Чугун

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 74929 9) (11) 5 С 22 С 37/06 КОМИТЕТИ ОТКРЫТИЯ СУДАРСТВЕННЬО ИЗОБРЕТЕНИ И ГКНТ СССР ОБРЕ ПРОПИСАНИ НИЯ л СВИДЕТЕЛЬСТВУАВТО РСК относится к литейном енно к составам чугунов тливок технологическо(71) Белорусский политехнический институти Саранский литейный завод .(56) Авторское свидетельство СССРМ 1027264, кл, С 22 С 37/10. 1983.Авторское свидетельство СССРВ 1216236, кл. С 22 С 37/10, 1986.Авторскоесвидетельство СССРЬ 1143782, кл. С 22 С 37/06, 1985,(57) Использование: может быть использоИзобретение У производству, а имприменяемых для о и оснастки,Целью изобретения является повышение трещиноустойчивости при термоциклических нагрузках.гСодержание углерода в пределах 3,2- 3,8 мас, обеспечивает получение отливок без свободного цементита. Превышение верхнего содержания углерода (3,8 мас.%) приводит к значительному укрупнению графитных включений, ослабляется металлическая основа, что отрицательно сказывается на трещиноустойчивости чугуна. Термические трещины зарождаются на сопряженвано в литейном производстве, а именно при изготовлении чугунов, применяемых ;для отливок технологической оснастки,- Сущность изобретения: чугун, содержащийуглерод, кремний, марганец, хром, РЗМ, магний, допОлнительно содержит цирконий, ванадий и титан при следующем соотношении компонентов; мас,: углерод 3.2 - 3;8; кремний 1,8 - 2,8; марганец 0,1-0,6; хром 0,02 - 0,15; РЗМ 0,02-0.07; магний : 0,010-0,025; цирконий 0,001-0,02; титан 0,01-0,05; ванадий 0.03-0,15; железо - остальное. Предлагаемлый состав чугуна значительно повышает трещиноустойчивость сплава эа счет комплексного воздействия циркония, титана и ванадия на дисперсность графитных включений и металлической матрицы. 2 табл,ных поверхностях графита и металлической ,фьосновы, . ОКремний в пределах 1,8-2.8 мас.фД р обеспечивает удовлетворительные технологические свойства (хорошая жидкотекучесть, отсутствие структурно-свободного цементита), Превмшение верхнего предела (2,8 мас.) раэупрочняет чугун через укрупнение графита, снижает трещиноустойчивость при термоциклических нагрузках.Марганец в пределах 0,1-0,6 мас.% способствует формированию металлической матрицы чугуна беэ включений свободного цементита. Снижение его концентрации ниже нижнего предела нецелесообразно и трудно осуществимо нэ практике (требуются специальные ниэкомарганцовистые чугуны). Превышение верхнего предела (больше 0,6 мас,%) приводит к образованию ледебу ритной эвтектики со значительным содержанием крупных карбидов. что отрицательно сказывается на трещина- устойчивости чугуна..Содержание хрома ограничено пределами 0,02-0,15 мас,% .вследствие недопустимости выделения в структуре крупных 10 первичных карбидов, что снижает трещино 1 устойчивость чугуна.Редкоземельные элементы благоприятно воздействуют на структуру графитной фазы - измельчение и равномерное распределение графитных включений в металлической основе, кроме того, в данном конкретном случае РЗМ способствуют образованию вермикулярного графита. Эти факторы повышают трещиноустойчивость 20 чугуна. Нижний предел установлен для до 25 вается на достижении поставленной целиизобретения.Магний эффективный сфероидизирующий элемент в чугунах, Нижний предел его содержания в сочетании с РЗМ обеспечивает вермикулярную форму графита, при этом наблюдается достаточно высокая стабильность процесса Формирования графита этой формы, Превышение верхнего уровня содержания элемента приводит к сферои 35 дизации графита, снижению теплопроводности чугуна и вследствие этого снижаетсятрещиноустойчивость сплава при термоциклических нагрузках. Цирконий способствует графитизации и 40 снижает склонность РЗМ-магниевого чугуна к образованию трещин при термоциклических нагрузках, Цирконий позволяетповысить устойчивость вермикулярной формы графита, измельчает и способствует рав 45 номерному распределению включений в металлической основе. Нижний предел установлен для достижения определенного эффекта, Повышение верхнего предела со 50 держания этого элемента не дает существенного приращения положительноговлияния на графитную фазу, кроме того,экономически нецелесообразно,Титан способствует перлитизации металлической основы и повышению дисперсности перлита. В установленных пределах в сочетании с достаточйо высоким углеродным эквивалентом и содержанием циркония в чугуне способствует улучшению параметров графитной фазы, стэбилизирустижения определенного эффекта, Превышение верхнего предела содержания РЗМ приводит к увеличению склонности чугуна ккристаллизации по диаграмме метастабильного равновесия, что отрицательно сказыет вермикулярную форму графита, не проявляет карбидообразующее воздейс 1 вие, Нижний предел (0,01 мас.(,) позволяет достичь определенный эффект, превышение верхнего предела содержания (более 0,05 мас. 6) может привести к выделению структурно-свободного цементита. что снижает трещиноустойчивость чугуна при термоциклических нагрузках.Ванадий (перлитизатор чугуна) значительно повышает дисперсность перлита, Последний фактор особенно сильно увеличивает трещиноустойчивость чугунов. Нижний предел установлен для получения определенного эффекта. Превышение верхнего предела (более 0.15 мас. ) приводит к разупрочнению чугуна за счет интенсивного выделения карбидной фазы, особенно это явление характерно для РЗМ-содержащего сплава и безтого склонного к кристаллизации по метастабильной диэграмме состояния, Выделение карбидной Фазы в тонких сечениях отливки, сопряжейной с тепловыми узлами (что,характерно для отливок технологической оснастки), приводит к возникновению больших термических напряжений и циклические температурные нагрузки в этих условиях безусловно уменьшают трещиноустойчивость литой детали.Таким образом, дополнительный ввод в состав чугуна циркония и титана стабилизирует вермикулярную форму графита и повышает дисперсность графитных включений, в свою очередь, ввод ванадия благоприятно воздействует на металлическую основу сплава, Эти факторы способствуют значительному повышению трещиноустойчивости литого изделия, работающего в условиях циклических термических нагрузках.П р и м е р, Исходный чугун следующего химического состава, мас,о:,углерод 3,4- 3,9; кремний 1,0-2.0; марганец 0,1 - 0,6; хром до 0,15, выплавляют в 60 кгиндукционной печи. Доводку по химическому составу чугуна по содержанию ванадия осуществляют соответствующим ферросплавом,Модифицирование осуществляют в ковше лигатурой типа ФСМг 3 с повышенным содержанием РЗМ до 8 мас. и низким содержанием магния 2,5-3,0 мас.%. Модификатор для получения предлагаемого чугуна дополнительно содержит цирконий (до 2,0 мас.). После проведения операции модифицирования заливают цилиндрические образцы в песчано-глинистые формы, из которых затем вырезают кольца для проведения испытаний на трещиноустойчивость при термоцикаических нагрузках. Методика испытаний включает нагрев кольцевых обЗаказ 2567 Тираж Подписное БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035,Москва,Ж, Раушская наб 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 разцов в свинцовой ванне до 900 оС и последующее охлаждение в воде. Критерием тре щиноустойчивости было количество проведенных циклов до появления первой макротрещины на образце, видимой невооруженным глазом, Кроме того. проводят производственные испытания кокилей, изготовленных из предлагаемого и известного чугунов.Химический состав испытанных чугунов представлен в табл, 1; результаты испытаний в табл. 2.Формула и зо бр ете н и я Чугун, содержащий углерод, кремний, марганецй хром, редкоземельные элементы, магний и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельк повышения трещиноустойчивости при термоциклических нагрузках,. он дополнительно содержит цирконийванадий и титан при следующем соотношении 5 компонентов, мас. ;Углерод 3,2-3.8 Кремний 1,8-2,8 Марганец . 0,1-0,6 Хром, 0,02-0,15 10 РедкоземельныеэлементыМагнийЦирконийТитан15 ВанадийЖелезо