Чугун

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к термостойким чугунам с высокими характеристиками эксплуатационной стойкости и вязкости разрушения. Чугун содержит , мас.%: углерод 3,05-3,6; кремний 1,8-2,5; марганец 0,5-1,5; медь 0,02-1,15; никель 0,03-0,65; титан 0,005-0.3; хром 0,002-0,06; магний 0,02-0,06; азот 0,02- 0,06; церий и (или) лантан 0,02- 0,05; фосфор 0,006-0,05; железо - остальное. Предлагаемый чугун имеет ударную вязкость 16-23,6 Дж/см2,(Тв 575-687 МПа, вязкость разрушения Kic 53-61 МПа, эксплуатационную стойкость 1840-1951 заливок . 2 табл..

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)я С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4944542/02 (22) 13.06,91 (46) 23.03,93. Бюл. Из 11 (71) Гомельский литейный завод "Центролит" (72) М.И. Карпенко, А.П. Мельников, Г.Ф.Ковалевский, Е.И. Марукович и С.M. Бадюкова (56) ГОСТ 28394 — 89, Чугун ЧВà — 45. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к термостойким чугунам с высокими характеристиками эксплуатационной

Изобретение относится к металлургии, в частности к высокопрочным чугунам с вермикулярным графитом, работающим в условиях теплосмен (кокили, изложницы, поддоны и др.).

Цель изобретения — повышение упругопластических свойств и эксплуатационНОЙ СТОЙКОСТИ.

В предлагаемом чугуне повышено содержание марганца до 0.5- 1,5 мас.%, который обеспечивает повышение вторичной твердости, технологической пластичности, вязкости разрушения, эксплуатационной стойкости в условиях теплосмен при сохранения ударной вязкости на высоком уровне, При суммарной концентрации марганца и никеля более 2,15 мас. снижается вязкость разрушения.

При концентрации марганца до 0,5 мас.% вязкость разрушения и эксплуатационная стойкость недостаточны, а при увеличении содержания марганца более 1,5 мас. увеличивается отбел, снижаются упpyro-пластические свойства.

„„Я „„1803457 А1 стойкости и вязкости разрушения. Чугун содержит, мас, : углерод 3,05 — 3,6; кремний

1,8 — 2,5; марганец 0,5 — 1,5; медь 0,02 — 1,15; никель 0,03 — 0,65; титан 0,005 — 0,3; хром

0,002 — 0,06; магний 0,02 — 0,06; азот 0,02—

0,06; церий и (или) лантан 0,02 — 0,05; фосфор 0,006 — 0,05; железо — остальное, Предлагаемый чугун имеет ударную вязкость 16 — 23,6 Дж/см2, ов=575 — 687 МПа, вязкость разрушения К1с=53-61 M Па, эксплуатационную стойкость 1840 — 1951 заливок. 2 табл., Введение азота обусловлено его микролегирующим влиянием, способствующим измельчению структуры и повышению пластических и эксплуатационных свойств, Его, влияние на измельчение структуры и повышение свойства начинает сказываться с концентрации 0,02 мас. . При увеличении его содержания более 0,06 мас.% повышается загрязненность границ зерен и снижается пластичность.

Дополнительное введение титана в количестве 0,005 — 0,3 мас. упрочняет матрицу при отрицательных температурах, микролегирует металлическую основу, увеличивает содержание вермикулярного графита, повышает стабильность структуры и сопротивляемость межкристаллитной коррозии, что обеспечивает повышение прочностных свойств и эксплуатационной стойкости. При содержании титана до 0,005 мас.% твердость, прочность, вязкость разрушения сопротивляемость коррозии и эксу плуатационная стойкость матрицы недостаточны. а при увеличении концентра1803457 обеспечивают повышение дисперсности и пластичности матрицы, образование вермикулярного графита, механизм действия которых проявляется в образовании поверхностно-активных пленок на рас ущих 25 кристаллах, неметаллических включениях и графите, повышения вязкости разрушения и упруго-пластических и эксплуатационных свойств, Содержание их определено экспериментально, При их концентрации до 0,02 мас.% повышение вязкости разрушения незначительное, а при концентрации бария более 0,05 мас. отмечается снижение механических свойств чугуна в отливках, эксплуатационной стойкости и служебных 35 свойств в условиях теплосмен.

В предлагаемом чугуне снижен верхний предел концентрации кремния, так как при более высокой его концентрации укрупняется графит и снижаются эксплуатационная 40 стойкость и вязкость разрушения, Нижний предел содержания углерода принят 3,05 мас., так как при уменьшении содержания углерода и дополнительном введении никеля, РЗМ и азота и увеличении содержания 45 марганца, увеличивается отбел, в структуре. появляется цементит, снижается стабильность структуры, пластических свойств и вязкости разрушения, Содержание меди, 50

55 ции титана более 0,3 мас.% снижаются вязкость разрушения и стабильность твердости, динамической прочности и стойкости чугуна в отливках при воздействии теплосмен.

Никель в количестве 0,03 — 0,65 мас.% является микролегирующей добавкой, повышающей термостойкость и твердость металлической основы и ее стабильность, упрочняя металлическую основу и способствуя повышению сопротивляемости износу, Содержание никеля принято от концентрации 0,03 мас., при которой достигается существенное повышение пластических и эксплуатационных свойств и ограничено концентрацией 0,65 мас.%, выше которой отмечается увеличение содержания неметаллических включений и снижаются ударная вязкость и вязкость разрушения.

Лантан или церий (0,02 — 0,05 мас.%) снижающей вязкость разрушения, ограничено 1,15 мас,%. При ее содержании до 0,02 мас.% влияние недостаточно.

Дополнительное введение элемента иэ группы, содержащей церий и лантан, исключает образование черных пятен в структуре, способствует образованию компактного и вермикулярного графита, повышая упругопластические свойства, их влияние начинает сказываться с концентрации 0,02 мас., а при увеличении их содержания более 0,05

20 мас, увеличивает концентрацию неметаллических включений и снижает пластические и эксплуатационые свойства.

Сера ухудшает упругопластические свойства, поэтому она исключена из состава чугуна.

Содержание других микролегирующих и модифицирующих компонентов принято исходя из практики производства термостойких чугунов с вермикулярным графитом с повышенными упруго-пластическими свойствами.

Чугун выплавляют в открытых индукционных печах из шихты на основе литейных

ЛКЗ и ЛК4 чугунов, предельных чугунов М1 и М2, стального лома, боя электродов, никеля НПЗ, катодной меди, феооотитана, азотированных ферросплавов, Дробленый до фракции ферролантан вводят в печь в конце плавки, Состав ферротитана соответствовал марке ФТИ 30 (ГОСТ 4761 — 80), Редкоземельные металлы, магниевую лигатуру вводили в подогретые разливочные ков ши.

В табл, 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок, в табл, 2 — механические свойства чугунов в отливках, Износ деталей в абразивных средах определяют на литейных моделях на прессовых формовочных машинах высокого давления. Для определения ударной вязкости используют образцы типа 5 по ГОСТ

9454 — 78 и метод испытания на ударный изгиб.

Как видно из данных табл. 2, предлагаемый чугун обладает более стабильными и высокими значениями эксплуатационной стойкости и вязкости разрушения, чем базовый чугун.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, магний, хром, фосфор и железо, отл ич а ю щийс я тем,что, с целью повышения упругопластических свойств и эксплуатационной стойкости в условиях теплосмен, он дополнительно содержит никель, титан, азот церий и/или лантан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 3,05 — 3,6;

Кремний 1,8 — 2.5;

Марганец 0,5-1,5;

Медь 0,02-1,15;

Никель 0,03 — 0,65:

Титан . 0,005 — 0,3;

Хром 0,002 — 0,06;

Магний 0,02 — 0.06;

Азот 0,02 — 0,06;

Церий и/или лантан 0,02-0,05;

Фосфор 0,006-0,05;

Железо Остальное.

1803457

Таблица 1

Химический состав, мас.

Наименование компонента

Предлагаемый ч н

Известный чгн

3,5

2,2

0,2

0,3

1,0

0,02

0,12

0,03

0,06 ост

Таблица 2

Свойства ч нов

Показатели

672 476

472 508

670 687

450

575 618

4,0

5,9

3,9

5,7

6,3

6,8

7,1

2,8

194 92

9,1

10,5

6,7

22,4

23,6

1065

1086 1602

1792 1080

1715 1785

55 61

1710 1861

53 61

58 43

1951 " 1972

1223 1640

1918 1207

1120

1840 1920

Составитель Г.Дудик

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор В.Петраш

Редактор А.Полионова

Заказ 1034 Тираж Подписное

ВНИИПИ 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

Углерод

Кремний

Марганец

Никель

Медь

Магний

Хром

Азот

Титан

Церий

Лантан

Фосфор

Железо

Временное сопротивление при растяжении

Относительное удлинение, Ударная вязкость, Дж/см

Термостойкость, цикл

Вязкость разрушения, Kic, МПа

Эксплуатационная .стойкость, заливок

3,05

1,8

0,5

0,03

0,02

0,02

0,002

0,02

0,005

0,02

0,006 ост

3,3

2,2

0,8

0,3

0,38

0,05

0,05

0,03

0,08

0,03

0,02

0,01 ост

3,05

1,8

0,5

0,03

0,02

0,02

0,002

0,02

0,005

0,02

0,006 ост

3,6

2,5

1,5

0,65

1,15

0,06

0,06

0,06

0,3

0,05

0,05 ост

3,6

2,5

1,5

0,65

1,15

0,06

0,06

0,06

0,3.

0,05

0,05 ост

3,0

1,7

0,3

0,01

0,01

0,01

0,001

0,01

0,001

0,01

0,002 ост

3,0

1,7

0,2

0,01

0,01

0,01

0,001

0,01

0,001

0,01

0.002 ост

3.8

2,6

1.7

0,9

1,2

0,12

0,11

0,08

0,35

0,06

0,06

0.1 ост