Чугун

 

Использование: может быть использовано в литейном производстве, а именно при изготовлении чугунов, применяемых дли отливок технологической оснастки. Сущность изобретения: чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, РЗМ, магний, дополнительно содержит цирконий , ванадий и титан при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3.2-3,8: кремний 1,8-2,8; марганец 0.1-0.6, хром 0,0270,15: РЗМ 0,02-0.07: магний 0.010-0,025: цирконий 0,001-0,02; титан 0,01-0,05; ванадий 0.03-0,15: железо - остальное . Предлагаемый состав чугуна значительно повышает трещиноустойчивость сплава за счет комплексного воздействия циркония, титана и ванадия на дисперсность графитных включений и металлической матрицы. 2 табл. in

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 22 С 37/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ВО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

21

I с с

1 (21) 4883390/02

22) 24.09.90

46) 23.07.92. Бюл. М 27 (71) Белорусский политехнический институт и Саранский литейный завод .

: (72) И.И. Бестужев, С.Н. Леках, В,M. Михайловский, В.Л. Трибушевский, В.M. Блинов, 8.А. Родионов, П.И. Михалев, А.H. Стальнов, А.д. Шерман, В.Е. Петров и Л.Б. Шалагинов (56) Авторское свидетельство СССР

М 1027264, кл. С 22 С 37/10. 1983.

Авторское свидетельство СССР

hL 1216236, кл. С 22 С 37/10, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N. 1143782, кл. С 22 С 37/06, 1985, (54) ЧУГУН (57) Использование: может быть использоИзобретение относится к литейному производству, а именно к составам чугунов. применяемых для отливок технологической оснастки.

Целью изобретения является повышение трещиноустойчивости при термоциклических нагрузках.

Содержание углерода в пределах 3,23,8 мас. обеспечивает получение отливок без свободного цементита. Превышение верхнего содержания углерода (3,8 мас.f ) приводит к значительному укрупнению графитных включений, ослабляется металлическая основа, что отрицательно сказывается на трещиноустойчивости чугуна. Термические трещины зарождаются на сопряжен„„5U,, 1749291 А1 вано в литейном производстве, а именно при изготовлении чугунов, применяемых для отливок технологической оснастки,Сущность изобретения: чугун. содержащий углерод, кремний, марганец, хром, РЗМ, магний, допОлнительно содержит цирконий, ванадий и титан при следующем соотношении компонентов; мас,%: углерод

3.2 — 3;8; кремний 1,8 — 2,8; марганец 0.1-0,6; хром 0,02 — 0.15; Р3М 0,02-0.07; магний

0,010-0,025; цирконий 0,001-0,02; титан

0,01-0,05; ванадий 0.03-0,15; железо — остальное. Предлагаемый состав чугуна значительно повышает трещиноустойчивость сплава эа счет комплексного воздействия циркония, титана и ванадия на дисперсность графитных включений и металличе-. ской матрицы. 2 табл. ных поверхностях графита и металлической основы, Кремний в пределах 1,8-2.8 мас. / обеспечивает удовлетворительные технологические свойства (хорошая жидкотекучесть, отсутствие структурно-свободного цементита), Превышение верхнего предела (2.8 мас.%) разупрочняет чугун через укрупнение графита, снижает трещиноустойчивость при термоциклических нагрузках.

Марганец в пределах 0.1-0,6 мас.% способствует формированию металлической матрицы чугуна беэ включений свободного цементита. Снижение вго концентрации ниже нижнего предела нецелесообразно и трудно осуществимо нэ практике (требуются специальные низкомарганцовистые чугу1749291 ны). Превышение верхнего предела (больше

0,6 мас.%) приводит к образованию ледебу ритной эвтектики со значительным содержанием крупных карбидов. что отрицательно сказывается на трещинаустойчивости чугуна. .Содержание хрома ограничено пределами 0,02-0,15 мас, .вследствие недопустимости выделения в структуре крупных

10 первичных карбидов, что снижает трещино1 устойчивость чугуна.

Редкоземельные элементы благоприятно воздействуют на структуру графитной фазы — измельчение и равномерное распределение графитных включений в металлической основе, кроме того, в данном конкретном случае РЗМ способствуют образованию вермикулярного графита. Эти факторы повышают трещиноустойчивость

20 чугуна. Нижний предел установлен для достижения определенного эффекта, Превышение верхнего предела содержания РЗМ приводит к увеличению склонности чугуна к кристаллизации по диаграмме метастабильного равновесия, что отрицательно сказы25 вается на достижении поставленной цели изобретения.

Магний эффективный сфероидизирующий элемент в чугунах, Нижний предел его содержания в сочетании с РЗЬ1 обеспечивает вермикулярную форму графита, при этом наблюдается достаточно высокая стабильность процесса формирования графита этой формы, Превышение верхнего уровня содержания элемента приводит к сферои35 дизации графита, снижению теплопроводности чугуна и вследствие этого снижается трещиноустойчивость сплава при термоциклических нагрузках.

Цирконий способствует графитизации и 40

45 номерному распределению включений в металлической основе. Нижний предел установлен для достижения определенного эффекта, Повышение верхнего предела со50 держания этого элемента не дает существенного приращения положительного влияния на графитную фазу, кроме того, экономически нецелесообразно, Титан способствует перлитизации металлической основы и повышению дисперсности перлита. В установленных пределах в сочетании с достаточйо высоким углеродным эквивалентом и содержанием циркония в чугуне способствует улучшению параметров графитной фазы, стабилизируснижает склонность РЗМ-магниевого чугуна к образованию трещин при термоциклических нагрузках, Цирконий позволяет повысить устойчивость вермикулярной формы графита, измельчает и способствует равет вермикулярную форму графита, не проявляет карбидообразующее воздейс;вие, Нижний предел (0,01 мас.%) позволяет достичь определенный эффект, превышение верхнего предела содержания (более 0.05 мас.%) может привести к выделению структурно-свободного цементита. что снижает трещиноустойчивость чугуна при термоциклических нагрузках.

Ванадий (перлитизатор чугуна) значительно повышает дисперсность перлита, Последний фактор особенно сильно увеличивает трещиноустойчивость чугунов. Нижний предел установлен для получения определенного эффекта. Превышение верхнего предела (более 0.15 мас.%) приводит к разупрочнению чугуна за счет интенсивного выделения карбидной фазы, особенно это явление характерно для РЗМ-содержащего сплава и без того склонного к кристаллизации по метастабильной диаграмме состояния, Выделение карбидной фазы в тонких сечениях отливки, сопряжейной с тепловыми узлами (что,характерно для отливок технологической оснастки), приводит к возникновению больших термических напряжений и циклические температурные нагрузки в этих условиях безусловно уменьшают трещиноустойчивость литой детали.

Таким образом, дополнительный ввод в состав чугуна циркония и титана стабилизирует вермикулярную форму графита и повышает дисперсность графитных включений, в свою очередь, ввод ванадия благоприятно воздействует на металлическую основу сплава, Эти факторы способствуют значительному повышению трещиноустойчивости литого изделия, работающего в условиях циклических термических нагрузках.

Пример. Исходный чугун следующего химического состава, мас,%:,óãëåðîä 3.43 9; кремний 1,0-2.0; марганец 0,1 — 0,6; хром до 0,15, выплавляют в 60 кг индукционной печи. Доводку по химическому составу чугуна по содержанию ванадия осуществляют соответствующим ферросплавом.

Модифицирование осуществляют в ковше лигатурой типа ФСМг3 с повышенным содержанием Р3М до 8 мас.% и низким содержанием магния 2,5-3,0 мас. . Модификатор для получения предлагаемого чугуна дополнительно содержит цирконий (до 2,0 мас.%). После проведения операции модифицирования заливают цилиндрические образцы в песчано-глинистые формы. из которых затем вырезают кольца для проведения испытаний на трещиноустойчивость при термоцикаических нагрузках. Методика испытаний включает нагрев кольцевых об1749291

0,02-0.07

0,010 — 0.025

0,001-0.02

0,01-0,05

0,03 — 0,15

Остальное

Таблица.1

° Таблица 2

Составитель Н. Бестужев

Техред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова

Редактор H.Ãóíüêî

Заказ 2567 Тираж Подписное

БНИИПИ 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 разцов в свинцовой ванне до 900оС и последующее охлаждение в воде. Критерием тре. щиноустойчивости было количество проведенных циклов до появления первой макротрещины на образце, видимой невооруженным глазом, Кроме того, проводят производственные испытания кокилей, изготовленных из предлагаемого и известного чугунов.

Химический состав испытанных чугунов представлен в табл, 1; результаты испытаний в табл. 2.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганецй; хром, редкоземельные элементы, магний и железо, отличающийся тем, что, с цельк повышения трещиноустойчивости при термоциклических нагрузках, . он дополнительно содержит цирконий„ванадий и титан при следующем соотношении

5 компонентов, мас. :

Углерод 3,2-3.8

Кремний ..1,8-2,8

Марганец . 0,1-0,6

Хром, 0,02-0,15

10 Редкоземельные элементы

Магний

Цирконий

Титан

15 Ванадий

Железо