Лигатура

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву

{22) Заявлено 200378(21) 2594474/22-02 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Союз Советских

Социалистических

Республик п»697588

Ж

/ (51)М. Кл.2

С 22 С 35/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК б 69. 15-198(088 .8) Опубликовано 151 17 9, нзллетень ¹ 42

Дата опубликования описания 20,11.79 (72) Авторы В.Г. Горенко, И.Г. Раздобарин, В.Л. Конопацкий, ИЗОЯрЕтЕНЯЯ B . .И. Корниенко, В. Ф. Злобин, B . .E . Яковчук и В.П. Артеменко (71) ЗаяВИтЕЛИ Институт проблем литья AH Украинской CCP и Киевский завод им. Лепсе (5 4 ) ЛИГАТУРА

Изобретение относится к черной металлургии и литейному производству, в частности к производству лигатур для получения износостойкого чугуна для отливок гильз двигателей.

Известна лигатура для чугуна (1). следующего состава, вес.%:

Углерод О, 1-2,5

Кремний 10,0-20,0 1

Хром 15,0-20,0

Ванадий 20,0-45,0

Никель 15 0-35,0

Медь 0,1-10i О

Железо . Остальное.

1S

К основным недостаткам этой лигатуры относятся высокая температура плавления, средняя степень усвоения и сравнительно слабое влияние на .микроструктуру и свойства обрабатываемого чугуна. При изготовлении отливок типа гильз двигателей в металлических формах зта лигатура не предотвращает выпадение структурно-свободного цементита и не обеспечивает получение высоких антифрикционных свойств.

Целью изобретения является разработка состава лигатуры, обеспечивающего уменьшение температуры ее плавления и повышения степени усвоения, улучшения формы и уменьшения размеров графитовых включений, предотвращения выпадения структурно-свободного цементита и повьзцения физико-механических свойств металла, особенно антифрикционных.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемая лигатура допол нительно содержит марганец, сурьму, барий, стронций и редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов. вес.%:

Хром 8,0-20,0

Кремний . 18,5-22,5

Никель 6,5-15,0

Медь 5 0-12,5

Углерод 0,3-3 5

Марганец 0,5-10,5

Сурьма 2,0-10,0

Барий 0,05-1,5

Стронций 0,05-1,25

Редкоземельные металлы 0,05-1,5

Железо Остальное

Ввод в с ос тав лигатуры марганца способствует уменьшению температуры ее плавления и повькаению дисперсности перлита. При содержании марганца

697588

VII VIII IX

24,7

15 3 7,6

18,9 8,2 16,4 6,3

1,7 2,8

0,67 0,64

0,92

3,11

0,04

0,09

0,03

21,4

1.1, 4

8,5

9,4

5,0

0,30

10 26

2,0

1,25

0,31

0,05

14,7

22,5

6,5

7 1

0,98

8,31

5,87

0,05

0,57

1,5

Хром

Кремний

Никель

8,0 18,4

15,0

9,6

0 81

10 5

2,84

0,78

0,05

17,6

20, 0

14,3

12,8

11,4

2,5

21,2

17 4

9,3

7,8

12,5

1,42

5,04

8,14

33,2

15,3

6,8

3,2

Медь

0,8

0,4

0,42.Углерод ! марганец

0,5

1,0

10,3

0,31 .1, 28. 1,52

Сурьма

Барий

0,16

1,25

0,84

0,11

0,92

Стронций

РЗМ

0,26

0,,43

Ванадий 22, 6

Железо

Остальное меньше 0,5% он не оказывает влияния на микроструктуру и свойства чугунар а при повышении его содержания больше 10,5% заметного улучшения микроструктуры не наблюдается и интифрикционные свойства чугуна начинают уменьшаться.

Оптимальное содержание в лигату,ре сурьмы способствует перлитиэации металлической матрицы микрострукту- ры, образованию сложной карбидосурьмянистофосфористой эвтектики, приводящей к повышению антифрикционных свойств чугуна ° Ввод в состав чугуна меньше 2,0% сурьмы не оказывает заметного влияния на температуру ее плавления и усвоения, мало влияет. на улучшение микроструктуры и повышение свойств чугуна. При увеличении содержания сурьмы больше 10,0% значительно увеличивается количество эвтектики, чугун становится хрупким и снижаются его прочностные и антифрикционные свойства.

Барий, стронций и редкоземельные металлы (РЗМ) вводятся в состав лигатуры с целью повышения ее модифицирующего действия и подавления выпадения структурно-свободного цементита. Нижний предел по содержанию бария 0,05% определяется началом его модифицирующего действия. При содержании бария больше 1,5% его влияние на форму и размеры графитовых включений значительно уменьшаются, что практически приводит к малому изменению прочностных и антифрикционных свойств.

Содержание стронция меньше 0,05% не оказывает влияния на микроструктуру и свойства чугуна. Оптимальным содержанием стронция, обеспечивающим подавление выпадения структурно свободного цементита, улучшение микроструктуры и повышение свойств чугуна, является 0,05-1,25%. При большем содержании стронция его влияние на свойства чугуна практически не ощущается.

Ввод в состав лигатуры РЗМ, наряду с положительным их влиянием на стабилизацию перлита и подавлением образования структурно-свободного цемента, приводит к уменьшению размеров карбидосурьмянистофосфористой эвтектики, При содержании РЗМ в количествах меньших 0,05% влияния на микроструктуру и свойства чугуна не обнаруживается. При повышении содержания РЗМ больше 1,5% его действия на уменьшение размеров включений эвтиктики уменьшается и в результате наблюдается уменьшение прочностных и антифрикционных свойств.

Пример. Выплавку лигатур различного состава проводят в индукционной печи марки МГП-102. Хими25 ческий сос"ав, температура плавления и степень усвоения исследуемых лигатур различного состава приведены в табл. 1. Иэ данных табл. 1 видно, что лигатуры 1 и 11 соответствуют по

3Q „составу известной лигатуре. Лигатура ill содержит меньше, чем в предлагаемом составе, хрома, кремния, никеля, меди, бария и РЗМ,а лигатура

1X — больше хрома, никеля, суры4ю и РЗМ и меньше марганца. Лигатуры с обозначением 1V-Vill соответствуют по составу лигатуре предлагаемого состава с различным содержанием входяших в нее элементов.

Таблица 1

697588 Продолжение табл. 1

Эле сво

Температура плавления, С 1390 1385 1400

1360 1365 1340 1335 1340 1375

Степень усвоения чугуном при

1350 1380оС

Ъ 72-76 70-75 6874,5

79, 5- 8086 87,5

8085,5

6975

76,5- 7982 82,5

После расплавления чугун перегревают до температуры 1440 10 С, заЯ тем порциями по 100-120 кг выливают- в ковш, при переливе из которого в более мелкий ковш чугуна с температурой 1375-1,390 С проводят его обработку лигатурами различного состава. Для обработки чугуна используют 1,0; 2,0 и 3,0% лигатур.

Из данных табл. 1 видно, что лигатура предлагаемого состава имеет по сравнению с известняк более низкую температуру плавления и это обеспечивает повышение процента ее усвоения с 70-76%, до 76,5-87,5Ъ.

Для исследования влияния. лигатур всех составов на микроструктуру и свойства исходного чугуна в печи

ДСП-0,5 выплавляют чугун следующего химического состава, вес.Ъ:

3,27-3,32 углерода, 1,64-1,67 кремния, 0,82-0,86 марганца, 0,11-0,14 хрома, 0,06-0,08 никеля, 0,05-0,09 меди, 0,07-0,08 фосфора и 0,035-0,042 серы.

Влияние различных количеств лигатур составов l-1Х на величину отбела клиньев, микроструктуру и физикомеханические свойства чугуна приведено в табл. 2.. :Т а б л и ц а.2 теристикрострукЛиг туpB

Исход алый чугун

185

П-85, Г06

Гр7, ГФ5,Гд6

1,0

9,0

15,3

21,6

П-95 Г 06

Грб,Гф5,Гд5

8,0

187

1,06

0 5

l,0

6,0

190

4,5

8,0

195

1,5 н 0,5

П-95, Г06

Грб, Гф5, Гд5

190

198

l,,0

1,5

195

В 1,0

П-95, Г06

Гр6, Гф5, Гд5

195

1,5

197

2,0

П-95,Г04

Гр5, Гф4, Гд5

1,0 I,5

195

206

1,2

1,29

207

25,4

2,0

21 9

22,3

23;4

21,8

22,1

22,9

21,8

22,4

23,1

23,6

24,7

15,4

15 8

16,4

15,3

15,6

l6 1

15,4

15,8

16,5

16,3

10,9

18,1

1 09

1,17

1,05

1 07

l 10

1,06

1,08

1,12

1,14

1,25

6,5

5,0

8,0

6,3

4,6 5,0

3,3

697588

Продолжение табл

Характеристика микроструктуры

Величина отбеЛига- Растур- ход алые лига туры ел Физико-механические свойства лос- чугула ла по

Относитель- клину, ная иэносо- мм стойкость

c/MM2ïðåäåë те- Твердость кучести НВ, В,,кгс/мм кгe/ìì

2 й / 1,0 23,2

1,13.

192

16,1

5,2

П-95, Г04"

Гр4, Гф4, Гд5

1,5

16,4

17 8

16,2

24 3

25,0

23,5

197

1,23

4,5

1,4

2,0

200

1,26

195

1,15

1,28

1,34

1,0

П-95, Г04

ГрЗ, ГфЗ, Гд5

5,2

16,8

1,5

24,6

200

3,2

1,6

5,2

18,0

25,3

23,5

24,.7

25,6

23,7

25,1

26,2

23,4

24,2

205

2,0

Щ 1,0

16,4

195

1,16

П-95, Г04

Гр4, ГфЗ, Гд5

16,8

200

1,28

1,52,7

18,3

16,4

2,0

1,0

1,5

205

1,33

1,17

1,27

1,38

1,2

5,0

2,8

П-95, Г04

ГрЗ, ГфЗ, Гд5

Vlil

197

17,3

18,5

16,3

202

2,0

212

1,6

192

1,12

1,0

1,5

П-95, Г06

Гр4, Гф5, Гд5

6,3

16,5

17,1

197

1,19

1,25

5 1

4,2

202

2,0 25,3

Формула изобретения

Из дал алых т абл ° видно, что . оптимальный расход лигатуры лаходится в пределах 1, 5-2, ОЪ. При большем расходе заметного улучшения микроструктуры и повышения свойств чугуна не происходит.

Сравнение полученных данных показывает, что применение лигатуры предлагаемого состава позволяет по сравнению с известной лигатурой уменьшить величину отбела на клине с 8-4,5 до

5,2-2,6 мм, получить более мелкопластинчатый .графит, увеличить предел прочности при растяжении с 21,8-23,4 до 23,2-26,2 кгс/мм, увеличить предел условной текучести с 15,3-16,4 до 16,1-18,5 кгс/мм2, повысить твер дость с 184-195 до 192-212 кгс/му и относительную износостойкость с

1,06-1,12 до 1,13-1,38.

Согласно предварительному расчету экономическая эффективность от повышения процента усвоения лигату-. ры предлагаемого состава и повышения свойств, особенно антифрикционных, чугуна составит 1,38-2,16 руб. на 1 т годных отливок типа гильз двигателей ° )

Исследования показывают, что предложенная лигатура, в частности, может быть использована в виде механической смеси сплавов, содержащих в необходимом количестве все входящие в состав лигатуры элементы. На пример, механическая смесь сплавов может состоять из: ферросиликохрома

35 марок ФСХ18-ФСХЗО 27,5 - 42,5, . силикомарганца марок СМп 14-СМп-17-20,0-35,0 и одного или нескольких сплавов (22,5«42,5), содержащих в необходимых количествах никель, 4р медь, сурьму, барий, стронций, РЗМ и примеси.

Предварительный расчет показывает, что за счет уменьшения расхода легирующих элементов, повышения усвоения лигатуры и повышения физикомеханических свойств экономическая эффективность составит 3,62-4,18 руб на 1 т годных отливок.

Лигатура, содержащая хром, кремний, никель, медь, углерод и железо, отличающаяся тем„ что, с целью снижения температуры плавления, повышения степени. ее усвоения, предотвращения выпадения структурносвободного цементита и повышения физико-механических свойств чугуна, 60 она дополнительно содержит марганец, сурьму, барий, стронций и редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Хром 8-.20

65 Кремний 18, 5-22, 5

697588

Редактор С. Аыжова

Заказ 6544/8 Тираж 727 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Никель

Медь

Углерод

Марганец

Сурьма

Барий

Стронций

6, 5-15 0

5 0-12,5

0,3-3,5

0,5-10,5

0,2-10,0

0,05-1,5

0,05-1,25

Редкоземельные металлы 0 05-1,5

Железо Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 417520, кл. С 22 С 35/00, 1974.

Составитель T. Платицина

Техред O. Андрейко Корректор М. Шарсши