Сплав на основе железа
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик
К .АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28,07. 81 (21) 3323221/22-02 (511М. КП.з
С 22 С 38/16 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет—
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий
Опубликовано 150233. Бюллетень № 6
Дата опубликования описания 17.02.83
133) УДК 669.1-018.2(Oq8.8) (72) Авторы изобретения
P.A. Сидоренко, С.В. Рабинович, А.Н. По
Г.Г. Горький и A.Я. Иоффе (71 ) Заявитель (54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА
Изобретение относится к металлургии, конкретнее к изысканию прецизионных сплавов на основе железа с заданным температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР).
Известен сплав на основе железа (1 ) следующего химического состава, вес.Ъ!
Никель
Углерод
Кремний
Марганец
Титан
Железо
Недостатком известного сплава является низкий ТКЛР, что не позволяет применять его для спаев со стеклом
К-8 ГОСТ 3514-67, имеющем ТКЛР, равный 7,5-10 6град ".
Наиболее близким к иЗобретению по технической сущности и достигаемому результату является сплав на оенове железа (1) следующего химического состава, вес.Ъ:
Никель 45,5-46,5
Углерод 4 0,05
Кремний < 0,30
Марганец < 0,40
Железо Остальное
ТКЛР известного сплава близок к
TK3IP стекла К-8 в интервале 20-100 С.
Однако недостатком известного сплава, являются низкие литейные свойства, что не позволяет изготавливать из него изделия сложной конфигурации с помощью литья. Недостатком известного сплава является также относительно высокая стоимость из-за высокого содержания никеля..
Цель изобретения -,улучшение литейных свойств и снижение стоимости сплава.
Данная цель достигается тем, что сплав на основе железа, содержащий никель, углерод, кремний, марганец, дополнительно содержит медь и редкоземельные металлы, при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:
Никель 35-37
Углерод 2,1-2,5
Кремний 1,0-1,5
Медь 3-3,6
Марганец 3-3,6
Редкоземельные металлы 0,04-0,4
Железо Остальное
Пример. Выплавку описываемого сплава проводят в высокочастотной ин996503 дукционной печи в тигле емкостью
160 кг с кислой футеровкой.
В качестве шихтовых материалов используют следующие материалы.
Полупродукт Чусовского металлургического завода с содержанием, Ъ: углерода 4,7%;. серы 0,028%; Фосфора
0,018%; марганца 0,02%; хрома 0,09%; остальное железо ТУ14-15-42-77. Никель марки Н1 ГОСТ 849-70. Медь марки
М1 ГОСТ 859-78. Ферромарганец углерО-, дистый ГОСТ 4755-70 с содержанием, Ф: марганца 94,1, углерода 2,3, серы 0,007. Ферросилиций ФС75 ГОСТ 1415-78 с содержанием кремния 87,7%, углерода 0,01%. Стапь низкоуглеродистая марки Э-12 ГОСТ 11036-75. Мишметалл. 15 цеРиевый МЦ40 ТУ48-4-280-79. Алюминий марки А98 ГОСТ 11069-74. t
Ферросилиций s заявляемый сплав вводят а 22 п р иHеeм а : ЗОВ по весу в начапе плавки, а 70% — в конце. Мишметалл вводят под струю сплава в ковш.
Для стабилизации размеров образцов и отливок за счет обеспечения равновесного распределения углерода в структуре сплава образцы и детали проходят следующую термообработку: отжиг в течение 1-1,5 ч при 1000 С и охлаждение с печью.
Указанные шихтовые материалы, технология выплавки и термообработки используются для всех деталей и образцов.
В табл. 1 приведены химсоставы описываемого сплава и известного.
Таблица 1
Химический состав, вес.Ъ
Плав ка,9
Сплав
Si Нп Си РЗМ в Cr S сумме
Ni С
Р Fe
1 Известный сплав 46Н
0,012 0,012 Остальное
46,1 0,03 0,2 0,32» Предлагаемый
3 То же
35,0 2,1 1,0 3,0 3,0 0,04 0,10 0,012 0,013 То же
36,0 2,3 1,3 3,3 3,3 0,26 0,10 0,011 0,014—
1,5 3,6.3,6 0,40 0,08 0,009 0,013
37,0 2,5
1к5 Зк63к6 Ок40 Ок08 Ое009 Ок013
35,0 2,5
36 0 2к1 1сО 3 ° 03r0 Ог04 Îr10 Or012 Ок013
« — Основные компоненты предлагаемого сплава: железо," никель; углерод; кремни| марганец, медь и РЗМ, остальные элементы — примеси.
«+- Получена из плавки 9 5 путем дошихтовки, никеля в печи.
««»- Получена из плавки 9 2 путем дошихтовки никеля в печи, По сравнению е известным бинарным сплавом железо-никель вводимые элементы повышают его ТКЛР до заданного значения. Роль редкоземельных металлов (РЗМ ) заключается в сфероидизации включений графита в сплаве, необходимой для увеличения ТКЛР. Угле-. род и кремний обеспечивают хорошие литейные свойства сплава. Помимо этого, кремний действует как графитизатор, что важно с точки зрения предупреждения отбеливания сплава в случае его быстрого охлаждения.
Указанные пределы содержания элементов в сплаве выбраны в связи со следующими обстоятельствами. Увеличение или уменьшение содержания никеля приводит к возрастанию ТКЛР сверх допустимых пределов. Уменьшение содержания углерода ведет к ухудшению жидкотекучести сплава и снижению его ТКЛР. Превышение содержания
45 углерода создает неоднородность распределения включений графита по высоте отливки вследствие его всплывания в ее верхние части и возрастанию ТКЛР сверх допустимого предела.
Снижение содержания кремния ухудшает жидкотекучесть сплава и уменьшает его ТКЛР, а увеличение — ведет к превышению допустимого значения ТКЛР и повышению углеродного эквивалента сплава до. заэвтектического значения, что вызывает флотацию графита. Снижение или "увеличение содержания марганца и меди ведет соответственно к снижению или увеличению ТКЛР сплава за допустимые пределы. Снижение со50 держания РЗМ не обеспечивает полной сфероидизации графита в структуре сплава. Превыаение содержания РЗМ вызывает появление в структуре сплава пластинчатого графита, вследствие эффекта перемодифицирования.
996503 ных предприятий. Состав сплава обеспечивает требуемый ТКЛР (7,5i0,75)" 10 град- .
В табл. 2 приведена трещиноустойчивость предлагаемого и известного сплавов.
Т а б л и ц а
Полученные результаты
::Опыт, Плав-.
М ка, Ф
Сплав
Вид залив аемого образца
Температура заливки, OC
Число залитых об разцов
Проба 1550
ИПЛ
Из вестный
46Н.Во всех пробах об- наружены трещины длиной 10-28 мм
Предлагаеьый
Известный
То же 1400
Отливка 1540
9 1
Трещин не обнаружено
На. 12-ти отливках обнаружены трещины на участке стенки толщиной 4 мм, расположенном между двумя массивными узлами
Предлагаемый То же 1400
1390
То же
То же
Известный
46Н
Отливка 1540
Р 2
На 2-х отливках обнаружено по одной .сквозной трещине, на 2-х отливках— по две
Предлагаемый То же 1400
3 3
Трещины не обнару-. жены
1380
То же
То же котекучести, используют спиральную пробу, изготовленную в песчано-гли- . нистой форме. Определяют условно-истинную жидкотекучесть при одинаковой величине перегрева металла над тем-. пературой ликвидуса. По полученным предварительно данным температура ликвидуса описываемого сплава составляет 1240 С, а температура ликвидуса сплава 46Н вЂ” 1420 С.,Таким образом, пробы на жидкотекучесть заливают при равной температуре перегрева над температурой ликвидуса 120 С.
В табл. 3 приведена условно-истина ная.жидкотекучесть предлагаемого и известного сплавов.
Разработанный сплав обладает высокой трещиноустойчивостью и жидкотекучестью, имеет интервал содержания никеля, достаточный для стабильного получения сплава в малотоннажных печах литейных цехов приборостроитель- 5
Для определения трещиноустойчивости иэ выплавленных сплавов изготавливают пробы диаметром 140 мм, с толщиной стенки 8 мм,высотой
120 мм. Кроме этого заливаются опытные отливки: вес. 740 г, габаритные размеры 130 х 60 х 60, минимальная стенка 4 мм, Р 2,вес 2650 r, габаритные размеры 210 х 150 х 110, мнниМапьная стенка 5 мм. Пробу и отлив- ки изготавливают литьем по выплавляelm моделям. 60
Описываемый сплав (табл. 2 ) значительно превосходит известный сплав .по трещиноустойчивости.
Для оценки второго параметра, характеризующего литейные свойства жид- gg
10 Трещины не обнаружены 996503
Таблица 3
Жидкотекучесть (средняя длина залитой части спирали ), мм
Количество залитых проб
Сплав
Температура заливки о
Плавка, 9
Известный
46Н
382
1540
Предлагаемый
514
1360
530
1360
То же
1360
Из рассмотрения табл. 3 видно, что описываемый сплав существенно 2р превосходит известный по жидкотекучести.
ВелиЧину ТКЛР определяют на образцах, полученных литьем по выплавляемым моделям. Изготавливают образцы 25 диаметром 5,0 мм длиной 50 4 0 1 мм.
TIQIP s интервале 20-100ОС определяют на кварцевом дилатометре на 5-ти образцах каждого состава. Среднеквадратичное отклонение ТКЛР образцов не превышает 0,15 х 10 град -".
В табл. 4 приведены полученные результаты измерения ТКЛР пред.лагаемого сплава, Таблица 4 35
Плавка, Р
Средний ТКЛР в интервале 20-100ОC град-" 10-
Формула изобретения
Сплав на основе железа, содержащий
40 никель, углерод, кремний, марганец, отличающийся тем, что, с целью улучшения литейных свойств и снижения стоимости, он дополнительно содержит медь и редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:
Никель 35-37
Углерод 2, 1-2,5
Кремний 1,0-1,5
5р Медь 3,0-3,6
Марганец 3,0-3,6
Редназемельные металлы 0,04-0,40
Железо Остальное
7,02
7,43
8, 17
8,23
ВНИИПИ Заказ 850/40 Тираж 625 .,Подписное
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
6 . 6 80
TKJIP предлагаемого сплава в среднем составляет f7,5 + 0,75) 10 град что является необходимым с точки зрения конструктивных соображений .
По сравнению с известным сплавом описываемый является более дешевым, в связи с. более низким (на 10Ъ) со держанием никеля. Введеные же дополнительно в состав сплава элементы имеют меньшую стоимость, чем никель (3 руб. 85 коп за 1-кг ). Так, стоимость 1 кг низкоуглеродистой стали типа Э10, Э12 составляет 15-17 коп, меди катодной N-l (ГОСТ 859-78 )—
83 коп. за 1 кг» ферромарганца углеродистого с содержанием марганца
94,1Ъ (ГОСТ 4755-70) — 36 коп, за
1 кг;ферросилиция ФС 75 (ГОСТ 1415-78)13,5 коп. за 1 кг. Описываемый сплав целесообразно использовать в оптико-механической промышленности для изготовления металлических оправ ряда деталей из стекла К8-линз, призм, зеркал и других. Внедрение сплава в отрасли позволяет получить экономический эффект не менее 500 тыс.руб. в год.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Прецизионные сплавы. Справоч-. ник под ред. Б.В;,Молотилова. M., "Металлургия", 1974, с. 17-20.
