Лигатура для чугуна

 

Изобретение относится к лигатурам для обработки чугуна с повышенной фрикционной теплостойкостью. С целью повышения механических и эксплуатационных свойств чугуна лигатура содержит, мае,%: медь 6-, 11; алюминий 7-10; марганец 15-19; молибден 6-10; церий 8-12; лантан 3-7; висмут 1-5; азот 2-5; титан 0,2-1; бор 1,2-3,5 и железо остальное. Фрикционная теплостойкость чугуна составляет 371-384 цикла, эксплуатационная стойкость - 1760-1980 ч. 2 табл.

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1723175 Al (sl)s С 22 С 35/00

ГОСУДАРСТ8ЕННЪ|Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4845462/02 (22) 11.05.90 (46) 30.03.92. Бюл. ¹ l2 (71) Производственное обьединение иромсельмаш" (72) М.И.Карпенко, Ф,И.Титко и M.È.Äóäîðîва (53) 669.15-198(088г 8) (56) Авторское свидетельство СССР

N601320,,кл. С 22 С 35/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР

N 1507844, кл. С 22 С 35/00, 1989.

Изобретение относится к металлургии, в частности к комплексным лигатурам для обработки чугуна с повышенной фрикционной теплостойкостью.

Известна лигатура, содержащая, мас,%:

Алюминий 30-70

Марганец .10 — 30

Хром 10 — 25

Редкоземельные металлы 2 — 35 .Железо Остальное

Известная лигатура не обеспечивает существенного повышения износостойкости и фрикционной теплостойкости, Известна также лигатура следующего химического состава, мас.%:

Кремний 6 — 85

Редкоземельные металлы 15-70

Железо Остальное

Высокое содержание кремния снижает твердость и эксплуатационные свойства чугуна. (54) ЛИГАТУРА ДЛЯ ЧУГУНА (57)-Изобретение относится к лигатурам для обработки чугуна с повышенной фрикционной теплостойкостью. С целью повышения механических и эксплуатационных свойств чугуна лигатура содержит, мас,%: медь 6 —, 11; алюминий 7 — 10; марганец 15 — 19; молибден 6 — 10; церий 8 — 12; лантан 3 — 7; висмут 1 — 5; азот 2-5; титан 0,2 —.1; бор 1,2 — 3,5 и железо остальное. Фрикционная теплостойкость чугуна составляет 371-384 цикла, эксплуатационная стойкость — 1760-1980 ч. 2 табл.

Наиболее близкой к предлагаемой является лигатура следующего химического состава, мас.%:

Медь 12 — 20

Алюминий 7 — 12

Марганец . 12 — 70

Фосфор 10 — 16

Молибден 6-10

Церий 8 — 12

Азот 2 — 5 (p3

Железо Остальное

Фрикционная теплостойкость микролегированного этой лигатурой чугуна составляет 184 — 198 циклов; относительная | износостойкость — 2,05 — 2,3; предел прочности при изгибе — 710 — 830 МПе и предел еинослиеости при изгибе — 270 — 310 МПе.

Недостаток известной лигатуры — низкие механические и эксплуатационные свойства.

Цель изобретения — повышение механических и эксплуатационных свойств микролегированного чугуна.

Поставленная цель достигается тем, что лигатура, содержащая медь, алюминий, 1723175 l0

20 марганец, молибден, церий, азот и железо, дополнительно содержит лантан, бор, висмут и титан при следующем соотношении компонентов. мас.%:

Медь . 6-11

Алюминий 7-10

Марганец 15 — 19

Молибден 6 — 10

Церий 8 — 12

Лантан 3 — 7

Висмут 1 — 5

Азот 2,6 — 5,0

Титан 0,2-1

Бор 1,2 — 3,5

Железо Остальное

Существенными отличиями предлагаемого технического решения являются введение лантана, висмута, бора и титана, что значительно повышает механические и эксплуатационные свойства износостойкого чугуна, Лантан оказывает рафинирующее влияние и модифицирует структуру чугуна, понижает термодинамическую активность углерода, степень сфероидизации графита и неметаллических включений и твердость «угуна, что повышает механические и эксплуатационные свойства. При концентрации лантана до 3мас.% его модифицирующий эффект и эксплуатационные свойства чугуна низкие, а при увеличении его содержания более 7 мас,% усиливается угар и пироэффект при обработке чугуна, снижается стабильность структурь, механических и эксплуатационных свойств.

Титан введен как микролегирующий и графитизирующий компонент, способствующий повышению фрикционной теплостойкости, пластических и технологических свойств чугуна, При его концентрации более

1,0 мас.% возрастает количество неметаллических включений по границам зерен, снижается компактность графита и технологические и эксплуатационные свойства. При его концентрации до 9,2 мас;% недостаточны термическая стойкость, сопротивляемость фрикционному износу, удароустойчивость и фрикционная теплостойкость.

Висмут введен в предлагаемую лигатуру в количестве 1 — 5 мас.% как эффективная модифицирующая и отбеливающая добавка для чугуна, повышающая однородность структуры, стабильность механических свойств и устраняющая образование междендритного графита, способствующая увеличению изолированности и компактности других составляющих структуры и повышению механических характеристик чугуна в отливках, При концентрации висмута до 1 мас.% модифицирующий эффект проявляется слабо, механические и эксплуатационные свойства чугуна в отливках находятся на низком уровне, а при увеличении концентрации висмута более 5 мас.% снижается стабильность модифицирующего эффекта, увеличивается количество неметаллических включений и снижается пластичность и механические свойства чугуна, долговечность литых деталей и их износостойкость.

Бор в количестве 1-3,5 мас.% существенно измельчает структурные составляющие, снижает газовую пористость и повышает равномерность модифицирования, очищает границы зерен, повышает усвояемость лигатуры расплавленным металлом и продолжительность сохранения модифицирующего эффекта лигатуры, что обеспечивает повышение предела выносливости, прочности и вязкости чугуна в отливках, При концентрации бора до 1,0 мас.% измельчение структуры и повышение механических свойств недостаточное. а при увеличении концентрации бора более 3,5 мас,% повышается угар металла и снижаются однородность структуры, механические и эксплуатационные свойства чугуна в отливках.

Церий упрочняет и модифицирует структуру чугуна, повышает степень сфероидизации графита и неметаллических включений и твердость чугуна, что повышает механические и эксплуатационные свойства. При концентрации церия до 8 мас,% его модифицирующий эффект и эксплуатационные свойства чугуна низкие, а при увеличении его содержания более 12 мас.% усиливается пироэффект при обработке чугуна, снижается стабильность структуры, механических и эксплуатационных свойств, Молибден в составе лигатуры обеспечи вает повышение прочности, твердости, теплостойкости и износостойкости чугуна, Ef о влияние начинает сказываться с концентрации 6 мас.%, а при увеличении концентрации более 10 мас.% увеличивается содержание в структуре карбидов, ухудшается усвояемость лигатуры чугуном, снижаются пластические свойства и предел выносливости при изгибе, Марганец оказывает аусталитизирующее влияние, повышает прочностные и эксплуатационные свойства, его содержание повышено до 15 — 19 мас.%. Прочностные и эксплуатационные свойства при содержании его до 15 мас.% недостаточны. Увеличение содержания марганца более 19 мас.% снижает пластические свойства, предел выносливости при изгибе и фрикционные свойства, 1723175

Содержание меди в лигатуре снижено в соответствии с опытом и содержанием их в лигатурах, используемых для модифицирования чугуна с повышенными эксплуатационными свойствамл. Эффективное содержание меди в лигатуре составляет 6 — 11 мас,,ь. Такая концентрация графитизирующих компонентов при исключении содержания фосфора повыщает равномерность и стабильность модифицирования чугуна, способствует повышению механических свойств. При содер>кании фосфора снижаются пластические свойства. Увеличение концентрации меди более 11 мас. Д увеличивает ликвацию и снижает эксплуатационные свойства.

Наличие в лигатуре 7 — 10 мас.70 алюминия способствует повышению стабильности модифицирования и механических свойств.

При увеличении концентрации алюминия более 10,0 мас.70 повышается угар лигатуры, снижается однородность структуры, а при концентрации до 7 мас.70 — стабильность модифицирования низкая, снижаются эксплуатационные свойства, предел выносливости при изгибе и фрикционная теплостойкость.

Лигатуры получают в открытых индукционных печах сплавлением сплава АМТ(ТУ

48-4-365-76) с металлическим марганцем (ГОСТ 6008-82), медью М1, ферробором

ФБ13 и другими металлами и ферросплава,ми. Сначала сплавляют металлический марганец с ферробором Ф Б13 (ТУ 15-4-14-72) и алюминиймолибдентитановым сплавом при 1530-1570 С. Затем расправ продувают в течение 2 — 5 мин азотом и вводят медь М1 и модифицирующую смесь из церия ЦеМ-3 (ГУ 48-4-216-72), лантана Ж ЛаМ-2 (ТУ 48-4218-72) и висмута Ви2 (ГОСТ 10924-84). Разливку производят в плоские металлические изложницы и измельчают перед употреблением До фракции 0,1 — 5 мм.

В табл. 1 приведены составы лигатур опытных плавок, В табл. 2 приведены механические и эксплуатационные свойства износостойких чугунов.

Лигатуры используют при выплавке износостойкого белого чугуна, содержащего, мас,7: углерод 2,35; кремний 0,5; марганец

0,8; фосфор 0,06; хром 3,5; никель 0,8; сера

5 0,03; кальций 0,02; азот 0,03 и железо остальное. Лигатуру присаживают при 1450 — .

1470 С в количестве 0,7 от массы расплава.

Фри кционную теплостойкость on ределя10 ют на установке испытания материалов на трение УМТ-1 на кольцевых образцах в соответствии с методикой по ГОСТ 23.210-80, Как видно из табл. 2, предлагаемая лигатура обеспечивает более высокие характе15 ристики фрикционной теплостойкости, износостойкости и предела выносливости при изгибе по сравнению с известной.

Использование предлагаемой лигатуры для модифицирования износостойкого чугу20 на обеспечивает более высокое по сравнению с известной повышение механических и эксплуатационных свойств.

Экономический эффект от использования предлагаемой лигатуры для микролеги25 рования чугуна составляет 64 тыс. руб. в год.

Формула изобретения

Лигатура для чугуна, содержащая медь, 30 алюминий, марганец, молибден, церий, азот и железо, от л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения механических и эксплуатационных свойств чугуна, она дополнительно содержит пантан, бор, висмут и

35 титан при следующем соотношении компонентов, мас. :

Медь

Алюминий

Марганец

40 Молибден

Церий

Лантан

Висмут

Азот

45 Титан

Бор

Железо

1723175

Таблица1

Лигатура

Алпми- ларга- 1 Иолиб- Церий ний нец ден

Висмут Азот Титан Бор

10 10 12

12 5 6

6 12 13

17

19

10 13 8. 9

«I I»

3 5

П р и и е ч а н и е. В лигатуре состава 6 дополнительно содержится 10 иас.3 фосфора

Таблица 2

Составитель Л.Карасева

Техред М.Моргентал

Корректор О.Ципле

Редактор M.Ïåòðîâà

Заказ 1045 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

1 6

2 8

4 5

5 15

6 (невестней) 13 .

5

2

1 2,6

3 3,2

5 5,0

0,5 1,5

6,1 5,2

0,2

0,5

1,0

0,1

1,3

1 2

2,3

3,5

0,9

3,8

Остальное (1

« I I»

«I t»

«It»