Сплав для легирования чугуна

 

Изобретение относится к сплавам для легирования чугуна. Цель изобретения - стабилизация твердости в отливках с сечением 10-30 мм, устранение осевой пористости и повышение предела прочности чугуна при растяжении. Сплав для легирования чугуна содержит, мае. %: углерод 3-5; кремний 0,2-2,0; марганец 0,2-2,0; ванадий 0,4-1,0; титан 0,05-1,5; хром 0,05-2,0; алюминий 0,05-1,0; магний 0,001-0,1; кобальт 0,01- 1,0; железо остальное. Легирование предлагаемым сплавом ваграночного чугуна позволяет стабилизировать твердость чугуна в отливках с сечением 10 и 30 мм до 235-255 МПа, при этом преде/г прочности равен 280-335 МПа. 1 табл. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s С 22 С 35/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4860188/02 (22) 01.06,90 (46) 30.03.92. Бюл, N.. 12

0 (71) Организация арендаторов Чусовского металлургического завода и Уральский научно-исследовательский институт черных металлов (72) И.Н.Губайдуллин, В.Н.Зеленов, Ю.А.Леконцев, Г.Г.Гаврилюк, Л.А.Смирнов, А.А.Филиппенков, С.В.Кочевых и 3.M.Ðàïîïîðò (53) 669.15-198(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 449974, кл. С 22 С 35/00, 1973.

Авторское свидетельство СССР

N - 908899, кл, С 22 С 35/00, 1980.

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке сплавов для раскисления и легирования ваграночных чугунов.

Известен сплав, применяемый для раскисления и легирования чугуна, содержащий. мас.%:

Углерод 0,2-3,0

Кремний 0,6 — 17,0

Марганец 0,5-8,0

Хром 10 — 40

Ванадий 34-10

Ниобий 0,5-15

Железо Остальное

Недостатком данного сплава является его повышенная себестоимость и неоднородность структуры получаемых отливок из-за высокого содержания карбидостабилизирующих элементов, что сужает воэможность использования его для легирования и раскисления чугуна, „„ЯХ„„1723176 А1 (54) СПЛАВ ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ ЧУГУНА (57) Изобретение относится к сплавам для легирования чугуна. Цель изобретения— стабилизация твердости в отливках с сечением 10-30 мм, устранение осевой пористости и повышение предела прочности чугуна при растяжении. Сплав для легирования чугуна содержит, мас.%: углерод 3 — 5; кремний

0,2-2,0; марганец 0,2-2,0; ванадий 0,4 — 1,0; титан 0,05 — 1,5; хром 0,05 — 2,0; алюминий

0,05 — 1,0; магний 0,001 — 0,1; кобальт 0,01—

1,0; железо остальное. Легирование предлагаемым сплавом ваграночного чугуна позволяет стабилизировать твердость чугуна в отливках с сечением 10 и 30 мм до

235-255 МПа, при этом предел- прочности равен 280 — 335 МПа. 1 табл.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является сплав для раскисления и легирования, содержащий. мас.%:

Углерод 0,8-5,0

Кремний 0,2-2,0

Марганец 0,2-2,0

Хром 0,05 — 2,0

Ванадий 0,4-2,0

Алюминий 0,05 — 1,0

Медь 0,03-1,5

Титан 0,05-4,0

Железо Остальное

Однако при использовании данного сплава в качестве компонента ваграночной шихты не обеспечивается однородность структуры чугуна, а также наличие брака отливок по газовым пузырям. Все это ограничивает область его применения при выплавке чугуна.

1723176

10

25

ЗО

50

Цель изобретения — стабилизация твердости в отливках с сечением 10 — 30 мм, устранение осевой пористости и повышение предела прочности чугуна при растяжении, Поставленная цель достигается тем, что сплав для раскисления и легирования, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, алюминий, медь, титан и железо, дополнительно содержит магний и кобальт при следующем соотношении компонентов, мас, g:

Углерод 3 — 5

Кремний 0,2-2,0

Марганец 0,2 — 2,0

Хром 0,05 — 2,0

Ванадий 0,4-1,0

Алюминий 0,05 — 1,0

Медь 0,03-1,5

Титан 0,05-1,5

Магний 0,001 — 0,1

Кобальт 0,01-1,0

Железо Остальное

Выбор пределов содержания элементов в предлагаемом составе сплава обусловлен следующим. Содержание углерода, кремния и марганца выбрано исходя из их влияния на структуру чугуна, обеспечивающего выделение перлитоферритной металлической основы и пластинчатого графита, что обеспечивает однородность структуры чугуна. Хром, ванадий и титан в предлагаемом сплаве используются в пределах, обеспечивающих при.выплавке чугуна измельчение аустенитно-графитовой эвтектики и выделение мелкодисперсных карбидов и карбонитридов без структурно-свободного цементита, что повышает механические свойства чугуна, Наличие алюминия и меди способствуют равномерности структуры и свойств раэностенных отливок.Дополнительное введение в предлагаемый сплав магния и кобальта совместно с другими элементами сплава повышает однородность структуры выплавленного чугуна и устраняет осевую пористость.

Ваграночный чугун наиболее склонен к повышенному содержанию серы и большого количества окислов. Наличие окисленного металла приводит к появлению пузырьков в отливке, связанных с восстановлением окиси железа по реакции FeO+ СО = Сог+ Fe.

Наличие COz в отливках ведет к образованию дефектов в виде пузырьков. Введение

Мд и Со в состав сплава приводит к уменьшению plx количества как за счет увеличения интервала кристаллизации чугуна, что обеспечивает более полное всплывание пузырьков в прибыльную часть отливки при затвердении, так и за счет связывания части кислорода углекислого газа по реакции COz+ 2Mg = 2MgO+ С. Являясь тугоплавкой фазой, MgO служит центром кристаллизации, измельчает аустенитно-графитовую эвтектику, что способствует стабилизации твердости в отливках. Введение кобальта в предлагаемых пределах измельчает графитовые включения, что также способствует стабилизации твердости в отливках и повышению и редела прочности чугуна при растяжении.

При содержании в предлагаемом сплаве магния и кобальта ниже нижних пределов они не обеспечивают достижения поставленной цели. Увеличение их содержания выше предлагаемого верхнего предела нецелесообразно, так как дальнейшего повышения заявляемых свойств не достигается из-за повышения угара данных элементов и повышения склонности чугуна к образованию в структуре газовых пузырей.

Пример. Для оценки эффективности действия сплавов их в количестве 307; (15 кг) от металлозавалки вводят в 50-килограммовую индукционную печь. Другие компоненты металлической шихты специально подбирают окисленными с целью получения повышенного содержания FeO в расплаве.

Температура перегрева в печи не превышает 1340 — 1380 С. Из выплавленного чугуна отливают цилиндрические пробы диаметром 10 и 30 мм, на которых определяют твердость и предел прочности, Для оценки наличия газовых пузырей в закристаллизовавшемся чугуне заливают цилиндрическую пробу диаметром 50 мм и длиной 150 мм в сырую форму. Закристаллизовавшуюся пробу разрезают вдоль оси для оценки осевой пористости.

Анализ полученных результатов показал, что при использовании в составе шихты известного сплава отливка характеризуется наличием осевой гаэоусадочной пористости, Кроме того, данный чугун, залитый в земляные сырые формы, характеризуется неоднородностью структуры, о чем свидетельствует резкое отличие значения твердости на образцах диаметром 10 и ЗО мм. При использовании для выплавки чугуна предлагаемого сплава с содержанием компонентов на нижнем и верхнем уровнях (образцы

2 и 3) достигается выравнивание твердости и повышение предела прочности для разнотолщинных отливок, что связано с выравниванием однородности структуры. При этом также снижается количество газовых пузырей в отливках, а чем свидетельствует отсутствие осевой пористости в образцах. При содержании компонентов предлагаемого сплава выше и ниже предлагаемых пред1723176

Химический состав сплава, иасА

Предел лрочности ов

NBa рлость Твердость уна на чугуна на зцах образцах

И 30 .

НПа

l 98

321

Есть

Нвт

19

«1В»

Есть

244

24!

238

270

203

249

2\О

244 о,8

0105 0,01

1,0 0,1

0,8 0,05

0«04 0,009

1 ° l 0,2

0,6 0,7

0,4 0,05

1 ° 0 1,5

0,6 0,7

03 0,04

1,1 1,6

1,2

0,05

2,0

0, 8

0,04

t,1

1 4,0

2 3 0

3 50

4 .40

5 2,9

6 5,1

1,2 1,0

0,2 0,2

2,0 2,0

1,2 1,0

О,1 0,1

2>! 2,1

0,01

1,0

0,61

0 ° 009 !

Ф1

«ч

Составитель Н.Косторной

Техред М.Моргентал Корректор О.Ципле

Редактор М,Петрова

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", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 елов (образцы 5 и 6) достичь целей изобретения не удается.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с известным показал, что данный состав сплава для легирования отличается от известного введением новых компонентов, а именно магния и кобальта.

Известно использование в составе сплава для раскисления и микролегирования стали магния, которое позволяет повысить чистоту стали по неметаллическим включениям, Известно также использование в составе сплава кобальта, что позволяет повысить жидкотекучесть, изнОсостойкость и прочность чугуна.

Однако применение данных элементов в сочетании с остальными компонентами в этих сплавах не обеспечивают стабилизацию твердости в отливках с сечением 10-30 мм, устранение осевой пористости и повышение предела прочности чугуна при растяжении.

Таким образом, данный состав сплава придает чугуну новые свойства

В таблице приведен химический состав сплава и свойства чугуна.

Из представленных в таблице данных следует, что использование предлагаемого состава сплава по сравнению с известным позволяет снизить брак по газовым дефектам в отливках; улучшить обрабатываемость отливок; повысить эксплуатационные свой5 ства отливок за счет выравнивания однородности структуры и свойств.

Формула изобретения

Сплав для легирования чугуна, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, алю10 миний, ванадий, титан и железо, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью стабилизации твердости в отливках с сечением 10-30 мм, устранения осевой пористости и повышения предела прочности чугуна при растяже15 нии, он дополнительно содержит магний и кобальт при следующем соотношении компонентов, мас. :

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Алюминий

Ванадий

Титан

25 Магний

Кобальт

Железо