более 0,14 мас,% происходит резкое ухудшение шаровидной формы графита, т.е, появление пластинчатого графита, что сказывается на механических свойствах и жаростойкости.
Содержание фосфора в количестве
G,15 —,0,3 мэс, у обеспечивает повышение жаростойкости:.угуна с шаровидным графитом без значительного снижения механических свойств, Пав ы ш ение жаростойкости обьясняется появлением окисной пленки за счет высокой активности фосфора, а также образования фосфидной сетки и вытеснения его вглубь зеона.
Снижение количества фосфора менее
0,15 мэс.% не обеспечивает повышения жаростойкости, так как на поверхности чугуна не образуется окисная пленка, Увеличение содержания фосфора свыше 0,3 мас.% приводит к снижению жаросгойкости, так как появляется большое количество тройной фосфидной звтектики, С увеличением размеров колоний тройной фосфидной звтектики раэлича.от три ее фазы: аустенит, фосфид и графит, которые окисляются различно, Это привсдит к нарушению сплошности оксидной пленки и ускорению распространения окисления вглубь металла.
Ввод <альция, который присаживается в виде силикокальция в количестве 0,0020,015 мас.% .-,пособствует образованию фосфидов в виде се1ки, что благоприятно сказывается нэ жаро:=. ойкости, Кроме того. кальций способствует г.ытеснению фосфора с границ вглубь зерна, Вслецствие этого форма включений фосфидов становится бояее благоприятнои, Кальций и фосфор берут в соотношении (1,3 10 --5,0 .10 ):1, При этом при содержании кальция 0,002 мас.% отношение кальция к фосфору соответствует 1,3. 10 2:1, а при 0,015 мас,% кальция зто соотношение равно 5,0 t О:1.
Уменьшение содержания кальция менее 0,002 мас.%, не обеспечивает вытеснения фосфора с границ вглубь зерна и образования фосфидов в виде сетки и их коагуляции. Увеличение содержания кальция более 0,015 мас,% связано с большой трудностью его ввода в расплав, Содержание церия в количестве 0,0120,042 мас.% позволяет нейтрализовать
1696563 вредное влияние олова и меди на форму графита, а также оказывает благоприятное влияние на механические свойства и жаростойкость, Введение церия в количестве менее 0,012 мас. не позволяет нейтрализовать вредное влияние олова и меди, а увеличение содержания церия свыше 0,042 мас. способствует образованию в структуре чугуна цементита, что ухудшает механические свойства.
Ввод магния в количестве 0,03-0,11 мас. обеспечивает получение шаровидной формы графита в чугуне. При этом коэффициент формы графита должен быть равен
0,076-0,11. Этот коэффициент определяется по формуле
СŠ— Ссь 35H В
Уменьшение содержания магния ниже
0,03 мас. не. позволяет получить графит шаровидной формы с необходимым коэффициентом, а увеличение содержания магния свыше 0,10 мас.g приводит к перемодифицированию чугуна, ухудшению шаровидной формы графита и снижению механических свойств и жаростойкости, Из предлагаемого чугуна .изготавливают колосники с толщиной стенки до 30 мм и массой 4 кг.
Составы и свойства чугунов приведены в табл. 1, Результаты исследования жаростойкости, которое проводилось весовым методом, при различных температурах приведены в табл. 2 (составы 2-3 — предлагаемые, 4 и 5 — запредельные, 6 — известный), Из результатов табл. 2 следует, что
5 предлагаемый чугун в 1,55-3,5 раза при
500 С, в 1,5 — 4,0 раза при 700 С и в 1,38-1,97 раза при 800 С при длительности испытания 150 ч по жаростойкости превосходит известный. Таким образом, предлагаемый
10 чугун по сравнению с известным имеет более высокую жаростойкость и механические свойства.
Формула иэобретейия
1. Чугун с шаровидным графитом для
15 отливок, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, алюминий, медь, магний, кальций, фосфор и железо, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целю повышения жаростойкости и прочности в отливках с толщиной
20 стенки 20-50 мм, он дополнительно содержит церий и олово при следующем соотношении компонентов, мас. : углерод
3,0-3,8; кремний 1,5-3,0; марганец 0.1-0,6; хром 0,5 — 1,0; алюминий 0,5 — 1,0; медь 0,5—
25 1,0; магний 0,03 — 0,1;-кальций 0,002 — 0,015; фосфор 0,15 — 0,3; церий 0,012-0,042; олово
0,04 — 0,14; железо остальное.
2. Чугун по п. 1, отличающийся тем, что соотношение кальция и фосфора
30 равно (1,3-5,0) 10:1.
3, Чугун по и. 1, от л и ч а ю щи и с я тем, что коэффициент формы графита равен
0,076 — 0,11.
1 I
1 1
1 1
I 1
I 1
1 I
1 I Е, 1 I hL
I 1
1 1
I I
1 1 CCI
° -1 1 и
1 1
1 1
Е! I
I 1 Щ
-"С! 1 С»
1 Ф!K
Ф
I I 1
)« I L) I
Ч1 1
I Ф 1
С.> 1
1 1
1-1 1 .()3
I I C»
1 1
1 1
1 . )ЬЮ
t I г — т—
I 1
l 1
1 1
1 I Р4
1 1
1 1 (()
1 ) С.>
1 I
1 )
1 I
1 ) l
1
l !
1
1
)
I
I !
)
1 ! Ь
Ю о
CO
I
- ) С)
СО МN
° В Я мо
N ChсЧ м<Ч <Ч м с!
-Ф (Ч LA
В «а
<Ч а» IA
С а» сй
N N
)О
CD ! H"s
<ч N a аль
В
<0с0 N
О (0 м
<л л
co o
«СО
"0 СО сЧь СГ а СО
)
1
1
I
I
3 ь о
1,-)
1
I! |
I 1
) г
l 1
I О )
l (Л 1
| «- 1 ! 1
) .I
I )
I
1 Ю
1 О I
О <Ч
О М (J> (О I
) )A
С) )!
1 (" ь 4
М 1
|Л 1
Ч>» Ч,>
-Ф
DNA л (л <ч
I
)
I
1
/ 1 ! оаа
a ao
NГ ГЧ
-счOOD )> ) «
ОСЛО
)л
» со оо (M Ю
О «
cD <Ч а с:(еч
° О
<Л СО
СО СЛ О а
СО N.О
1 — -1
)л сл ао
СЧ СО LA (D )>О О 4 (1, )
I 1 ((3 ае) v а и т — (t3 !
1 I
I I а
| 1
3 t
1 1
1 С )
1 I (Л
1 I
1 1
I — 4
1 1
1 I
I и
1 l
1 L(!
)V) ! 1
1 i ! l
) -(|
I 1
l 4
) 1
3 )
3 Я I
L I
) 1
l )
I 1 л
) а
I I
4 — — 4
) 1
) 3 и
) 1
1
1 „
Ю О а О <Ч (.О оооо оо
ООС>ь С)С> l!
О )Л О О Î О
|ЛсЧ Ою(ЛО
-сч м -С л«а.а
ООD
1!
) ) LA 4
)Л| .Ь .СЧ I
CD C) - C=>
LA I
СЛ ЬNС|<Л ю «л
D D «C) «» «|
1 (л (л 1 (л;- с» м о («В
LD «C) <Ч l
I (л (л (:> мч;> Оса() o o с» о о о
I (л (л (лсч о o o(ч а
СЧ М - Г (<Ч
) ) ) ю -с- со сс> о -
) м г« м r4 - м
) ) ) l
-- <) (1-.) (л О
MD )Л сЧ )л а
О (О МЗ
Л Р \ а 0 со мл
ГЧ
N () 1 1 со со (л
О с| .О
-- (л со
) 1 ) )
) (3
N (A
r ) з I ()> I о m л о
7. О (()
L> m
О С> и
1 Ф о
1 )1 Z
1 ()>
z о
1 C
1 о
1 Y
l С>
1 X
1 Ф ! 3! ! 0. (1)
3 С о
I (\
1
) !
l
)
3
l
I
)
l
4
) 3
i
1
1
1 !
1
1
1
1
1
1
1
I
1
1
1
I
I !
1
1
I
1
I
1
I CC> 1 (O L0 C) Ю Г((a Ct ().В I«" N N (() ОN ВВ а
Ol В В а В 1 с)aaс)ао
lA О )ЛЧ.(В CO
)Л С СЧ )Л М. сч сч сч i» м <ч
)Л В сО )л »
«1 | 4 ) СОN ОС)ЪЛО сп м — (л л -м
<А СЛ IA М ДВ) (Ч о сч
I 3
С> В (3 (((CDВ
° I I «-)
СО О С=Э ° С.-.> м л — сч е « ° а (М )A IAio 0
<л lA С(1
L0 О - л- <Л
МΠ— О О О
В л ° В а
4 1
1 I
1
1 ! 4
I l
1 1
I 1
1 I
I N)
1 1
1 1
I ()I)
1 1
1 йП
1 )
1 X) ! I
1 CI
1 )б)
I l
I Г63
I 1
1 I- i
1 1
1 I
I !
1 1 ! 1
I ! ° I
4 ! )
1 |
1 )
I )
1 1
l 1
1 1
1 1
1 1
I l
I ! I
1 !
1
1 X
) с(1 I .
l
) C4
l K
3 1.
l 1)
I О
4 «> (3)
I
4 ф
l т;
1 Х ()>
I |С
i ())
I 3)
1 З:
)
I
)
I
1
)
)
)
)
)
l
4
:С
4 О
3 (:>(r
I ) !
1 1
) I
1 1
1 и 1
1 1
1 CD
1 LA 1
1 1
I 1
I 1
1 1
) 1
1
I а о
3 Д
I
1
1 У I
) 1
1 lA 1
1 I 1
I I
I
) 3
) )
1 J 1
1 I
1 LA I
4 сЧ 1
1 I
I
1 —.ю — .л
1 1 I
) ) I 1
3» — -4
1 1
| 1
| 1
) J I
) I
)<Л) I Л 3
I!
) I!
I ) ) 1
) J I
4 1
) c) 1
I LA ) ) е» !
1 ) 4 — 1
4 3! I
1 У!
1 О !
I О ) I I (> 3 о à — -1
Ь l 1
Ln 4
) 3 1
1 3
l (Л 1 л
l 1
) i
) !
i ) 4
) 3 1
) (л (сч l
) ! )
1 1 — — 4
I 1
1 1
) )
3 1
3 | J
I 3
i (л ! 1 N
) ) I
<ЧГ> 1 м ь а «
I а -с
4 Л-С.
) 1
1.4 сл !
lA СЧ Ч
В °
<Ч -Ф 1 ъОФ 1
| lAМ 1
1
- 3 LA 1
СО CA I а а мч:(СО С)Ъ ) l «3 (Ч ) 1
« 0 C> )!
LA < 4 ) О т
1 мN I
)Л с| -С Со
1
<О |
)Л Л (Л аа-М)! ос4м 1
МО1)" 1
1. I
С) I
ОСО (ЛЬ
CA — «Л
«сЧ |
О аО Ч,>СО
СЧ N CO «- О -В 3
) l
c) I
С:) - L0
LA. «Ч> l
cr>N ) м 1
I
-4 С> I
cn r«w c> (л ) Ь 0 -=Co
° «Оь "СЧ ) <ЧiО ч-м - !
I ) I - М
) ) О О (Л С)>
«|» 3
) .о
О(I
I
LAЛL0 О (О\ М О (Л О а- I 1 СО I
- О О((Ч 1 мО о
) I (I
-4 LA .О I
