Чугун

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для производства раздаточных тиглей и литейных форм. Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости в среде расплавленного алюминия , а также увеличение механических и технологических свойств. Предложенный чугун содержит, мас.%: С 2,5-3,2; SI 1,5-3,5; Mr 0.5-0,8; A11,5-3.5; Сг 0,5-0.8; Nb 0.3-0,5; Ва 0,005-0.01; Fe остальное. Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна Nb и Ва позволяет повысить коррозионную стойкость в 1,05-1,2 раза, оь в 1,08-1,7 раза, НВ в 1,08-1,16 раза и жидкотекучесть в 1,27- 1,32 раза. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (54) ЧУГУН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4783749/02 (22) 19.01.90 (46) 07.05,92. Бюл. N. 17 (71) Физико-технический институт РН БССР и 1 I-й Государственный подшипниковый завод (72) B.È. Гуринович, Л.З. Писаренко, В.Ф.

Лисицин, В.Н. Силивончик и Г.Т. Дударчик (53) 669.15-196(088,8) (56) Бобро Ю.Г.Жаростойкие и ростоустойчивые чугуны, Машгиз, 1960,.с. 148 — 157.

Авторское свидетельство СССР

N. 502971, кл. С 22 С 37/10, 1974, Изобретение относится.к металлургии, в частности к изысканию коррозионно-стойких чугунов с высокими механическими свойствами.

Предлагаемый чугун может быть использован в качестве материала деталей, работающих при высоких температурах в контакте с агрессивной средой под воздействием силовых факторов. Такими деталями могут являться тигли, используемые в процессе плавки алюминия и его сплавов, и литейные формы, применяющиеся при производстве алюминиевых отливок методом литья под давлением, Материал, предназначенный для этих деталей, должен обладать высокими механическими свойствами, коррозионной стойкостью в среде расплавленного алюминия, жаростойкостью, ростоустойчивостью и технологичностью (высокими литейными свойствами).

Известны жаростойкие алюминиевые чугуны (чугали), в которых содержание алюминия варьируется от 5,5 до 24,0 мас. Д.

„„ЯЛ „„1731 857 А1 (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для производства раздаточных тиглей и литейных форм. Цель изобретения — повышение коррозионной стойкости в среде расплавленного алюминия, а также увеличение механических и тех- . нологических свойств. Предложенный чугун содержит; мас.%: С 2,5-3,2; $1 1,5 — Зв5; Мп

- 0,5 — 0,8; Al 1,5-3,5; Cr 0,5-0,8; Nb 0.3-0;5; Ва

0,005 — 0,01; Fe остальное. Дополнительный ввод е состав предложенного чугуна Nb и Ва позволяет повысить коррозионную стойкость в 1,05 — 1,2 раза. ob в 1,08-1,7 раза, Н В в 1,08 — 1,16 раза и жидкотекучесть в 1,271,32 раза. 2 табл.

Например, чугун, содержащий, мас. : угле; род 2,5 — 3,2; алюминий 5,5 — 7,0; кремний 1,62,3; марганец 0,6 — 0,8; железо и примеси остал ьное.

Алюминиевые чугуны обладают высо- д кой коррозионной стойкостью, жаростойкостью и ростоустойчивостью. В то же время механические свойства таких чугунов низки, что ограничивает их применение в деталях, испытывающих статические напряжения и О© ударные нагрузки. Кроме того, усложнение технологии получения чугунов, требующей 4 одновременного ороведения ревдеяьной плавки алюминия и чугуна, а также трудной сти, связанные с получением здоровых плотных отливок этих сплавов вследствие выделения большого количества тугоплавкого шлака (пены) и избыточного углерода в виде спели накладывают дополнительные ограничения на использование чугунов в промышленности, "Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому ре1731857 зультату является хромоалюминиевый чугун следующего химического состава, мас. : углерод 2,2 — 3,7; кремний 0,5-3,0; марганец

0,8-3,0; хром 0,16-1,0; алюминий 2,0-7,0; титан О, 1-1,0; железо и примеси остальное.

Недостатками этого чугуна являются низкие механические свойства и коррозионная стойкость в среде расплавленного алюминия, что затрудняет его практическое использование в качестве материала тиглей и литейных форм, работающих в контакте с жидким алюминием под воздействием силовых факторов.

Целью изобретения является повышение корроэионной стойкости, механических и технологических свойств чугуна в среде расплавленного алюминия.

Поставленная цель достигается тем, что в чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, алюминий и железо с примесями, дополнительно вводится ниобий и барий при следующем соотношении компонентов, мас. : углерод 2,5 — 3,2; кремний

1,5-3,5; марганец 0,5 — 0,8; алюминий 1,53,5; хром 0.5 — 0,8; ниобий 0,3 — О,S; барий

0,005-0,01; железо и примеси (сера до

0,12, фосфор до 0,20%) остальное.

Приведенные соотношения компонентов обеспечивают совокупность высоких свойств чугуна — коррозионную стойкость в среде pacnfiaaa алюминия, жаростойкость, механические и технологические свойства.

Известны технические решения, в которых путем раздельного или совместного легирования ниобием или (и) барием достигается повышение термостойкости, механических и антифрикционных свойств чугунов, снижение их склонности к отбелу. Так введение бария в состав чугунов позволяет повысить их изчосостойкость, прочность и стойкость против отбела тонкостенных отливок. При введении в состав чугунов ниобия реально достигается их высокая износостойкость и термостойкость. Совместное легирование чугунов ниобием и барием обеспечивает повышение их твердости до температур 700 С износостойкости в условиях ударно-абразивного износа при 20-600 С и коррозионной стойкости в промышленной атмосфере, Химические составы чугуна представлены в табл. 1; результаты испытаний в табл, 2, Опытные плавки проводят в индукционной печи с кислой футеровкой. В качестве шихтовых материалов служит чугун ЛК4, стальной лом, чушковый алюминий А99, ферросилиций ФС75, ферросиликохром

ФСХЗЗ, феррониобий ФН4 и силикобарий

ССБА-22. Феррониобий, ферросиликохром, ферросилиций и силикобарий подшихтовывают в расплавленный чугун. Алюминий в твердом состоянии вводят в тигель в конце плавки. Температура перегрева 1723 К,температура заливки 1623-1653 К, Образцы для испытаний отливают в сухие песчано-глинистые формы. Предел

5 прочности при растяжении (Ob ) определяют на стандартных образцах по стандартным методикам.

Коррозионную стойкость определяют гравиметрическим методом при испытании

10 образцов диаметром 10 мм и высотой 20 мм в расплавленном алюминии при 1073 К в течение 200 ч. Алюминий, налипший на образцах в процессе испытания, удаляют путем стравления в 10 -ном водном растворе

15 NaOH.

Жаростойкость определяют гравиметрическим методом по известной методике при 1073 К в течение 200 ч.

Характеристикой технологических

20 свойств служит длина спирали, определяемая при заливке расплава при 1623-1653 К в песчано-глинистую форму.

Пределы по содержанию углерода ограничены исходя иэ необходимости предотв25 ратить отбел, уменьшить усадку и улучшить обрабатываемость чугуна, При содержании углерода — менее 2,5 мас.70 (состав 1) в структуре чугуна появляется цементит, что вызывает снижение прочностных свойств.

30 Повышение содержания углерода более 3,2 мас. (состав 2) приводит к появлению в структуре стали большого количества графитной фазы в виде крупных пластинчатых выделений и, как следствие, значительному

35 снижению механических свойств.

Марганец при содержании в указанных пределах 0,5-0,8 мас.o способствует перлитизации структуры, предотвращая появление. феррита. Полученные отливки

40 характеризуются равномерной структурой по сечению и высокой ростоустойчивостью.

В структуре чугунов с содержанием марганца более 0,8 мас. (состав 4) наблюдается отбел, что приводит к снижению прочно45 стных свойств. Уменьшение содержания марганца менее 0,5 мас. (состав 5) приводит к появлению в структуре чугуна феррита, что снижает прочностные характеристики и ростоустойчивость. Это вызывает повышен50 ное коробление чугунных Отливок в процессе эксплуатации при повышенных температурах.

При содержании алюминия более 3,5 мас. и кремния более 3,5 мас.7; (состав 3)

55 резко понижаются механические свойства сплавов. Это происходит вследствие увеличения доли свободного феррита и графита в структуре чугуна.

1731857

При понижении содержания алюминия менее 1,5 мас.% (состав 1), кремния менее

1,5 мас,% (состав 5) и хрома менее 0,5 мас.% (состав 2) резко ухудшается жаростойкость сплавов.

Введение в состав чугуна хрома в количестве, превышающем верхний предел 0,8 мас.% (состав 4) вызывает отбел, что ведет к снижению характеристик прочности.

При введении в состав чугуна ниобия в количестве 03 — 0,5 мас,% и бария 0,005—

0,010 мас.% в значительной степени повышаются коррозионная стойкость, механические и технологические свойства вследствие образования модифицированной структуры с измельченным зерном и равномерным распределением карбидной фазы, Исследуемые свойства чугунов с содержанием ниобия менее 0,3 мас.% (состав

11) и бария менее 0,005 мас.% (состав 14) низки и находятся на уровне прототипа, Увеличение содержания ниобия более 0,5 мас.% (состав 12) и бария более 0,010 мас.% (состав 13) с зкономической точки зрения нецелесообразно, так как re дает эффекта в повышении свойств и удорожает литье.

Из анализа результатов испытаний, приведенных в табл. 2, следует, что оптимальным комплексом механических, антикоррозионных и технологических свойств обладают образцы составов 6-10, Табл и ца1

Содержание элементов, мас.

Состав стали

Fe и примеси

Ва

Сг

Мп

Остальное

ФФ

0,008

0,010

0,005

0,010

0,006

0,006

0,008 .

0,008

0,005

0,010

0,008

0,006

0,012

0,003

0,6

0,6

0,6

1,0

04

0,8

0,5

0,6

0,6 .0,5

0,6

0,6

0,8

0,8

0,3

0,5

0,4

0,5

0,5

0,3

0,4

0,4

0.5

0,3

О;2

0,6

0,4

0,5

0,6

0,3

0,6

1,0

0,8

0,6

0,6

0,5

0,8

0,8

0,6

0,5

0,5

0,8

2,2

2,8

3,8

3,2

1,3

1,7

3,5

2,7

3,3

1,5

3,2

28

2,4

2,0

1,2

2,0

3,7

1,7

3,3

1,5

3,0

3,5

2,3

2,5

1,8

2,0

2,4

2,8

2,3

3,4

2,7

3,0

3,2

2,8

2,5

3,2

2,8

3,0

2,6 3,2

3,0

2,8

° !

Остальное

Тi 0,5 %

1,7

0,6

1,4

4,5

3,0

Предлагаемый

2

4

6

8

11

12

13

14

Известныйй

Предлагаемый чугун по сравнению с известным обладает более высокой коррозионной стойкостью в среде расплавленного алюминия, превосходит его по прочно5 стным и литейным свойствам. Это позволяет использовать изобретение в качестве материала раздаточных тиглей и литейных форм, использующихся в процессе производства литых алюминиевых деталей, в час;

10 тности методом литья под давлением.

Алюминиевые отливки, получаемые в процессе производства с использованием таких тиглей и форм, обладают более высокими механическими свойствами

15 вследствие уменьшения количества продуктов коррозии, стенок тиглей и форм, загрязняющих расплав.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, алюминий, хром и железо, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости в среде расплавля25 емого алюминия, механических и технологических свойств, он дополнительно содержит ниобий и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод

2,5 — 3,2; кремний 1,5 — 3,5; марганец 0,5 — 0,8;

30 алюминий 1,5-3,5; хром 0,5 — 0,8; ниобий 0,3—

0,5; барий 0,005-0,01; железо остальное.

1731857

Таблица2

Скорость кор- Длина спирарозии К, г/м. ли, мм

2 ч

Жаростойкость Ьгп, г/м ч

Твердость, НВ

Предел прочностиб, МПА

Состав сплава

185

480

0,18

12,0

240

Составитель О.Столяр

Техред M.Моргентал

Редактор О. Головач

Корректор И.Муска

Заказ 1559 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1-13035; Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гага рина, 101

2

4

6

8

11

12

13

14

Известный

220

200

0,40

0,32

0,14

0,25

0,35

0,24

0,16

0,18

0,20

0,24

0,25

0,22

0,24

0,20

1 1,2

11,8

10,5

10,4

11,2

10,2

10,8

1 1,0

10,0

11,5

13.2

11,2

11,2

12,6

580