Лигатура для чугуна

 

Изобретение относится к лигату- . рам для износостойких чугунов. С целью повышения микротвердости и эксплуатационных свойств чугуна она дополнительно содержит церий, карбонитриды ферробора, нитриды ванадия и карбиды титана при следующем соотношении компонентов, масД: медь 12-15; алюминий 6-8; углерод 0,2-1,0; церий 6-11; карбонитриды ферробора 10-15; нитриды ванадия 22-27; карбиды титана 7-12;. фосфор 5-Ю; железо остальное . Ковшевая обработка предлагаемой лигатурой доэвтектоидного чугуна позволяет получить Gft 875-962 МПа, г 338-3 6 МПа, «икротвердость 5760-5995 МПа, при этом износостойкость повышается более чем на kO%, а эксплуатационная стойкость составляет 1530-1635 ч. 2 табл. 3 ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COUHA ЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИК (s1)s с 22 с 35/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГГИЯМ

flPH ГКНТ СССР (21) 4819479/02 (22) 24.04.90 (46) 15.01.92. Бюл. Н 2 (71) Всесоюзный заочный политехнический институт (72) Б.К.Святкин, М.И.Карпенко, А.М.Цейтлин, М.Б.Егорова, С.M.Бадюкова и Р.Б.Жуков (53) 669.15-198(088.В) (56) Авторское свидетельство СССР и 1488342, кл. С 22 С 35/00, 1989.

Авторское свидетельство CCCP

Л 960294, кл. С 22 С 35/00, 1982. (54) ЛИГАТУРА ДЛЯ ЧУГУНА (57) Изобретение относится к лигату-, рам для иэносостойких чугунов. С целью повышения микротвердости и эксИзобретение относится к области литейного производства, в частности к лигатурам для износостойких и высокопрочных чугунов с повывенными характеристиками микротвердости, механических свойств и модуля упругости, Известна лигатура, содержащая, мас,Ф:

Кремний 30-70

Ванадий 4-20

Магний 3"20

Кальций 3-20

Титан 0,5-10

Хром 0,5-10

Железо Остальное

Высокое содержание карбидообразующих элементов (ванадий, марганец, хром, титан, магний) обуславливает неоднородность структуры и появления. ЯО 1705391 A 1

2 плуатационных свойств чугуна она дополнительно содержит церий, карбонитриды ферробора, нитриды ванадия и карбиды титана при следующем соотношении компонентов, мас, : медь 12-15; алюминий 6-8; углерод 0,2-1,0; церий

6-11; карбонитриды ферробора 10-15; нитриды ванадия 22-27; карбиды титана 7-12;. фосфор 5-10," железо остальное. Ковшевая обработка предлагаемой лигатурой доэвтектоидного чугуна позволяет получить 6> =875-962 N1a, Gqq 338-346 МПа, микротвердость

5760-5995 МПа, при этом износостойкость повывается более чем íà 40, а эксплуатационная стойкость составляет 1530-1635 ч. 2 табл. в структуре металлической основы карбидов данных металлов и свободного цементита, что снижает однородность структуры, трещиноустойчивость и модуль упругости чугуна, для которого использована известная лигатура.

Оч

Известна лигатура, содержащая, СлР мас. : CO

Хром 40-50

Маею

Никель 20-30

Кремний 6-10

Азот 1-4

Марганец 3-6 Ъ»

Углерод 0,05-0,4 Зь

Титан 2-6

Церий 0,2-100

Железо Остальное

Эта лигатура обладает недостаточной микролегирующей способностью и

1705391

«о обеспечивает существенного повышения свойств чугунных отливок, полученных с ее использованием, 5

Наиболее близкой по технологической сущности и достигаемому эффекту к предложенной является лигатура следующего состава, мас.ь:

Медь 30-45

Алюминий 20-30

Фосфор 5-10

Углерод 0,2-4

Железо Остальное

Микролегирование чугуна известной лигатурой проводят при 1340-1360 С 1 путем погружения на дно ковша лигатуры в качестве 1<, От массы расплава.

Это обеспечивает повышение временного conpo èâëåíèÿ на 30 МПа и твердости на 25 НВ, Микротвердость модифици- 20 рованного чугуна 4900-5780 МПа, Однако известная лигатура не обеспечивает существенного повышения эксплуатационных свойств чугуна.

Цель изобретения - повышение микротвердости и эксплуатационных свойств чугуна.

Поставленная цель достигается тем, что лигатура для чугуна, содержащая медь, алюминий, фосфор, углерод и железо, дополнительно содержит церий, карбиды титана, карбонитриды ферробора, нитриды ванадия при следующем соотношении компонентов, мас.ь:

Медь 12-15

Алюминий 6-8

Углерод 0,2-1,0

Церий 6" 11

Карбонитриды ферробора 10-15 40

Нитриды ванадия 22-27

Карбиды титана 7-12

Фосфор 5-10

Железо Остальное

Дополнительное введение в состав лигатуры карбонитридов ферробора о6еспечивает повышение прочности, микротвердости и эксплуатационных свойств чугуна в отливках, коррозионной стойкости и прочностных свойств, измельчение структуры, что обеспечивает существенное увеличение стабильности и износостойкости ° При концентрации карбонитридов ферробора до 10 мас. 4 твердость, стабильность структуры, 55 технологические свойства и эрозионная стойкость недостаточны, а при повышении содержания их более 15 мас,а снижаются предел выносливости при изгиударная вязкость, пластические свойства и эксплуатационная стойкость.

Церий модифицирует структуру, понижает термолинамическую активность углерода, увеличивает степень сфероидизации графита и неметаллических включений, что повышает технологические, механические свойства и эксплуатационнь!е свойства. его модифицирующий и стабилизирующий эффект начинает сказываться с содержания

6,0 мас.ь, но при увеличении его концентрации более 11 мас.ь увеличивается угар и содержание неметаллических включений по границам зерен и снижаются микротт<ердость,технологические и эрозионные свойства.

Карбиды титана перлитизируют и измельчают структуру, повышают твер" дость и эрозионную стойкость, но при концентрации их более 12 мас, снижается однородность структуры, пластические, технологические и эксплуатационные свойства. При концентрации карбидов титана менее 7 мас,Ф микротвердость, предел выносливости при изгибе и эксплуатационная стойкость недостаточны.

Фосфор в составе лигатуры обеспечивает повышение твердости, микротвердости, износостойкости и эксплуатационных свойств. При концентрации фосфора до 5 мас.ь увеличивается твердость, микротвердость, износостойкость недостаточна, а при концентрации более 10 мас.т, снижается однородность структуры, увеличивается количество усадочных раковин, снижаются микротвердость и износостойкость.

Углерод и алюминий оказывают графитизирующее влияние, снижают твердость, износостойкость и технологические свойства. Поэтому их концентрация ограничена соответственно пределами 0,2- 1,0 мас.Ф и 6-8 мас.ь. При таких концентрациях алюминий и углерод оказывают раскисляющее и модифицирующее влияние, существенно не снижая эрозионную стойкость и эксплуатационные свойства.

8 лигатуру дополнительно введены нитриды ванадия в количестве 2227 мас.4 при снижении концентрации меди до 12-15 мас.7, что способствует повышению технологических свойств, образованию аустен<та и зернистого ос рлит д, повыше <<ю <, рр.,<ион<< <и . эро170539l

Проверяют химический состав чугуна, остаточное Содержание нитридов кремния и, соответственно, степень их усвоения определяют по методике количественного дифференцированного химического анализа сталей и сплавов, содержащих окислы и нитриды. Конт50 зионной и эксплуатационной стойкости, Аустенитообразующее и отбеливающее влияние нитридов ванадия и повышения твердости и эрозионной стойкости начи5 нает складываться с концентрации 22, а при увеличении их содержания более 271 снижается стабильность структуры, эрозионной и эксплуатационной стойкости чугуна в отливках, ухудшаются технологические свойства.

Пример. Опытные плавки лигатур проводят в индукционных печах с тиглями емкостью 150 кг с использованием ферросплавов, стального лома, !5 карбонитридов ферробора, электролитической меди, нитридов ванадия, металлического церия СеМ-2, карбидов, титана. Сначала в индукционной печи расплавляют стальной лом, фосфор 20 и медь, перегревая расплав до 1350 С, затем вводят карбонитриды ферробора, нитриды ванадия. После выдержки расплава в течение 2-3 мин в него вводят алюминий, а перед выпуском 25 в различные ковши — металлический церий. Разливку производят при 13404

+1О С в сухие литейные формы для получения плоских плиток толщиной 1516 мм.

Лигатуру в измельченном виде вводят в раздаточные ковши при температуре расплава 1440-1450 С в чугун, содержащий, мас.ь: углерод 2,53; кремний 0,53; марганец 1;2; хром 35

0,30; никель 0,8; сера 0,02; фосфор

0,06; кальций 0,0! и железо - остальное. Лигатуру вводят в количестве

0,7 мас.Ф от количества расплава.

В табл. 1 приведены химические 40 составы лигатур опытных плавок.

Испытание на ударную вязкость проводят на образцах размером 1О i10 > х55 мм с-образным надрезом. Эта ве" личина должна быть не менее 130 кДж/м 45 (1,3 кгс ° мlсм ) . формула и зобрет ения

Лигатура для чугуна, содержащая медь, алюминий, фосфор, углерод и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения микротвердости эксплуатационных свойств чугуна, она дополнительно содержит церий, карбонитриды ферробора, нитриды ванадия и карбиды титана при следующем соотношении компонентов, мас.3:

Медь 12-15

Алюми ний 6-8

Углерод 0,2-1,0

Фосфор 5-10

Церий 6-11

Ка рбони т риды ферробора 10""15

Нитриды ванадия 22-27

Карбиды титана 7-12

Железо Остальное роль качества модифицированного чугуна определяют проверкой микрострук-, туры на технологических пробах и заготовках для образцов, Стабильность процесса модифицирования выражена в от общего объема исследованных образцов и проб и представляет количество образцов и проб, которые по характеристикам структуры соответствовали техническим условиям, 8 табл. 2 приведены механические и эксплуатационные свойства микролегированного чугуна, обработанного лигатурами известного и предложенного составов.

Износостойкость определяют на образцах 10 мм по методу испытание при ударе через абразивную ленту в паре с образцами из стали 45Л после закалки ее с 840 С в воду и отпуска при

200 С, а испытания на коррозионную усо талость - на цилиндрических образцах

УШ на базе 10 циклов при циклическом нагружении. Иикротвердость определяют на микротвердомере ПМТ-3. Исследование прочностных свойств определяют на цилиндрических образцах ф 10 мм, Как видно иэ табл. 2, предложенная лигатура обеспечивает более высокие эксплуатационные и механические свойства чем известная. (1/ОЬЬ1

Таблица!

Содержание компонентов (железо остальное), мас.4

Лигатура

Алюми- Фосфор Нитриний ды ванадия

Церий

УглеКарбиКа рбонитды ферробора

Медь ды титана род

7 0,2 6

11 06 9

12 1 0 11

6 0,1 5

13 1,1 12

0,3

12

16

7

5

5 22

8 25

10 27

12 21

3 28

12

2 13

3 15

4 10

5 16

6(изв.) 35

Таблица 2

Образцы лигатур (4 ) Показатели

2 5 6(изв.) Временное сопротивление, МПа 875 920 962 580 810 581

Предел выносливости при изгибе,МПа 338 346

Износостойкость, мм 0,048 0,041

Микротвердость, МПа 5760 5995 5886 5235 5255 5015

Повышение предела коррозионной усталости, МПа

Эксплуатационная стойкость, ч 1530 1635 1618 1181 1442 1167

345 296 317 285

0,043 0,068 0,055 0,075

130 168 165 110 116, 80

Составитель Б.Святкин

Техред Л,Олийнык

Редактор О ° Спесивых

Корректор,. Обручар

Заказ 173 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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