Чугун с шаровидным графитом для отливок

(71) Научно-производственное объединениепо технологии. машиностроения "ЦНИИТМАШ" и Производственное объединениеТаганрогский котельный завод "Красныйкотельщик"(56) Авторское свидетельство СССРМ 1263720, кл. С 22 С 37/10, 1986,Авторское свидетельство СССРМ 1043179, кл. С 22 С 37/10, 1983.Авторское свидетельство СССРМ 730857, кл, С 22 С 37/10, 1976,Авторское свидетельство СССРМ 432223, кл, С 22 С 37/10, 1976,Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов сплавов с повышенными эксплуатационными свойствами. .Цель изобретения - повышение жаростойкости и прочности в Отливках с тОлщиной стенки 20 - 50 мм.Для достижения поставленной цели чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, алюминий, медь, кальций, магний и железо, дополнительно содержит церий, фосфор и олово при следующем соотношении компонентов, мас,: углерод 3,0 - 3,8; кремний 1,5-3,0; марганец 0,1 - 0,6; алюминий 0,5 - 1,0, хром( ( ) ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ СВ(54) ЧУГУН С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ ДЛЯ ОТЛИВОК(57) Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов сплавов с повышенными эксплуатационными свойствами, Цель изобретения - повышение жаростойкости и прочности в отливках с толщиной стенки 20 - 50 мм. Чугун с шаровидным графитом содержит углерод, кремний, марганец, хром, алюминий, медь, магний, кальций, железо и дополнительно церий, фосфор и олово при следующем соотношении компонентов, мас.,: углерод 3,0 - 3,8; кремний 1,5 - 3,0; марганец 0,1-0,6; алюминий 0,5-1,0; хром 0,5 - 1,0; медь 0,5- 1,0; олово 0,04-0,14; фосфор 0,15 - 0,3; кальций 0,002 - 0,015; церий 0,012 - 0,042; магний 0,03 - 0,10; железа остальное. Отношение содержания кальция к фосфору составляет (1,3 х 10 - 5.0 х 10 ):1. Коэффициент формы графита составляет 0,076 - 0,110, 2 з,п.ф-лы, 2 табл. 0,5 - 1,0; медь 0,5-1,0; олово 0,04-0,14; фосфор 0.15-0,3; кальций 0,002 - 0,015; церий 0,013 - 0,042; магний 0,03 - 0,10; железо остальное. При этом соотношение кальция к фосфору равно (1,3 10 - 5,0 10 );1, а коэффициент формы графита равен 0,076 - 0,11.Введение в состав чугуна кремния в количестве 1,5-3,0 мас.; обеспечивает получение перлитоферритной структуры сплава без карбидов, Содержание кремния в количестве менее 1,5 мас.0/ приводит к образованию в структуре чугуна большого количества цементита, что снижает прочность при растяжении на разрыв и жаростойкость. Содержание кремния в количествеболее 3,0 мас.,ь приводит к повышенной хрупкости отливок иэ-за появления в структуре силикокарбидов,Содержание марганца в количестве 0,1 - 0,6 мас4 практически не оказывает влияния на структурообразование, Содержание марганца менее 0,1 мас,ф, связано с трудностью получения такого его содеркания в чугуне. Повышение содержания марганца свыше 0,6 мас, , приводит к образованию легкоплавких окислов., что приводит к снижению жаростойкости,Введение алюминия в количестве 0,5- 1,0 мас.% обеспечивает жаростойкость чугуна эа счет образования при нагревании плотной акисной пленки на поверхнос.и, так как диффузия сквозь окисную пленку алюминия происходит значительно медленнее, чем в окислах железа, Пленка из окислов алюминия прочно связана с поверхностью металла, что снижает интенсивность окисления. Введение алюминия в количестве менее 0,5 мас./, не обеспечивает получениенеобходимой жаростойкости иэ-эа отсутствия плотной окисной пленки, а увеличениесодержания алюминия свь 1 ше 1,0 мас ,4приводит к повышенному пленкообраэованию, что снижает механические свойствачугуна и вызывает трудности с получениемтонкостенных отливок,Содеркание хрома в количестве 0,5-1,0мас.0 обеспечивает ловыш ение сопротивляемости окислению металлической основыза счет повышения температуры образования вюститной фазы в Окисном слОе и повышение механических свойств,Уменьшение содержания хрома менее0,5 мас.снижаег механические свойствачугуна и сопротивляемость окислению металлической основы, Увеличение количества хрома свыше 1,0 мас,0 приводят кнестабильности размеров отливок при эксплуатации из-за распада цементита, э таккек снижению прочностных свойств чугуна,Присадка меди в количестве 0,5-1,0мас,0 обеспечивает повь шенпе жарос 1 ойкости эа счет образования оксидной пленки,которая компактна и прочно связана с поверхностью чугуна, а также уменьшает ростчугунных Отливок при температуре эксплуатации,При введении меци в количестве менее0,5 мас,0 ь не обеспечивается образованиекомпактной и крепко связанной с поверхностью чугуна оксидной пленки, обеспечивающей стойкость к окислению, а увеличениеколичества меди свыше 1,0 мас.0 ь сказывается на ухудшении формы графита, что сни жает жаростойкость и прсчностные свойства.Содержание олова в количестве 0,04- 0,14 мас." обеспечивает повышение жаростойкости и прочности чугуна с шаровидным графи-ом, При содержании олова менее 0,04 мэс,0 сиикается жаростойкость, а при введении Олова в количестве более 0,14 мас,00 происходит резкое ухудшение шаровидной формы графита, т.е, появление пластинчатого графита, что сказывается на механических свойствах и жаростойкости,Содержание фосфора в количестве 0,15 - ,0,3 м эс,абеспечи вэет повы шеи ив жаростойкости чугуна с шаровидным графитом без значительного снижения механиче 20 25 305 40 ЬО 55 ских свойств, Повышение жаростойкости обьясняется появлением окисной пленки за счет высокой активности фосфора, а также образования фосфидной сетки и вытеснения его вглубь зеонэ.Снижение количества фосфора менее 0,15 мас,0 не Обеспечивает повышения жаростойкости, так как на поверхности чугуна не образуется Окисная пленка, Увеличение содержания фосфора свыше 0,3 мас.% при- ВОДИТ К СНИКЕНИЮ жаРОСгойКОСтИ, таК КаК появляется Оольшое количество тройной фосфидной звтектики, С увеличением размеров колоний тройной фосфидной звтектики различа.от три ее фазь: аустенит, фосфид и графит, которые окисляются различно, Это привсдит к нарушению сплошности оксидной пленки и ускорению распространения Окисления вглубь металла,Ввод:.ал ьция, который и рисаживается в виде силикокальция в количестве 0,002- 0,015 мас4 способствует образованию фосфидов в виде се 1 ки, что благоприятно сказывается нэ жаростойкости, Кроме того, кальций способствует вытеснению фосфора с границ вглубь зерна, Вслецствие этого форма включений фосфидов становится боЯее благоприятной,Кальций и фосфор берут в соотношении 1,3 10 -5,0 10 ):1, Призтом присодержан ии кальция 0,002 мас. отношеч ие кальция к фосфору соответствует 1,3 10 2:1, а при 0,015 мас, , кальция зто соотношение равно 5,О 102:1,Уменьшение содержания кальция менее 0,002 мэс,7; не Обеспечивает вытеснения фосфора с границ вглубь зерна и образования фосфидов в виде сетки и их коагуляции. Увеличение содержания кальция более 0,015 мас,70 связано с болыоой трудностью его ввода в расплав,Содержание церия в количестве 0,012- 0,042 мас,позволяет нейтрализоватьвредное влияние олова и меди на форму графита, а также оказывает благоприятное влияние на механические свойства и жаростойкость, Введение церия в количестве менее 0,012 мас, не позволяет нейтрализовать вредное влияние олова и меди, а увеличение содержания церия свыше 0,042 мас. 6 способствует образованию в структуре чугуна цементита, что ухудшает механические свойства.Ввод магния в количестве 0,03-0,11 мас. обеспечивает получение шаровидной формы графита в чугуне, При этом коэффициент формы графита должен быть равен 0,076-0,11. Этот коэффициент определяется по формулеф СЕ - Ссь35 Н ВУменьшение содержания магния ниже 0,03 мас.фне. позволяет получить графит шаровидной формы с необходимым коэффициентом, а увеличение содержания магния свыше 0,10 мас.6 приводит к перемодифицированию чугуна, ухудшению шаровидной формы графита и снижению механических свойств и жаростойкости,Из предлагаемого чугуна .изготавливают колосники с толщиной стенки до 30 мм и массой 4 кг.Составы и свойства чугунов приведены в табл. 1,Результаты исследования жаростойкости, которое проводилось весовым методом, при различных температурах приведены в табл. 2 (составы 2-3 - предлагаемые, 4и 5 - запредельные, 6 - известный),Из результатов табл, 2 следует, что5 предлагаемый чугун в 1,55-3,5 раза при500 С, в 1,5 - 4,Ораза при 700 Си в 1,38-1,97раза при 800 С при длительности испытания 150 ч по жаростойкости превосходитизвестный. Таким образом, предлагаемый10 чугун по сравнению с известным имеет более высокую жаростойкость и механическиесвойства.формула иэобретейия1. Чугун с шаровидным графитом для15 отливок, содержащий углерод, кремний,марганец, хром, алюминий, медь, магний,кальций, фосфор и железо, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целю повышения жаростойкости и прочности в отливках с толщиной20 стенки 20-50 мм, он дополнительно содержит церий и олово при следующем соотношении компонентов, мас.; углерод3,0-3,8; кремний 1,5-3,0; марганец 0.1-0,6;хром 0,5 - 1,0; алюминий 0,5 - 1,0; медь 0,5 -25 1,0; магний 0,03 - 0,1;"кальций 0,002 - 0,015;фосфор 0,15 - 0,3; церий 0,012-0,042; олово0,04 - 0,14; железо остальное,2. Чугун по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что соотношение кальция и фосфора30 равно(1,3-5,0) 10:1.3, Чугун по и. 1, от л и ч а ю щи й с ятем, что коэффициент формы графита равен0,076 - 0,11.) 11 Ре1 11 В В 31 Ю Г.)1 В1ВВ Ю 1 с,О Ю Сю ЮЮЪ гге о 61 Л В юч гч ещ СВ О Г 4-ии еа а Сю О СВ СЭ О Ю Цею СВ 1 ЛЧЭ т СО цю С ГЧ ЮМ. СЧ СЧ Гч мюч 3 О о В м ВВЧ " ВЧСю тВ Отьоо О С Сю ШЮ СОооЮ Ю(Ч Г- ВЧ - ГЧ -.ооо аю ЮС 3 юоо Ю В 41 ЮЮ ГЧ Со ц 3 Ю ВЗО Ю В (В ц ц :В В МО ССО гЧ Вии,с О а а а ю ю В 3 ц л Щ Г В О О О ГЧаГЧ М -МГ 4 В В В ю . со со о -атВ гчгМГ 4- м В 1 ю 1 В ГВ М -3 Ю .О1 фо11 аюо1 С1о1 М11 аю1 Х11 фю юГхаю3 ЦоЮ Г 311ВВВВВВВВВВВ3ю3 В В В ю 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1 1 1 11 1 1 1 1 3 1 1 В 11 1 В 1 ю ю ВЧ1 В 1 1 СОВ ц 1СО ОЪ лГ 4 а В СО 34 О СВ СВ Св гн - Л В.- Д. Ц 3 Ц 3 ГВ т - М . Ц 3 ц ц 1 о а - -Ю мсэ -юоа а а ел л 111ю1 1 В В 1 1 1 3 1 В 1 1 1 1 1 ГЧВ 1 1 1 В 1 Щю 1 1 1 СГЮ 1 Ю 1 Х ю1 В. 1 1Вбюю 1 ГАВ 1 1 1 1-1 11 1 1 1 11В 111 3 В11 Ю1 Ю 1 В 1 11 1 1 1 1 Ю В В 1 1 1 Ю В В1 1 В ю 1 1 1 1 1 1В ю 1 1 ВЬЮ 1 СО 1 1 1 43 Сю СО МЪ ВЧв Я М Сю ЮЧ О ВЧ мюч ВЧ М С-б ГЧ ЦЪв аВЧ ЮФ сОВЧ юч ВЧ СЧ О ало ле со сО г 4 О О Г 1 алсо-осОО СОГЧ Ю.СГт СО 1111-Л Ю В1 В1 1ю г юВ ВВ Ю ЮВ Л 1В т 111ю 1ю1В У11 Юо 1 ю 1 1 1 1 В В ВО о 1 ОЮ 1 1 О ГЧ О М ОтО 1юСю 1311В1Вет 1М 1а1 О О -Ф а ла ГЧО ЛЮВЧ ЦСО 4 СО ВО ал сО гч. О Ц Г - Со.1 1 СВ В ссо ЦЬ В СГО Л М л ГЧ и и О вО ОСО ГЧ ГЧ СО т- О -4 3 В В В О В Ю г О Ц. иО В О ГЧт-- Гт 1 1 В 1 лг О В ОЛО СВ Л В ь О СОО О ГЧ В О М т- л Ю ВВВт- - М В ю ю 3 о о М гСГ 3 В Г-.О и тВ В В 1 елО сэ м О М ГВ Ц О- Юлы и МСОмю а ГЧ -С ВГЪ л л а ( О О а мю1 -- 43 11 ВВ ВВ 1В В УВВ ЛВ ВЧВ В О сом ла ГЧГЧ ГЮ Ю В сосо а о гчО - ц. со 3 3 3 га о ф о Га о".тВ1В -Г1 В В ю1 Ю ю ю 1 В 1 й 1 1 1 1 О 1 ВЮВ 1 1 Р 1 1 1 1 Ю 3 11Р 1 о о Вю1111 У 1 Ю 1 1 ЦВ 1 1 В В 1 В1 1В В 1 В 1 Г В 1 1 1 О 3 В ВГЧ Ю 1 В ВВВГЧ Гт ю В В 1 Г 4 Г 1 1 Г 1 О 1 е Л В 1 ОС 1лВ 1 1 1 4 ЛВ ЦВ юч 3 а е ВЧ -ев 1 О г 1 Ю ЦВМ 1 1 1 1 1