Высокопрочный чугун

 

союз советских социАлистических

РЕСПУБЛИК (s»s С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4872059/02 (22) 08.10.90 (46) 23 07 92 Бюл . Nã 27 (71) Производственное объединение Гомсельмаш" (72) P.H. Адамович, М,И. Карпенко, В.И. Левиков, Т.И. Соленова, Н,А. Гулевич и С.М, Бадюкова (56) Заявка Японии N. 57-98652, кл. С 22 С 37/04, 1982.

Патент ПНР М 123606, кл. С 22 С 37/04. 1984.

Авторское свидетельство СССР

М 924146;,кл. С 22 С 37/10, 1982.

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам высокопрочных чугунов, используемых для изготовления дета- лей технологической оснастки, работающей в условиях теплосмен . пресс-форм; кокилей и др.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной стойкости в условиях теплосмен.

Поставленная цель достигается тем, что высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец. алюминий, никель, хром, молибден, ванадий, РЗМ, медь. олово, кальций, магний и железо, дополнительно содержит сурьму, титан, бор, азот и висмут при следующем соотношении компонентов, мас. :

Углерод 2,7 — 3,1

Кремний 2,2 — 2,6

Марганец 0,2-0,7

Никель 0.4-0,8

Медь 0,8-1,6

„.,5U„„1749294 А1 (54) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к высокопрочным чугунам для работы в условиях теплосмен. Сущность изобретения; чугун содержит, мас. : С 2,73,1; Sl 2,2 — 2.6; Мп 0,2-0,7: Ni 0,4 — 0,8; Си

0.8-1,6;. Мо 1,2-1,8; V 0,2-0,8: Sb 0,02-0.06;

AI 0,02 — 0,07; Mg 0,03-0,07; Sn 0,002 — 0,01; Сг

0,002-0,006; В 0,002-0,005: Се 0,02-0,06; Са

0,002 — 0,015: Bi 0,002-0,004: N 0,04 — 0.11: Tl

0,02 — 0,07; Fe ост. Дополнительное введение

Sb, Ti, В, Се, N u Bl повышает эксплуатационную стойкость в условиях теплосмен.

2 табл.

Молибден 1,2-1,8

Ванадий 0,2-0,8

Алюминий 0,02-0,07

Маг.ний . 0,03 — 0,07, Олово 0.002 — 0.01

Хром 0,02 — 0,06

Бор 0,002-0,005 . Церий 0,02-0,06

Кальций 0,002 — 0,015

Сурьма 0.02 — 0.06

Азот 0,04-0,11

Титан 0,02 — 0,07

Висмут 0,002-0,004

Железо Остальное

Выбор. граничных пределов содержания компонентов в чугуне предложенного состава обусловлен следующим.

Микролегирование сурьмой. титаном и азотом и модифицирование бором и висмутом значительно повышают сопротивляемость тепловым ударам и эксплуатационные свойства в условиях теплосмен.

1749294

Дополнительное введение сурьмы обусловлено тем, что она обладает эффектом измельчения и инвертирования структуры, оказывает микролегирующее воздействие, повышает стабильность структуры в условиях тепловых ударов и ее термическую и эксплуатационную стойкость, что обеспечивает существенное повышение сопротивляемости высокопрочного чугуна термическим ударам. При повышении концентрации ее более 0.06 мас. увеличивается число деффектов кристаллической решетки, металлической основы, неметаллических включений по границам зерен, ухудшается фактор формы графитных включений, повышаются термические напряжения, что снижает технологическую пластичность, трещиностойкость и сопротивляемость термическим ударам. Нижний предел концентрации сурьмы (0,02 мас. ) обусловлен ее недостаточным микролегирующим влиянием на структуру и низкими эксплуатационными свойствами чугуна в условиях термических ударов и истирания, Дополнительное введение бора обусловлено его модифицирующими свойствами, улучшением морфологии структуры, повышением упругопластических свойств, термической стойкости, что способствует увеличению сопротивляемости чугуна тепловым ударам. При концентрации бора до

0,002 мас. модифицирующий эффект и повышение сопротивляемости тепловым ударам недостаточны, а при концентрации более 0,005 мас. увеличивается количество неметаллических включений по грани. цам зерен, снижаются упруго-пластические свойства, сопротивляемость термическим ударам и эксплуатационные свойства, Титан повышает стабильность структуры, способствует измельчению и упрочнению матрицы, очищает границы зерен; снижает загрязненность чугуна неметаллическими включениями, служит микролегирующей добавкой, повышает однородность структуры, термическую стойкость. эксплуатационные и пластические свойства. При концентрации его до 0,02 мас. микролегирующий эффект недостаточен, а при повышении его содержания более 0.07 мас.$ увеличиваются содержание неметаллических включений и неоднородность структурй, снижаются технологическая пластичность, динамическая прочность и эксплуатационные свойства при работе в условиях теплосмен, Азот з количестве 0.04-0,11 мас,g измельчаеФ структуру. образуя нитриды. служащие дополнительными центрами графитизации, способствует повышению сопротивляемости задиру, износостойкости, трещиностойкости, технологичес .их и эксплуатационных свойств. При концентрации азота до 0,04 мас. его влияние на

5 дисперсность структуры, пластичность, технологические и эксплуатационные свойства недостаточно, а при увеличении его концентрации более О, 11 мас.7; повышается содержание неметаллических включений по

10 границам зерен, что снижает трещиностойкость, стабильность структуры, технологические и эксплуатационные свойства, Висмут. введен s качестве отбеливающего компонента в количестве 0,002-0,004

15 мас.$. измельчающего структуру литого и отожженного металла, увеличивающего стабильность механических свойств и способствующего повышению выносливости и. ударно-усталостной прочности в условиях

20 знакопеременных нагрузок и пластических свойств. Нижняя концентрация висмута принята за содержания (0,002 мас, ), при котором исключается образование в литом металле свободного графита, а верхний пре25 дел концентрации ограничен содержанием

0,004 мас., выше которого увеличиваются загрязненность границ зерен и хрупкость чугуна. существенно удлиняется цикл отжига и снижаются пластичность, динамическая

30 прочность и эксплуатационные свойства после низкотемпературной изотермической выдержки, Граничные параметры содержания углерода (2,7-3,1 мас. ) и кремния (2,2 — 2,6

35 мас, ) определены исходя из практики про- . изводства высокопрочных чугунов с Iloebl шенными пластическими свойствами. износостойкостью и термической стойкостью, При концентрации углерода более 3,1

40 мас. и кремния более 2.6 мас. снижаются трещиностойкость. ударная вязкость и другие механические и эксплуатационные свойства чугуна, а при концентрации углерода до 2,7 мас. икремния до 2,,2 мас.

45 возрастают термические напряжения, снижаются трещиноустойчивость. термическая стойкость, ударная вязкость и другие пластические свойства в отливках, что снижает эксплуатационную стойкость чугуна s усло50 виях теплосмен при нагреве до 900 С.

Ванадий введен как эффективный микролегирующий и упрочняющий компонент, усиливающий эффект измельчения матрицы и графитных включений, обеспечивающий

55 однородность структуры и повышение термической и эксплуатационной стойкости и упруго-пластических свойств и их стабильности. Верхний предел концентрации ванадия (0,8 мас. ) обусловлен усилением отбела, снижением технологической пла1749294

40

55 стичности чугуна и увеличением склонности к трещинам при более высоком его содержании, что снижает эксплуатационные и упpyro-пластические свойства. При уменьшении концентрации ванадия менее 0,2 мас.% укрупняется структура и снижаются динамическая прочность, предел текучести. термиЧеская и эксплуатационная стойкость, Содержание легирующих добавок (марганец 0,2-0,7 мас.%, молибден 1,2-1;8 мас.%, никель 0,4 — 0,8 мас.%, хром 0,020,06 мас.%) обусловлено существенным повышением термической стойкости, технологической пластичностью и прочностью, ограничено пределами, ниже которых ударная вязкость. теплопрочность, технологическая пластичность и прочностные свойства недостаточны, а выше которых увеличиваются термические напряжения и снижаются термическая стойкость, предел выносливости, ударная вязкость и эксплуатационные свойства.

Введение церия в количестве 0,02-0,06 мас.,, олова 0.002-0,01 мас. %, кальция

0,002 вЂ,015 мас. и магния 0.03-0,07 мас. обусловлено их высокой модифицирующей эффективностью и поверхностной активностью, которые в этих количествах обеспечивают очистку границ зерен, повышение пластических свойств. трещиноустойчивости, стойкости в условиях теплосмен и технологической пластичности. Их содержание обусловлено пределами, обеспечивающими получение дисперсной и однородной структур в отливках. шаровидного графита в чугуне и необходимых эксплуатационных и механических свойств. а также стабильности перлитной структуры после термической обработки и в процессе эксплуатации. При увеличении их концентрации выше верхних пределов снижаются эксплуатационные свойства и увеличивает ся их угар.

Введение алюминия в количестве 0,02—

0,07 мас. раскисляет, микролегирует расплав, измельчает структуру и способствует повышению термической стойкости и вязкости разрушения при сохранении прочностных свойств. Низкий процент концентрации (0,02 мас. ) принят от содержания, от которого начинает сказываться его влияние на структуру и свойства чугуна, но при увеличении концентрации более 0,07 мас.% снижаются пластические свойства.

Плавку чугунов проводят в индукционных печах с использованием в качестве шихтовых материалов литейных чугунов. полуфабрикатного никеля, чугунного и стал ного лома, феррованадия. ферромолибдена, силикомарганца, ферротитана, сурьмы Су2 ферробора, ферросилиция и других ферросплавов. Микролегирование чугунов медью, феррованадием ФВд2. ферротитаном, силикомарганцем СМн17Н проводят в электропечи в конце плавки при 1500-1520 С, а модифицирование силикокальцием Cl .30. ферроцерием (ТУ 1243-75), ферробором

ФВ17, висмутом Ви2, оловом 02, сплавами магния — непосредственно в раздаточных литейных ковшах.

В табл, .1 приведены химические составы чугунов опытных плавок, Химический состав чугунов проверяют по ГОСТ 22536-0-77, ГОСТ 22536.13-77, а остаточное содержание азота, степень усвоения определяют по методике количественного дифференцированного химического анализа сплавов.

Испытания показали, что предложенный чугун может быть использован для изготовления литых деталей повышенной прочности, износостойкости и эксплуатациОННОЙ стОЙкости.

Эксплуатационную стойкость определяют по стойкости металлических форм при заливке в них медно-никелевых сплавов.

В табл. 2 приведены данные о механических и эксплуатационных свойствах. Механические свойства и термическую стойкость определяют на стандартных образцах, вырезанных из отливок после термической обработки, включающей изотермическую выдержку при 400-420 С.

Формула изобретения

Высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром. медь, кальций, магний, ванадий, алюминий, молибден, олово и железо, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости в условиях теплосмен, он дополнительно содержит сурьму, титан, бор. церий, азот и висмут при следующем соотношении компонентов, мас,%: углерод — 2,7-3,1; кремний — 2,2-2,6: марганец—

0,2-0,7; никель — 0.4 — 0.8; хром 0,02 — 0,06; ванадий — 0.2 — 0,8: алюминий — 0,02 — 0,07; молибден 1,2 — 1,8: сурьма — 0.02-0,06: магний 0.03 — 0,07: олово 0,002 — 0,01; медь — 0.81,6; кальций — 0,002-0,015; бор

0,002-0,005: церий 0,02-0,06; висмут—

0.002-0,004; азот — 0,04-0,11; титан — 0,020.07: железо —. остальное, 1749294

l X

1 !

1 д<

1 °

I О

1 ф к

s ! к

II< а!а!

1 g I Ä X I ! d L l

I r 1 . I

1 ф ! 1 1 1 еб1 а о! о I 1 LC!

1 1

1 1

I О 1 еб е:

1 С I K 1

1 ttt 1 ! CZ

Б

| 1 X 1

I бб 1 О ф

1 О 1 g

1 У 1 Эй 1 з

1 O I Z 1

3 I Y. а ° - — е

CI 1 .Р I

I ct 1 r 1

О| Э

1О| бЕ з к ! t I

1 1

1 1

1 1 10

1 I а ь

1 CO ЕР

1 t Е Z

1 Е$ ! 1 о а

l 1 CI с

1 1 I

I Л

1

1 X л

|» л ь

1

1!

1!

I

° »1

ltI t

Ф!

s! б

|О I

I ф!

I 1

1

I

l, l 1

1 . ° !

1 1

I б- 1 о

1 CII 1

1 Ct 1

I I

I ф 1

1 ф 1 бз

1 0

1 l5 I т. о а л

1 Сб 1

1 I- 1 л

I S 1

1 U 1 з

1 CO I

33

1 X I

1 Ь I .Ф 1

1 r 1

1 ф I

1 Ы

l I ! |ч

I X 1 а

1 41 1

1 1 б 1

1 1 бб

iX з

I Ct I! ф 1 т, 1 Itl 1

1 1

|о 1

I X 1 о ф I

tX:CtI

I 1 I

1

I

1

1

1

1

1

|ч|Л О О 1 ечооооо в е 1 1 а е

ОООООО l

1 . |

lC! 1 м еЧ I&CO» 01. I с ° а с е в оооооо

1

1

М|Ч |ЛОО Об» е в а а а 1 о»»»оеч

1

ЕЧ. Л Ctc t

CI! О О О О О а а а е а ав

ОООООО 1

1 еч ма ОО о оо о о ооооо в в a a в ! ooooo

1 ! б/| 1

Ф ОЭ Еч Ч .б Еб ОС 1 а е а

oo- о

1 ! ммбе|л m оооооо

1 в ° а ° 1

ОООООО 1 ! ... |о еo O .- O |Ч 1

° «О ОО О О

° а е е в в 1

oooooo | !

t !

I еч !ЧУ со ФО 1 с ° в в а е еч cv еч еч еч сс

1

1

|ч Ф ФОО м» 1 с в а е а в оооо»

I

ЕЧ-О Л»О| а е с е с ооооо

1

1 лваеч с в 1

ЕЧ CII МЕЧ М 1

1

|Ч М-т |Е|со в о

tA

Г О ф

CII ж с

-тл-еч оо о е с \

1 ОООО

|ч блл

ОООЪ с ° а| е оооо

ЕЧ -с- ВОоооо е а в а ! oooo

Еч М.О оооо

ОООО

С 1 Е

1 ОООО еч ate! о о о о ооооо с 1 1 а с

OOOOO

° Ф |Ч -Ф |О»

ООООО

° В * 1 1

О ОООО

|Ч 1

I а о

ОО 1

О 1 а

1!

ОЪ 1 о 1 е о

l а !

С! о а о

1

|Ч 1 о

О 1

ОО 1 о е о

1749294

Таблица 2

Составитель Г.Дудик

Техред M:Ìîðãåíòàë

Корректор Э.Лончакова

Редактор T.Èâàíîâà

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 2567 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и отсрытиям при ГКНТ СССР

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