Высокопрочный чугун

(19) (И) С 51)5 С 22 С 37/1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИ ЛЬСТьный ги,. Грановскнтоноватасонов88.8) АА И,18 етельств С 37/1 Оельство С 37/10 ССР 1985 ЧУ.ГУНноситс етал обр ние относится к металлурно к составам чугуна дляботающих в условиях изноотливок, расаЦелью изобретениние износостойкости является повышежидкотекучести(56) Авторское сви й 1092201, кл, С 2Авторское свиде М 1285047, кл. С 2 (54) ВысокопРочный (57) Изобретение о чугуна,Чугун, содержащийний, марганец, фосфоний, дополнительно ститан, бор и медь прношении компонентов,УглеродКремнийМарганецфосфорЦерийАлюминийКальций углерод, кремцерий, алюмидержит кальций,следующем соотмас.Ф:3,2-.3,91,25-1,70,005-0,03О, 15-0,60,002-0,0060,005-0,010,02-0,05 лургии и может быть использовано дляизготовления тонкостенных отливок,работающих в условиях гидроабразивного износа в нейтральных средах.Цель изобретения - повышение износостойкости и жидкотекучести чугуна .Предложенный чугун содержит, мас.4:углерод 3,2-3,9; кремний 1,25-1,7;марганец 0,005-0,03; фосфор 0,15-0,6;церий 0,002-0,006; алюминий 0,005 -0,01; кальций 0,02-0,05; титан 0,001 О,1; бор 0,002-0,008; медь 0,8-1,2;железо остальное. Дополнительныйввод в состав чугуна кальция, титана, бора и меди обеспечил повышениев 1,2-1,45 раза износостойкости ив 1,1-1,2 раза жидкотекучести. 2 табл. Титан 0,001-0,1Бор 0,002-0,008 Медь 0,8-1,2Железо ОстальноеСовместное легирование чугуна кальцием, титаном, бором и медью упрочняет металлическую основу, измельчает структуру, повышает микротвердость перлита и дисперсных карбидных включений. Бор в количестве 0,002-0,008 мас.Ф введен как эффективный микролегирующий элемент, образующий термическостойкие тугоплавкие соединения; карбобориды, которые являются центрами кристаллизации, способствуя тем самым формированию мелкодисперсной перлитной структуры чугуна, Растворенный в сплаве бор пов шает стабильность перлита и упрочего, При концентрации бора менее 0002 мас.3 его влияния на структуру и свойства чугуна не проявляется, а при концентрации бора более 0,008 мас, образуются скопления карбоборидов, ухудшается Форма графита и снижаются технологические свойства чугуна, увеличивается отбел.Иедь как легирующий, сильный графитирующий и стабилизирующий перлит элемент при концентрации 0,8-1,2 мас,Ф повышает износостойкость чугуна,вследствие микролегирования металлической основы чугуна ведет к получению одно родной структуры, повышению теплопроводности, Совместное. введение в чугун меди и бора дает в структуре мелкие равномерно распределенные включения сЛожных карбоборидов, измельцает эв тектицеское зерно и включения графита, Кроме того, при получении тонкостенных отливок медь, как графитизирующий элемент, полностью устраняет отбел и уменьшает литейную усадку цугу на. При концентрации менее 0,8 мас,3 медь не оказывает влияния на структуру и свойства чугуна, а при содержании меди более 1,2 мас. ухудшается Форма графита, понижаются механические свойства цугуна.Титан в колицестве 0,001-0,1 мас.3 введен как эффективный микролегирующий и модифицирующий элемент, связывающий кислород, азот и углерод в тугоплавкие твердые оксиды, нитриды и карбиды, которые при затвердевании расплава служат центрами кристаллизации, повышают дисперсность пердита и увеличивают износостойкость чугуна. При концентрации титана менее 0,001 мас.3 его влияние на структуру и свойства чугуна незначительное, а при концентрации титана более 0,1 мас.Ф увеличивается склонность чугуна к пленкообразованию, выделяются крупные скопления оксидов и карбидов титана, ухудшается износостойкость и механические свойства чугуна.Кальций в концентрации 0,02 0,05 мас.4 введен как эффективныио 50 модификатор, усиливающий модифицирующее действие церия и позволяет дольше сохранить эффект модифицирования.Кальций понижает термодинамицескую активность углерода и увеличивает его растворимость в железе. Являясь при этом сильным раскислителем и десульфуратором, он способствует зарождению графитной фазы при первичной кристаллизации чугуна в шаровидной Форме, повышает износостойкостьи эксплуатационную стойкость. Крометого, кальций в количестве 0,020,05 мас. очищает границы зерен,измельчает структуру. Дополнительноевведение кальция вместо гафния позволяет снизить стоимость чугуна безухудшения механических и литейныхсвойств, При содержании кальция менее 0,02 масА в структуре чугуна "образуется пластинцатый графит, апри содержании более 0,05 мас.4 увеличивается количество выделяемых ок"сидов и сульфидов, понижается износостойкость чугуна и механическиесвойства чугуна,В предлагаемом чугуне пределы содержания кремйия выбраны с целью по"вышения жидкотекуцести чугуна и устранения отбела в тонких сеченияхотливок. Нижние пределы углерода(3,2 мас.3) и кремния (1,25 мас,ь)установлены с целью исключения образования в тонких стенках отливки вструктуре цугуна грубых включенийэвтектицеского цементита. Верхниепределы содержания углерода (3,9 мас.4)и кремния (1,у мас,В) установлены сцелью обеспечения перлитной металлической основы с учетом дополнительного введения легирующих элементов.Увеличение содержания кремния более1,7 мас, ухудшает форму графита икак следствие ухудшает механическиесвойства чугуна", Уменьшение содержания кремния менее 1,25 мас,Ф приводит к снижению жидкотекуцести чугунаи образованию отбела в тонких стенкахотливкиМарганец является побочным элементом, содержащимся в металлизированных окатышах. Увеличение марганцаболее 0,03 мас, приводит к образованию феррита вокруг графитных включений, что отрицательно сказывается намеханических свойствах и износостойкости цугуна.1Алюминий как легирующий и сильныйрафитизирующий элемент способствуетвыделению углерода в виде графита,что связано с образованием дисперсныхчастиц, карбида алюминия, которые являются центрами кристаллизации графита Использование в качестве графитизатора алюминия позволяет уменьшить содержание кремния, что в своюфГ 1 768бросплавы, Церий, алюминий и кальцийвводят на дно ковша при выпуске металла из печи. Медь вводят в печь ввиде катодной меди в начале плавки,Температура металла перед выпускомиз электропечи для модифицированиясоставляет 1450-1470 С, а температура чугуна при заливке в литейную форму составляет 1370-1400 С.В табл. 1 и 2 приведены механи"ческие составы и результаты испытаний предложенного чугуна.Механические свойства определяютна образцах диаметром 30 мм. Жидкотекучесть чугуна определяют по спиральной пробе (проба Керри), Склонность чугуна к отбелу изучают наклиновой пробе. Испытания на износ 20 проводят на образцах в воде, содержащей 30 мас, двуокиси кремния сразмером частиц 0,2 мм. Скорость перемещения образца в гидроабразивнойсреде составляет 10 м/с. Износ оце нивают весовым методом после 4 чиспытаний.Как следует из табл, 2, предложенный чугун вследствие дополнительноговвода в его состав кальция, титана, ЗО бора и меди и увеличению содержанияв нем кремния обеспечивает в сравнении с известным составом повышениеизносостойкости в 1,3-1,45 раза, увеличение жидкотекучести в 1,1-1,2 раза и уменьшение отбела с 3 до 1 мм.35 Высокопрочный чугун, содержащий40 углерод кремний марганец фосфорцерий, алюминий и железо, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения гидроабразивной стойкостии жидкотекучести, он дополнительно 45 содержит кальций, титан, бор и медьпри следующем соотношении компонентов, мас,3;УглеродКремний50 МарганецФосфорЦерийАлюминийКальций55 ТитанБорМедьЖелезо 3,2-3,9 1,25-1, 7 0,005-0,03 0,15-0,6 0,002-0,006 0,005-0,01 0,02-0,05 0,001-0,1 0,002-0,008 0,8-1,2 Остальное15очередь благоприятно сказывается наформе графитных включений - количество междендритного точечного графитарезко уменьшается, что способствуетраспаду аустенита до перлита,При концентрации менее 0,005 мас.ьалюминий не влияет на структуру исвойства чугуна, а при содержанииалюминия более 0,013 усиливаетсяпленкообразование и появляются включения оксидов, понижающие литейныеи эксплуатационные свойства чугуна.Фосфор образует фосфидную эвтектику, которая увеличивает жидкотекучесть чугуна, а также повышает износостойкость. При концентрации менее 0,15 мас.Ф фосфор не влияет наструктуру и свойства чугуна. При содержании Фосфора более 0,6 мас,Ф образуется сетка фосфидной эвтектики,оказывающая отрицательное влияние намеханические свойства чугуна.Церий в чугуне является элементом,связывающим серу, измельчающим эвтектическое зерно структуры, и снижаетсклонность чугуна к отбелу.Совместное введение церия и кальция в чугун обеспечивает стабильность получения графита шаровиднойформы, что благоприятно сказываетсяна повышении механических свойств иизносостойкости,При концентрации менее 0,002 мас.3в структуре чугуна образуется пластинчатый графит, а при содержаниицерия более 0,006 мас.Ф не наблюдается заметного изменения свойств чугуна,Таким образом, введение в металлический расплав в установленных пределах концентраций комплекса элементов:карбидообразующих, графитизирующихи модифицирующих наряду с легированием медью позволяет повысить жидкотекучесть и износостойкость чугуна засчет получения мелких равномерно распределенных прочных карбидов и компактных включений графита в шаровидной форме на основе мелкодисперсноголегированного и упрочненного перлита.П р и м е р, Плавку чугуна проводили в индукционной печи, Для изучения структуры и свойств выплавленычугуны, содержащие основные компоненты,на разных уровнях, а также известный сплав со средним уровнем содержания компонентов, Для легирования и модифицирования чугуна используют ферФормула изобретения1581768 Таблица 1 Химический состав, мас.Ъ Плавка Се Я НЕ Яп Са Т 1 В Сц С 81 Ип Р Ре Осталь 3 5 1 О 0018 О 35 0 04 О 0075 009 О 05 ное 0,02 0,001 0,002 0,0350,01 0,005 , 0,05 0,1 0,008 и и 3,2 1)7 0 005 0,15 0,02 0,01 3,5 1,45 0,0 17 0,35 0,004 0,0075 3,9 1,25 0,03 0)6 0,006 0,005 Та бли ца 2 1 ПлавкаЗаказ 2068 Тираж 484 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул.Гагарина, 101 Известный1 Предла- гаемый Предел прочности ВМПа 1 730 2 725 3 730730 Величина отбела, ММ11,271,351,45