Высокопрочный чугун

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 1) С 22 С 37/10 О ЕНИ копрочных чугунов с повышенной стойкостью к тепловым ударамЦель изобретения - повышение эксплуатационнойстойкости в условиях теплосмен, Пред".ложенный чугун содержит, мас.3: углерод 3,2-3,8; кремний 2,6-3,2; марганец 0,2-0,7; никель 1,4-2,2; ванадий0,02-0,2; молибден 1,1-2,7; хром 0,030,3; нитриды бора 0,03-0,15; олово0,002-0,1; магний 0,03-0,07; алюминий 0,02-0,08; церий 0,02-0,05; цирконий 0,03-0,15; кальций 0,002-0,027;барий 0,005-.0,02; железо остальное.Чугун может быть также использовандля изготовления деталей, работающихв узлах трения при повышенных температурах, 2 табл. Никель Цир и Молибден Ванадий таллурсокодля ической ях тепдр повыше и в усАлюминМагнийОловоХром Нитриды бораЦерий угун, содержащ марганец, алюм бден, ванадий, гни цер нии, РЗМ, нитКальциБарий й, цирконий ий и железо компоненто елезо иями предложе асыщенные нитциркония и чительно поь тепловым УглеродКремнийМаргане 3,2-3,2,6-3,0,2-0,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧ 1(РЫТИПРИ ГКНТ СССР АНИЕ ИЗОБРЕ Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(57) Изобретение относится к металлургии в частности к составам высоИзобретение относится к мегии, в частности к составам впрочных чугунов, используемыхизготовления деталей технологоснастки, работающей в условилосмен: пресс-форм, кокилей иЦелью изобретения являетсяние эксплуатационной стойкостловиях теплосмен,Высокопроцный цуглерод, кремний,никель, хром, молиолово, кальций, мариды бора, барий,следующем соотношениимасСущественными отл ого чугуна являются идами бора и введен ария и церия, что з ышает сопротивляемо 1,4-2,20,3-0, 151,1-2,70,02-0,20,02-0,080,03-0,07ударам и эксплуатационные свойствав условиях теплосмен,Дополнительное введение цирконияобусловлено тем, что он обладает эффектом измельчения и инвертированияструктуры, оказывает микролегирующеевоздействие, повышает стабильностьструктуры в условиях тепловых ударови ее термическую и эксплуатационнуюстойкость, что обеспечивает существенное повышение сопротивляемостивысокопрочного чугуна термическимударам. При повышении концентрациициркония более 0,15 мас.3 увеличивается количество дефектов кристаллической решетки металлической основы,неметаллических включений по границамзерен, ухудшается фактор формы графитных включений, повышаются термические напряжения, что снижает технологическую пластичность, трещиностойкость и сопротивляемость теомическимударам, Нижний предел концентрациициркония (0,03 мас.3) обусловлен его 25недостаточным микролегирующим влиянием на структуру и низкими эксплуатационными свойствами чугуна в условияхтермических ударовДополнительное введение нитридовбора обусловлено их модифицирующимвоздействием, улучшением морфологииструктуры, повышением упругопластических свойств, термической стойкости,что способствует увеличению сопротивляемости чугуна тепловым ударам, При35концентрации нитридов бора до 0,03 мас.Фмодифицирующий эффект и повышение сопротивляемости тепловым ударам недостаточны, а при концентрациях более0,15 мас.4 увеличивается количествоо 40неметаллических включений по границам зерен, снижаются упругопластичес"кие свойства,. сопротивляемость термическим ударам и эксплуатационная стой 45кость,1Барий повышает стабильность структуры, способствует упрочнению матрицы,очищает границы зерен, снижает загрязненность чугуна неметаллическими вклю чениями, служит поверхностно-активными добавками, повышает однородность структуры, термическую стойкость, эксплуатационные и пластические свойства. При концентрации до0,005 мас.Ф модифицирующий эффектнедостаточен, а при повышении содержания более 0,02 мас.4 увеличиваетсясодержание неметаллических включений и неоднородность структуры, снижаетсятехнологическая пластичность, динамическая прочность, термическая стойкость и эксплуатационные свойства,Церий в большей степени, чем РЗМспособствует улучшению фактора формыграфита, повышает ударную вязкость,теплопрочность и пластические свойства., что существенно повышает термостойкость и эксплуатационные свойствав условиях тепловых ударов. При концентрации церия менее 0,024 модифисцирующий эффект недостаточен., а приповышении его концентрации более0,05 увеличивается содержание неметаллических включений и наблюдаетсяухудшение пластических свойств и эксплуатационной стойкости в условияхтеплосмен,Граничные параметры содержанияуглерода (3,2-3,8 мас.Ф) и кремния(2,6-3,2 мас.З) определены исходя изпрактики производства высокопрочныхчугунов с повышенными пластическимисвойствами, износостойкостью и термической стойкостью. При концентра"ции углерода более 3,8 мас.4 и кремния более 3,2 мас.3 снижаются пределвыносливости, термическая стойкость,ударная вязкость и другие механические и эксплуатационные свойства чугуна, а при концентрации углерода до3,2 мас.Ф и кремния до 2,6 мас.4 возрастают термические напряжения, сни"жаются трещиноустойчивость, термичес"кая стойкость, ударная вязкость идругие пластические свойства в отливках, что снижает эксплуатационнуюстойкость чугуна й условиях теплосменопри нагреве до 850 С.Ванадий введен как эффективныймикролегирующий и упрочняющий компо"нент, усиливающий эффект измельченияматрицы и графитных включений, обеспечивающий однородность структуры иповышение термической и эксплуатационной стойкость и упругопластическихсвойств и их стабильность. Верхнийпредел концентрации ванадия (0,2 мас.Ф)обусловлен усилением отбела, снижением технологической пластичности чугуна и увеличением склонности к трещинам при более высоком его содержании,что снижает эксплуатационные и упругопластические свойства, При уменьшении концентрации ванадия менее0,02 мас.Ф укрупняется структура иснижаются динамическая прочность,предел текучести, термическая и эксплуатационная стойкость.Содержание легирующих добавок (марганец 0,2-0,7 мас молибден 1,1-2,7 мас,l, никель 1,4-2,2 мас,4, хром 0,03-0,3 мас.3) обусловлено существенным повышением термической стойкости, технологической пластичности и прочности и ограничено пределами, ниже которых теплопрочность, технологическая пластичность и прочностные свойства недостаточные, а выше которых увеличиваются термические напряжения и снижаются пластические свойства, термическая стойкость, предел выносливости при изгибе, ударная вязкость и эксплуатационные свойства.Введение олова в количестве 0,002- 0,1 мас алюминия 0,02-0,08 мас,3, кальция 0,002-0,027 мас.Ж и магния 0,03-0,07 мас.З обусловлено их высокой модифицирующей эффективностью и поверхностной активностью, которые в этих количествах обеспечивают очистку границ зерен, повышение пластических свойств, трещиноустойчивости в условиях теплосмен и технологической пластичности. Их содержание обусловлено пределами, обеспечивающими получение дисперсной и однородной структуры в отливках, шаровидного графита в чугуне и необходимых эксплуатационных и механических свойств, а также стабильной перлитной структуры после термической обработки и в процессе эксплуатации, При увеличении их концентрации выше верхних пределов снижаются эксплуатационные свойства и увеличивается их угар.П р и м е р, Опытные плавки проводят в индукционных печах с использованием в качестве шихтовых материалов литейных чугунов, полуфабрикатного никеля, чугунного и стального лома, феррованадия, ферромолибдена, силикомарганца и брикетов нитридов бора, ферроциркония и других ферросплавов. Микролегирование чугуна Феррованадием ФВд 2, ферроцирконием ФЦр 40, силикомарганцем СМн 17 проводят в электропечи в конце плавки при 1500-1520 С, а модифицирование ферроцерием (ТУ 1243-75), нитридами бора ФВ 17 Н, сплавами бария ФСБа 30, оловом 02 (ГОСТ 860-75), сплавами магния - непосредственно в раздаточных литейных ковшах. Для определения отбела заливают ступенчатые и клиновые технологичес Улучшение сопротивляемости термическим ударам, износостойкости присухом трении и предела выносливостипри изгибе предложенного высокопрочного чугуна обеспечит повышение эксплуатационной стойкости кокилей и 35пресс-форм, работающих в условияхтеплосмен при литье деталей из медных сплавов. Формула изобретения 40Высокопрочный чугун, содержащийуглерод, кремний, марганец, никель.хром, кальций, магний, алюминий молибден, ванадий, олово и железо,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения эксплуатационной стойкости в условиях теплосмен, он дополнительно содержит цирконий, нитриды бора, барий и церий при следую щем соотношении компонентовмас,;:Углерод 3,2-3,8 Кремний 2,6-3,2 Марганец 0,2-0,7 Никель 1,4-2,2 Хром 0,03-0,3 Кальций 0,002-0,027 Магний 0,03-0,07 Алюминий 0,02-0,08Молибден 1,1-2,7 55 кие пробы, Ударную вязкость определяют на образцах 1010 х 55 мм с полукруглым надрезом,5В табл. 1 приведены химическиесоставы чугунов опытных плавок. Содержание компонентов в высокопрочном чугуне определяют методами спектрального и дифференцированного химического анализа. Эксплуатационнуюстойкость определяют при литье бронзы Бр,05 С 17 в чугунные металлическиеФормы с нагревом до 850 С.В табл. 2 приведены данные о механических и эксплуатационных свойствах. Механические свойства и термическую стойкость определяют на стандартных образцах, а сопротивляемостьтермическим ударам, теплопрочность и20 износостойкость на образцах, вырезанных из отливок, после отпуска при560-588 С.Как видно из табл. 2, термическаястойкость, износостойкость и сопро 25 тивляемость термическим ударам упредложенного чугуна выше, чем уизвестного высокопрочного чугуна,8 анадийОловоЦирконийНитриды бора 0,02-0 а 2 0,002-0,1 0,03-0,15 0,03-Ь,15 5 Таблица 1 Чугун Содержание компонентов мас,ь Ване- Хром ИерийКель- Барийдий ций Никель Кремний 1Цирко- Нитри- Алями- Иолибнийдм боранийденУгле- Иаргарод нец Олово Магнийи н ь В иугуне состава 1 дополнительно содержалось 0,95 мэс.г меди и О,ОА мас,г РЗИ. Таблица 2 Свойства высокопрочных чугунов Показатели 3 4 56 1 1 2 8 ременное сопротивление, ИПаОтносительное удлинение,оТеплопрочность, СТермическая стойкость,циклПредел выносливостипри изгибе, ИПаУдарная вязкость,кДж/м 2Сопротивляемость тепловым ударам при нагреве до 850 С, цикл 512 583 672 687 662 500 7,1 . 7,8 885 925 2,5 6,0 630 765 7,5 910 2,2 595 1275 1850 445 185 2751206 1980 2370 2315318 485 510 506 166 342 335 350 1310 2920 1270 3650 3880 . 3712 Составитель Н,ШепитькоРедактор Т.лазоренко Техред Л,Оггийнык Корректор И,Кучерявая Заказ 2068 Тираж 484 Подписное8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Иосква, Ж, РауЭская наб;, д 4 х 5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, .ул.Гагарина, 101