Чугун

СОКИ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 2 С 37 0 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТ-строиЭ ласти остой ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Днепропетровский инженернотельный институт(56) Авторское свидетельство ССВ 1125280, кл. С 22 С 37/10, 19Патент ПВР 124326кл. С 22 С 37/06, 1985.(57) Изобретение относится к обизыскания жаропрочньк и абразив ких чугунов, работающих в условиях вывысоких температур и воздействия абразивной среды. Целью изобретения является повышение жаропрочности и абразивной стойкости чугуна. Предложенный чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас.Х: углерод2,4-3,0 кремний 0,4-1,5, марганец4-6, хром 26-29, титан О, 1-0,3, медь0,5-1,0; алюминий 1,0-2,5 магний0,01-0,05; РЗМ 0,04-0,10, железо остальное. Предложенный чугун имеет более высокие (по сравнению с известнымабразивную стойкость 0,388-0,405 г/ми жаропрочность (при 800 С ив 49 ИПа)586-620 ч. 1 табл.Изобретение относится к металлургии, а конкретно к разработке жаророчных и абразквостойких чугунов,аботающих в условиях высоких темпеатур и воздействия абразивной среды,1 оторые, например, могут применятья для отливки сменньи деталей (навесные цепи-теплообменники, кронштейны для цепей и т.п,) врвщающихся цеентообжигательных печей,Цель изобретения - повышение жаопрочности и абразивной стойкостиугуна,Предложенный чугун содержит, мас.7 15Углерод 2,4-3,0Кремний 0,4-1, 5.Марганец 4,0-6,0Хром 26-29Титан 0,1-0,3 20Медь 0,5-1,0Алюминий 1,0-2,5Магний0,01-0,05РЗМ 0,04-0,10Железо Остальное 25Предлагаемое содержание компоненов в составе чугуна определяетсяследующим.Углерод бказывает сильное влияе на количество и тип карбиднойаэы. В данном интервале концентрай обеспечивается достаточное колиество высокотвердой карбидной фазыа основе карбидов (Сг, Ре) С, обесечивающей повышенную износостойкостьвеньев навесных цепей цементообжи 35г 1 овых печей. При содержании углеродафже 2,47. снижаются технологическиес 1 войства чугуна и количество карбидв. При содержании углерода в сплаве 40более 3,0% наблюдается выделение крупньи заэвтектических карбидов ромбич 1 еской формы.Присадка в сплав кремния в указанном диапазоне концентраций способст 45Эует образованию эвтектики на базегексагонального карбида хрома (Сг,Юе)С, а также используется для регулирования степени эвтектичности чугуна, которая предопределяет его лиИейные свойства и структуру. При содержании кремния менее 0,4% литейныесвойства сплава снижаются, и увеличивается склонность к образованиюусадочньи дефектов. Увеличение содержания кремния свыше 1,57 приводит к55Появлению крупнокристаллическойс:труктуры, что снияает прочностныес,войства сплавов. Марганец в пределах 4-67 обеспечивает стабилизацию остаточного аустенита. При содержании марганца менее 4% не обеспечивается получение матрицы, состоящей из одного аустенита, в ней содержатся продукты эвтектоидного превращения аустенита . Увеличение разнородности структуры сплава приводит к снижению стойкости детали при термопиклических нагрузках. При содержании марганца свыше 67. не наблюдается значительных изменений в микроструктуре чугуна, а лишь приводит к снижению механических свойств,Предложенная концентрация хрома обусловлена тем, что при наличии остальных компонентов сплава, она обеспечивает образование легированной хромом матрицы повышенной микротвердости и хромистокарбидной эвтектики на базе гексагональных карбидов хрома (Сг, Ре) С , высокой микротвердости, Содержание карбидов хрома в структуре составляет 30-357 Наличие аустенитной матрицы обуславливает высокую длительную жаропрочность при 800 С и нагрузке на изделие 20-30 МПа (например, звено цепи), а наличие хромистокарбидной эвтектики обеспечивает их высокую абразивостойкость при воздействии раскаленной пыпи и клинкера, уносимых из цементообжигатепьной печи. При содержании хрома ниже 26% наблюдается снижение жаропрочности.и абразивостойкости из-за укрупнения и снижения количества карбидов хрома. Увеличение содержания хрома более 29% приводит к образованию кубического карбида хрома Сг С, который увеличивает неоднородность микроструктуры, что снижает стойкость чугуна к термоциклическим нагрузкам.Титан, имея высокое химическое сродство к газам, образует в жидком чугуне нитриды, карбонитриды и окис-. лы, являющиеся дополнительными центрами кристаллизации, которые способствуют получению мелкозернистой структуры, что сопровождается увеличением жаропрочности отливки. Благодаря высокой микротвердости нитриды и карбонитриды увеличивают износостойкость чугуна, Кроме того, титан, связывая растворенный в расплаве азот, устраняет возможность образования "азотистой порнстости". При содержании титана менее 0,1% он в основном связан в нитриды титана, а карбонитридыотсутствуют, Это приводит к снижению износостойкости чугуна, При применении концентрации титана более 0,3% карбонитриды титана располагаются по границам аустенитных зерен, что снн 5 жает прочностные свойства сплава.Медь в указанных концентрапиях, располагаясь равномерно по всему объему отливки, способствует увеличению теплопроводности чугуначто увеличивает его стойкость к термоциклическим нагрузкам и уменьшает склонность к образованию трещин в процессе работы при высоких температурах Кроме того, медь в пределах 0,5-1,0 увеличивает жаростойкость, так как увеличивается сцепление окалины с основным металлом, н создает окислы, обладающие защитными от высокотемператур ной среды свойствами. Снижение содержания меди ниже 0,5 не оказывает заметного влияния на свойства чугуна при высоких температурах. Присадка меди более 1,0 при кристаллизации 2 Б отливки в песчано-глинистых Формах при аустенитном превращении способствует образованию в чугуне перлита, что снижает длительную жаропрочность чугуна. 30При содержании хрома свыше 26 . может возникнуть сигма фаза - очень твердое, хрупкое и немагнитное соединение, выделение которого сопровождается резким увеличением объема, а следовательно, и внутренних напряжений. Алюминий в укаэанных концентрациях сильно снижает тенденцию образования сигма фазы в чугуне предлагаемого химического состава, что приво дит к увеличению жаропрочности сплава. Присутствие алюминия в чугуне ниже 1,0% не оказывает существенного влияния на дестабилизацию сигма фазы. При содержании алюминия свыше 253 45 в тонкостенных отливках (типа звеньев цепей) иэ чугуна с содержанием хрома 26-293 наблюдается падение прочностных и пластических свойств.Магний в пределах 0,01-0,053,раскисляя жидкий чугун, уменьшает расход легирующих элементов и РЗМ, а также предотвращает образование окислов хрома, титана, которые в виде плен ухудшают жидкотекучесть чугуна, Кроме того, десульфируется чугун, обеспечивая повышенную чистоту чугуна от сульфодов, железа, которые снижают механические свойства и термостойкость. При содержании магния фнее 0,01% не обеспечивается достаточная степень раскисления и десульфурация чугуна, увеличение содержания магния более 0,05% приводит к снижению сте пени его усвоения без увеличения степени десульфурации и раскисления.Редкоземельные металлы (в виде лантан-церий-иттриевой лигатуры) в количестве. О,04-0 1% присаживают в чугун с целью его модифицировання. Образовавшиеся в расплаве неметалличес" кие включения являются допопнительны" ьи,центрами кристаллизади, что приводит к значительному измельчению структурных составляющих чугуна и повьдпению его прочностных свойств. Кроме того, присутствие РЗМ в чугуне увеличивает его жаростойкость в результате образования продуктов соединений с кислородом, стойких к высокотемпературной среде. При содержании в сплаве менее 0,043 РЗМ не происходит должного эффекта модифицирования в результате расхода первых порций модификаторов на взаимодействие с поверхностно-активными веществами в расплаве. Содержание РЗМ более О, 1 приводит к значительному расходу модификаторов, что удорожает сплав и, кроме того, наблюдается эффектеремодифицирования расплава. Это приводит к загрязнению чугуна крупными неметаллическими включениями, значительно снижающими его механические свойства.П р и м е р . Чугун выплавляют в индукционной печи ИСТ - 0,06 с кислой Футеровкой. Для получения чугуна предлагаемого состава приготовлены три смеси ингредиентов. Химический состав и результаты испытаний приведены в таблице.В приготовленных составах содержание химических элементов быпо на нижнем пределе (состав 1), среднем содержании (состав 2) и верхнем пределе (состав 3), Одновременно выплавляют сплав с среднимсодержанием химических элементов известного состава (плавка 4). Каждую смесь сплавляют отдельно, Расплав перегревают до 1450- 1500 С.Медь в состав чугуна присаживают: в виде железо-магний-медистой лигатуры следующего химического состава, мас. , магний 5-7; медь 5; железо остальное, Расход лигатуры для нижнего1409674 0,6 6 26 О 1 05 1 О ОэО Оэ 06 65 е 55 Ов 605 595 1 эО Ь , 27 ь 5 Оэ 5 Ов 75 в 8 , ОвОЗ Ое 07 6 э Ов 398 620 2 26 З . З,О 1,5 б 29 О,З 1,0 2,5 0,05 О, 1 56,55 0,388 586 Оьб Оф 75 20 Оу 150935 ОвЗ . 25 е 55 Оз 626 5Редела составляет 1%,а для верхнего %, КоэФФициент усвоения меди из лиатуры составлял 99,8%. Лигатуру, наретую до 400 С вводят в тигель пе 15 чи за 1 мин до выпуска металла в ковш. Ввод производят в колокольчике из металлической Фольги на штанге.Магний в пределах 0,01-0,02% в оставе чугуна вводят в виде железо- агний медистой лигатурыс содержаием магния 5-7% в количестве 1 и 2% оответственно, Для получения содерания магния свыше 0,02 применяют ополнительную присадку железо-кремий-магниевой лигатуры, содержащей %: агний 7-9, кремний 40-44, кальций ,5-1,0, железо остальное. Во избе- ание возможных всплесков, жидкого меалла во время ввода лигатуры с маг" 20ем тигель печи накрывают щитом из тали.Затем расплав модифицируют лигатуой с РЗМ и сразу выливают в ковш. ля модифицирования применяют комп ексный модификатор следующего химиеского состава, мас,%: церий 15-20, антан 10-15; иттрий 10-15, кремний 5-40 кальций 0,3-0,5, алюминий 0,2,5, железо остальное. 30Разливку чугуна производят при 330-1340 С в сухие песчано-глинисые формы с получением трех звеньев елей размером 210 х 100 и калибром 2 мм и трех заготовок длиной 250 ммдиаметром 24 мм, предназначенных ля изготовления образцов на длителью горячую прочность. Образцы испыывают на машине МП-ЗГ при нагрузке 9 МПа, Абразивостойкость сплавов определяют на установке СМЦпри глухом трении по абразивному кругу диаметром 50 мм и толщиной 15 мм при скорости вращения 200 об/мин в течение 1 мин. Величину износа определяют по потере веса образцов диаметром 220,5 мм и длиной 25 мм0,1 ммпо Формуле: 9 Я 1007 (01И - износ, %Ьервоначальный вес образца- вес образца после испьпаний,гКратковременную прочность при разрыве определяют на натурных образцах (ввенья цепи) с помощью гидравлического пресса мощностью 100 т.Полученные данные свидетельствуют о том, что предложенный сплав обладает большей длительной жаропрочностью (в 1,4-1,5 раза), прочностью при разрыве (на 17-28%) и абразивостойкостью (на 4-7%). Формула изобретения Чугун, содержащий углерод, кремний марганец, хром, титан, алюминий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения жаропрочности и абразивной стойкости, он дополнительно содержит медь, магний и редко" земельные металлы при следующем соотношении компонентов мас.%:Углерод 2,443,:О Кремний 0,4-1, 5 Марганец 4-6Хром 26-29 Титан О, 1-0,3 Алюминий 1,0-2, 5 Медь О, 5-1,0 Магний 0,01-0,05Редкоземельныеметаллы 0,04-0, 1 Железо Остальное