Высокопрочный хладостойкий чугун

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам высокопрочного хладостойкого чугуна для производства литых заготовок в условиях массового производства. Чугун содержит, мас. %: углерод 3,85-4,05, кремний 2,2-2,7, марганец до 0,06, хром до 0,05, магний 0,03-0,06, лантан 0,001-0,01, кальций 0,002-0,007, алюминий 0,003-0,01, цирконий 0,01-0,1, бор 0,005-0,007, серу до 0,022, фосфор до 0,03, железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение ударной вязкости высокопрочного чугуна при отрицательных температурах. 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к разработке составов высокопрочного хладостойкого чугуна с шаровидным графитом.

Известен высокопрочный хладостойкий чугун [1], при производстве которого делается графитизирующее модифицирование в 2 этапа. Недостатком данного чугуна является резкое падение ударной вязкости при низких температурах (начиная -40°C и ниже) более чем в 2 раза.

Наиболее близким к предлагаемому чугуну является чугун [2]. Химический состав указан в табл. 1.

Благодаря совместному вводу Mg, La, Са, Al и Zr чугун имеет высокие пластические свойства, ферритную металлическую матрицу и стабильность при получении шаровидного графита при минимальном расходе сфероидизирующего модификатора, но имеет недостаточную хладостойкость, т.е. ударную вязкость при отрицательных температурах.

Техническим результатом данного изобретения является повышение ударной вязкости высокопрочного чугуна при отрицательных температурах.

Технический результат достигается тем, что высокопрочный хладостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, магний, лантан, кальций, алюминий, цирконий, серу, фосфор, железо, дополнительно содержит бор, при следующем содержании компонентов, мас. %:

Углерод 3,85-4,05
Кремний 2,2-2,7
Марганец до 0,06
Хром до 0,05
Магний 0,03-0,06
Лантан 0,001-0,01
Кальций 0,002-0,007
Алюминий 0,003-0,01
Цирконий 0,01-0,1
Бор 0,005-0,007
Сера до 0,022
Фосфор до 0,03
Железо остальное

Аналогов, содержащих отличительные признаки предлагаемого технического решения, не обнаружено. На ОАО «ГАЗ», в условиях литейной лаборатории, были проведены опытные сравнительные плавки с известным и предложенным чугунами. Чугун выплавлялся в индукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой. В качестве шихты использовали чушковые передельные чугуны, возврат высокопрочного чугуна, отходы стали и ферросплавы. Лантан, кальций и алюминий вводили в виде модификатора "Lamet", а цирконий и бор вводили в виде ферросплавов. Металл перегревали в печи до 1500°C и заливали чугун в четыре песчаноглинистые формы с реакционными камерами и литыми заготовками для вырезки образцов на механические испытания. Во всех четырех формах количество добавок было одинаковым, кроме бора. В реакционные камеры форм вводили 0,6% "Lamet" + борную кислоту (0,06-0,08%). Цирконий вводили в виде 0,4% ферроциркония марки ФС60Цр5 в ковш. Количество бора варьировалось от 0,003% до 0,1% (табл. 1, варианты 1-4).

Как показали испытания образцов на ударную вязкость (табл. 2), оптимальным содержанием бора в этом чугуне является 0,005-0,007%) (табл. 2, варианты 2-3), оказывающее наибольшее влияние на ударную вязкость.

Изменения в химический состав выплавляемого чугуна введены с целью стабильного получения максимальной ферритизации структуры чугуна в отливках и обеспечения необходимых свойств чугуна.

С понижением содержания углерода возрастает количество перлита, сохраняющегося после отжига. При этом вероятно также наличие структурного свободного цементита и графита нешаровидной формы. Поэтому необходимо иметь повышенное содержание углерода (3,85-4,05%), чтобы обеспечить более высокие литейные свойства и в то же время не снизить механические свойства.

С точки зрения пластичности, наилучшим является содержание кремния в чугуне в пределах 2,2-2,7%. Во избежание отрицательного влияния на ударную вязкость и с целью снижения порога хладноломкости его содержание не должно превышать 2,7%.

Марганец оказывает влияние, противоположное влиянию кремния, уменьшая количество феррита и увеличивая количество перлита, поэтому, с целью снижения порога хладноломкости, его содержание не должно превышать 0,06%.

Хром является еще более сильным карбидостабилизатором, чем марганец, поэтому его содержание ограничено еще больше, до 0,05%.

Увеличение содержания фосфора до 0,025-0,030% вызывает снижение пластических свойств, прочность при растяжении понижается, а твердость возрастает. Для получения высокой ударной вязкости верхний предел содержания фосфора должен быть ограничен 0,03%.

Содержание серы ограничено до 0,02-0,022%. При большем содержании серы стабльного получения шаровидного графита не получается.

Содержание магния рекомендуется в пределах 0,03-0,06%. Если остаточное содержание магния менее 0,03%, то результаты модифицирования нестабильны. Увеличение содержания магния более 0,06% нецелесообразно, так как это не повышает свойства чугуна.

Предлагаемое количество лантана, кальция и алюминия (чугуны 1-4 табл. 1) обеспечивает максимальный эффект повышения температуры расплава за счет их взаимодействия с серой и кислородом чугуна, что улучшает растворимость модификатора. Очищает границы зерен, дает максимальный графитизирующий эффект и минимальную усадку.

При повышении суммарного содержания лантана, кальция, алюминия модификатор плохо усваивается, графита выделяется меньше, увеличивается количество неметаллических включений, увеличивается усадка.

Снижение содержания этих элементов не обеспечивает модификатору хорошей десульфурирующей способности, что также не позволяет получить при обработке высокопрочного чугуна графит полностью сфероидальной формы.

При содержании углерода и кремния в указанных пределах усадка сплава наименьшая.

При меньшем содержании углерода и кремния жидкотекучесть чугуна уменьшается и усадка увеличивается.

При большом содержании углерода и кремния происходит флотация графита и образование плен и усадка чугуна увеличивается.

В известном чугуне без добавок La, Са, Al усадка резко возрастает.

Дополнительное модифицирование циркониевой лигатурой ФС60Цр5 в количестве 0,2-0,6% уменьшает количество вермикулярного графита до нуля и улучшает форму графита от компактного до шаровидного. Количество феррита увеличивается до 95-100%, а твердость уменьшается со 187 до 140 НВ.

Дополнительно в состав чугуна введен бор в количестве 0,005-0,007%. Совместно с комплексным модификатором бор оказывает влияние на процесс кристаллизации высокопрочного чугуна, приводящий к значительному измельчению зерен и повышению устойчивости аустенита к распаду при переохлаждении. Также бор обладает высокой химической активностью по отношению к кислороду и азоту. Более высокое содержание бора (≥0,01%) приводит к карбидостабилизирующему эффекту и резкому снижению пластических характеристик, а небольшое содержание бора (≤0,002%) не оказывает на сплав никакого влияния (табл. 2).

Источники информации

1. Яковлев М.И., Пестов Е.С., Андреев А.Д. «Хладостойкий чугун с шаровидным графитом». Литейное производство №3, 2001.

2. Зиновьев Ю.А. и др. «Высокопрочный чугун» патент №2413026, С22С 37/04, бюллетень №6, 2011.

Высокопрочный хладостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, магний, лантан, кальций, алюминий, цирконий, серу, фосфор и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бор при следующем содержании компонентов, мас. %:

углерод 3,85-4,05
кремний 2,2-2,7
марганец до 0,06
хром до 0,05
магний 0,03-0,06
лантан 0,001-0,01
кальций 0,002-0,007
алюминий 0,003-0,01
цирконий 0,01-0,1
бор 0,005-0,007
сера до 0,022
фосфор до 0,03
железо остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области литейного производства. Форма выполнена тонкостенной из чугуна ферритного класса и получена литьем в песчано-бентонитовые формы.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к чугунам с шаровидным графитом и способам их изготовления, и может быть использовано, например, для изготовления деталей турбинного ветрового генератора, работающих в условиях низкой температуры.
Изобретение относится к литейному производству, а именно к изысканию износостойкого чугуна с шаровидным графитом для производства деталей, предназначенных для работы в условиях ударно-абразивного износа, в частности для изготовления литых мелющих шаров рудоразмольных мельниц.
Изобретение относится к литейному производству, а именно к износостойким чугунам с шаровидным графитом для производства деталей машин и оборудования, подвергающих абразивному износу, например, футеровки смесителей и др.

Изобретение относится к металлургии, в частности к ковшевой обработке чугуна, и может быть использовано для получения машиностроительных отливок, подвергающихся последущей механической обработке.
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения высокопрочных чугунов, и может быть использовано при изготовлении изделий с высокой прочностью, пластичностью, ударной вязкостью и хорошей обрабатываемостью.

Изобретение относится к поршневым двигателям, в частности к балансировочному валу поршневого двигателя. Уравновешивающий вал (1) включает опорную шейку (2), на которой уравновешивающий вал (1) установлен в подшипнике, участок (10), на котором зубчатое колесо (5) соединено с уравновешивающим валом без возможности проворота или на котором уравновешивающий вал (1) и зубчатое колесо (5) выполнены монолитно, и участок (8) дисбаланса, на котором расположен дисбаланс, причем зубчатое колесо выполнено из чугуна с шаровидным графитом с незакаленными зубьями (11).

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению отливок из высокопрочных чугунов с шаровидным графитом. .
Изобретение относится к металлургии, а именно к разработке радиационно стойкого аустенитного чугуна с шаровидным графитом, и может быть использовано для изготовления отливок корпусов контейнеров для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива.

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к износостойким чугунам с шаровидным графитом для производства мелющих элементов для смесеприготовительного оборудования, подвергающихся ударно-абразивному износу, например, при приготовлении асфальта и бетона.

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейному производству, и может быть использовано при производстве отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. В способе при заполнении ковша в металлический расплав вводят смесь карбоната кальция, карбоната бария и ферросилиция 75%, а обработку сфероидизирующим модификатором осуществляют после заполнения ковша путем подачи трайб-аппаратом порошковой проволоки со сфероидизирующим модификатором ФСМг18, при этом количество каждого компонента упомянутой смеси и порошковой проволоки составляет 0,12-0,15% от веса обрабатываемого металлческого расплава. Изобретение позволяет повысить физико-механические свойства отливок из высокопрочного чугуна, при этом достигается повышение эффективности и обеспечение стабильности модифицирующего эффекта. 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к способам получения высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита, и может быть использовано при производстве средних и крупногабаритных отливок с толщиной стенки 50 мм и выше. Способ включает расплавление шихты в плавильном агрегате, значительный перегрев расплава до 1480-1520°С для осуществления модифицирования путем обработки его лигатурой, содержащей редкоземельные металлы, и магнийсодержащим модификатором, при этом модификатор и лигатуру кладут на дно ковша, прогретого до 750-800°С, послойно в виде слоя модификатора, присыпки в виде шлака магнитоактивного, последующего слоя лигатуры и заключительного слоя в виде чугуна дробленого со шлакообразующими добавками, а наполнение ковша расплавом осуществляют в промежуток времени от 1 до 1,50 мин, после чего выдерживают расплав чугуна в течение 8-9 мин. Изобретение обеспечивает стабильное получение шаровидной формы графита, снижает себестоимость за счет использования дешевых лигатур и снижает их расход за счет использования отходов доменного производства и чугуна дробленого со шлакообразующими добавками фракцией до 10 мм. 1 з.п. ф-лы, 1 пр., 3 табл., 1 ил.

Изобретение относится к металлургии и может быть использован для получения модифицированного чугуна с высокими качественными показателями. В способе используют пыль газоочистки электротермического производства кремния, содержащую компоненты в следующем соотношении, мас. %: SiO2 75÷95, SiC 4,0÷11,0, Ссвоб 3,0÷7,0, MgO 0,4÷1,2, Al2O3 0,5÷1,0, Fe2O3 0,3÷0,9, CaO 1,0÷2,0, прочее 0,8÷2,3, при этом массу модификатора, направляемого на модифицирование, поддерживают в пределах 0,05÷0,1% от массы расплава. Изобретение позволяет получить чугун с высокими прочностными свойствами при оптимальной его твердости, что улучшает обрабатываемость отливок, а также с достаточной однородностью механических свойств в сечениях отливок различной толщины. В результате значительно улучшается качество литья, снижается литейный брак по показателю “отбел”. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения алюминиевого чугуна с измельченной структурой из исходного, который используют при массовом производстве отливок. В способе осуществляют совместное расплавление исходного чугуна, кальцийсодержащего материала и алюмосодержащей лигатуры, при этом в качестве алюмосодержащей лигатуры используют быстро охлажденный ферроалюминий марки ФА-30, который добавляют в количестве, обеспечивающем содержание в готовом чугуне, мас.%: алюминия 20-25 и углерода 1,5-2,0, а кальцийсодержащий материал добавляют в количестве, обеспечивающем получение слоя покрывного шлака толщиной 3-5 мм, перед разливкой полученный расплав выдерживают при температуре 1570-1580°C в течение 5-10 минут. Изобретение позволяет получить алюминиевый чугун с улучшенными прочностными свойствами за счет измельчения его структурных составляющих. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.
Наверх