Чугун для стеклоформующего инструмента

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производства стеклоформующего инструмента. Цель изобретения - повышение теплопроводности и уменьшение адгезии к вязким расплавам. Предложенный чугун содержит, мас.%: С 3.1-3,5; Si 3-3.2; Мп 0,2-0.6; Сг 0,4-0.6; А1 0,4-0.6; Мд 0.01-0.035; Си 0.1-0.3; Be 0.08- 0,15; Fe - остальное. Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна Си и Be позволил повысить теплопроводность чугуна и снизить адгезию к вязким расплавам. 1 табл.Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию составов чугунов. используемых для изготовления деталей, работающих в условиях повышенных температур, агрессивных вязких расплавов, например стекломассы, и термоциклических нагрузок.Известен состав чугуна, который содержит углерод, кремний, марганец, магний, алюминий, церий, железо при следующем соотношении компонентов, мас,%: Углерод3,2-3,8Кремний2,3-2,8Марганец0.2-0.6Магний0.02-0.05Алюминий0,005-0.03Церий0.055-0.15ЖелезоОстальноеОсновным недостатком известного чугуна является то, что он не обладает в должной степени теплопроводностью, являющейся важной характеристикой конструкционного материала, например, таких деталей, как черновые и чистовые формы стеклоформующего инструмента. Расплавленное стекло имеет свойство "схватываться" при высоких температурах с металлами. Например, в процессе эксплуатации ряда деталей стеклоформующего инструмента необходимо, чтобы на рабочей поверхности стеклоформующего инструмента была низкая температура, т.е. чтобы передаваемая стекломассой металлу инструмента тепловая энергия как можно быстрее поглощалась металлом инструмента. В противном случае происходит "схватывание" (адгезия) стекла с металлом, резко снижающая качество и выпуск изделий из стекла и снижающая надежность инструмента. Этого можно избежать повышением теплопроводности металла. Однако известный состав в должной степени необходимой теплопроводно: стью не обладает и, следовательно, не может быть использован в качестве материала стеклоформующего инструмента.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является известный чугун,который обладает повышенной эрозионной стойкостью и термостойкостью и содержит угле-слсСл)оо00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51 5 С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4769698/02 (22) 11.12.89 (46) 23,02.92. Бюл, М 7 (71) Запорожский машиностроительный институт им.В,Я.Чубаря (72) О..Б.Колотилкин, И,П. Волчок, А.А. Егоров и Ю.А.Качалов (53) 669.15-196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1420056, кл. С 22 С 37/00, 1987.

Авторское свидетельство СССР

N . 1569349, кл, С 22 С 37/10, 1989.

Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию составов чугунов, используемых для изготовления деталей, работающих в условиях повышенных температур, агрессивных вязких расплавов, например стекломассы, и термоциклических нагрузок.

Известен состав чугуна, который содержит углерод, кремний, марганец, магний, алюминий, церий, железо при следующем соотношении компонентов, мас,%:

Углерод. 3,2-3,8

Кремний 2,3-2,8

Марганец 0,2-0,6

Магний 0,02 — 0,05

Алюминий 0,005 — 0,03

Церий 0,055-.0,15

Железо Остальное

Основным недостатком известного чугуна является то, что он не обладает в должной степени теплопроводностью, являющейся важной характеристикой конструкционного материала, например, таких деталей, как черновые и чистовые формы стеклоформующего инструмента. Расплав,, Ы „„1713968 А1 (54) ЧУГУН ДЛЯ СТЕКЛОФОРМУЮЩЕГО

ИНСТРУМЕНТА (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве стеклоформующего инструмента. Цель изобретения — повышение теплопроводности и уменьшение адгезии к вязким расплавам. Предложенный чугун содержит, мас. :

С 3,1-3,5; Si 3 — 3,2; Мп 0,2-0,6; Cr 0,4-0,6; Al

0.4-0,6; Mg 0,01-0,035; Си.0,1 — 0.3; Be 0,080,15; Fe — остальное. Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна Си и 8е позволил повысить теплопроводность чугуна и снизить адгезию к вязким расплавам. 1 табл. лен нов стекло имеет свойство "схватываться" при высоких температурах с металлами.

Например, в процессе эксплуатации ряда деталей стеклоформующего инструмента необходимо, чтобы на рабочей поверхности стеклоформующего инструмента была низкая температура, т.е. чтобы передаваемая стекломассой металлу инструмента тепловая энергия как можно быстрее поглощалась металлом инструмента. В противном случае происходит "схватывание" (адгезия) стекла с металлом, резко снижающая качество и выпуск изделий из стекла и снижающая надежность инструмента. Этого можно избежать повышением теплопроводности металла. Однако известный состав в должной степени необходимой теплопроводно-. стью не обладает и, следовательно, не может быть использован в качестве материала стеклоформующего инструмента.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является известный чугун, который обладает повышенной эрозионной стойкостью и термостойкостью и содержит угле1713968 род, кремний, марганец, хром, алюминий, магний, железо при следующем соотношении компонентов, мас.%;

Углерод 3,2 — 3,6

Кремний 2,8-3,2

Марганец 0,2-0,6

Хром 0,4-0,6

Алюминий 0,4 — 0,6

Магний 0,010 — 0,035

Железо . Остальное

Однако недостаточная теплопроводность и повышенная адгезия к расплавленной стекломассе снижают его служебные свойства. Поэтому известный чугун не может быть использован дпя широкого использования при производстве основных деталей стеклоформующего инструмента.

Цель изобретения — повышение теплопроводности чугуна и уменьшение адгезии к вязким расплавам.

Из-за предотвращения адгезии конструкционного материала стеклоформующего инструмента (чугуна) к расплавленной стекломассе и повышения теплопроводности чугуна уменьшается "схватывание" чугуна со стеклом, что уменьшает брак, повышает качество стеклоизделий и увеличивает выпуск, что в конечном итоге уменьшает себестоимость стеклоизделий, Указанная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, алюминий и магний, дополнительно содержит медь и бериллий при следующем соотношении компонентов, мас,%:

Углерод 3,1 — 3,5

Кремний 3,0-3,2

Марганец 0,2-0,6

Хром 0,4-0,6

Медь 0,1-0,3

Алюминий 0,4-0,6.

Бериллий . 0,08 — 0,15 . Магний .::. О;01-0, 035 .

Железо . .-" Остальное

Содержание углерода менее 3,1 мас,% недопустимо, так как йриводит к образованию междендритного графита, повышающего; адгезионные свойства чугуна.

Повышение содержания углерода сверх

3,5 мас.% также повышает адгезионные свойства чугуна из-за разветвленной сети графитовых включений. Повышение содержания кремния до 3,0 — 3,2 мас.% способствует повышению теплопроводности, так как . улучшаются процессы графитизации, повышается сопротивляемость чугуна эроэионному разрушению под действием расплавленного стекла. Марганец в пределах 0,2-0,6 мас.% также положительно влияет на процесс графитизации, повышающий

15

20 Отливки из чугуна получают путем переплава шихтовых материалов с последующей

45 теплопроводность, Уменьшение содержания марганца менее 0 2 мас.% снижает прочностные свойства, а при увеличении сверх 0,6 мас.% приводит к охрупчиванию при термоциклированию, что имеет место при эксплуатации стеклоформующего инструмента, Хром в пределах 0,4-0,6 мас,% упрочняет металлическую матрицу, Увеличение содержания хрома приводит к образованию большого числа карбидов, по- вышающих адгеэию к вязким расплавам.

Алюминий в.пределах 0,4-0,6 мас.% повышает теплопроводность и снижает адгезию к вязким расплавам. Повышение бериплия до 0,08-0,1.5 мас.% повышает теплопроводность, резко снижает адгезию к вязким расплавам. Присутствие магния приводит графит в более компактную форму и снижает адгезию чугуна к вязким расплавам. фракционной разливкой металла. Использовали литейный чугун Л1, лом чугунный .1А, алюминий, феррохром, лигатуру медно-бериллиевую М Б-1, железо-кремний-магниевую лигатуру ФсМгЧ. Расплавленный чугун заливают в сухие литейные формы при

1400 С.

Теплопроводность чугуна при 500 С определяют с помощью установки ИМАШ 2075 по известной методике, Температуру рабочей зоны образцов измеряют платиноплатинородиевыми термопарами (Гр.ПП), рабочий спай которых соединяют точечной сваркой с боковой поверхностью нагреваемой зоны образца. Контроль температуры . осуществляют при помощи потенциометра

КСП-4, С целью предотвращения окисления образцов степень разрежения в рабочей камере составляет 5,3 10 МПа.

В процессе испытаний производят автоматическую запись электрического сопротивления образцов при заданной температуре. Величина сопротивления затем используется для определения теплопроводности: (.Т = — я— где А — теплопроводность материала, Вт/мх хград;

L = 2,4 10 — число Лоренса, Вт/Омх

-8 хград;

R — электрическое сопротивление, Ом;

Т вЂ” температура, град.

Об адгезии судят по краевому углу смачивания (6) который определяли с точностью +1,0 град по известной методике.

Результаты испытаний представлены в таблице.

1713968

Полученные результаты показывают, что предлагаемый состав чугуна (составы

3-5) обладает повышенной теплопроводностью и минимальной адгеэией к вязкой расплавленной стекломассе. Это обьясняется, 5 в первую очередь, тем, что медь и бериллий оказывают существенное влияние на размер и форму графитовых включений.

При содержании меди менее 0,1 мас.Я, и бериллия менее 0,08 мас. графит в чугу- 10 не присутствует в виде мелкоизолированных, близких к шаровидной форме, включений, что препятствует распространению теплового потока и снижает теплопроводность. С увеличением в чугуне 15 содержания меди и бериллия графит приобретает несколько вытянутую форму., что повышает теплопроводность. При содержании в чугуне меди более 03 мас.о и бериллия более 0,15 мас. графит приоб- 20 ретает более компактную форму, что отрицательно сказывается на т.еплоп роводности.

При содержании меди менее 0,1 мас. и бериллия менее 0,8 мас,7 на поверхности 25 чугуна при повышенных температурах образуются оксидные слои относительно небольшой толщины, которые не оказывают существенного влияния на адгезию. С увеличением содержания этих элементов абра- 30 эуются более прочные слои равномерной

Формула изобретения

Чугун для стеклоформующего инструмента, содержащий углерод, кремний. марганец, хром. алюминий, магний и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения теплопроводности и уменьшения адгезии к вязким расплавам, он допЬлнительно содержит медь и бериллий при следующем соотношении компонентов, мас. 7;:

Углерод

Кремний

Марганец

Храм

Алюминий

Магний

Медь

Бериллий

Железо

3;1-3,5

3,0-3,2

0,2-0,6

0,4-0,6

0,4-0,6

0,01-0,035

0,1-0.3

0,08.-0,15

Остальное толщины, что повышает угол 8. Однако при содержании меди более 0,3 мас.7; и бериллия более 0,15 мас. сплошность слоев снижается, они становятся более рыхлыми и в результате этого происходит уменьшение значений угла 0, т.е. проведенный сравнительный анализ показывает преимущество предлагаемого чугуна, что очень важно для целой группы деталей стеклоформ.

1713968 о

Ф с

I

Д) о о (.3

40 СС

ДXSCI)

До а (6

С(О ®

S СЬ ьь Ъ" о.л Я а с о с;.

С C(с

Ф О

)- (Q cQ

)Я

S х

Щ ю

Б с

Г ъ

CL

Ф

L0 . С о S о

V S (0

Х я о С.0

О С

Б о

ЪС

S

m о э Х

cf о о

=к

Ф

Ф

l а 5

S х

X (U

CL о а

Ф с

°

СО СЧ - Л If) СЧ IA CA

rt IAOO a COl CO CO

СО CO " rr СЧ О>

Ф о л с. P! l l l l 1 и о

IA СО С, СС), . IA оо .о .о

OOOO )QCA O

С»ОООС ОО О

СЧIACO -LACOС о ос С . ооооооо

СО W IA CO О СС)

;оооооо о о о - .С и

СЧВ IAI о оооо о о

СЧ е IA<О 4 СЧ CA

ОООООО- О - -СЧrl COСО - 4

ОООOOÎ О о сч,с ф о

С ) С Ъ С Ъ M С"Э

Л СО W CA Ca Q ГЗ

С 4 СЧ С ) С Э F) H Ф С ) Iо )

- сч с-» сс IA co л ФФ з

Б