Чугун для металлических форм

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 22 СЗ АНИ БРЕТЕНИЯ ВТОРСКО ИДЕТЕЛ ЬСТВ тельный ин Карпенк и В.И.На СССР982.СКИХ ФО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) ЧУГУН ДЛЯ МЕТАЛЛИЧЕ Изобретение относится к металлургии, в частности к составам высокопрочных чугунов, используемых для изготовления деталей технологической оснастки, работающей в условиях теплосмен: пресс-форм, кокилей идрИзвестен высокопрочный чугун, содержащий, мас.о: углерод 3,0 - 4,5; кремний 1,5 - 3,0; марганец 1,0 - 1,5; магний 0,02-0,08; медь или олово и/или сурьма 003 - 008; железо остальное.Известный чугун обладает недостаточной термической стойкостью и низкой трещиностойкостью. Стойкость кокилей из такого чугуна при литье медных сплавов при нагреве до 850 С не превышает 8 - 12 ч.Известен высокопрочный чугун следующего химического состава, мас,ф: углерод 3,5-3,7; кремний 2,3-2,5; марганец 0,2-0,3; фосфор до 0,025; сера до 0,015; магний 0,04- 0,06; сурьма 0,004 - 0,006; железо остальное,Ы 1724716(57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве металлоформ. Чугун содержит, мас.о: углерод 2,7 - 3,1; кремний 2,6 - 3,2; маоганец 0,2 - 0,7; никель 1,4 - 2,2; ванадий .0,02 - 0,2; молибден 1,1 - 2,7; хром 0,03 - 0,3; бор 0,003 - 0,015; медь 0,32 - 0,85; магний 0,03 - 0,07; церий 0,02 - 0,05; цирконий 0,18-0,75; кальций 0,002-0,027; барий 0,002 - 0,005; железо остальное. Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна циркония, бора и бария позволяет повысить оЬ в 1,36 - 1,4 раза, термостойкость в 2,4-2,7 раза, д в 3,4 - 3,6 раза, а в 2,1-2,3 раза. Микроструктура отливок из этого чугунаимеет недостаточные однородность и стабильность, что снижает пластические свойства. В отливках отмечается большоесодержание неметаллических включений.Чугун имеет низкие упруго-пластическиесвойства, стойкость к тепловым ударам иэксплуатационную стойкость в условияхтеплосмен при нагреве до 600-850 С,аааЪНаиболее близким к изобретению явля- Ссется высокопрочный чугун, содержащий,мас.ф: углерод 3,3-3,8; кремний 1,3 - 2,5;марганец 0,5 - 1,0; никель 0,6-1,2; хром 0,1 -0,3; медь 0,3 - 1,2; кальций 0,01 - 0,08; магний0,01 - 0,035; редкоземельные металлы 0,010,1; алюминий 0,05-0,4; молибден 0,1-0,3;ванадий 0,08 - 0,5; олово 0,04-0,12; железоостальное.В качестве примесей чугун может содержать фосфор до.0,18 мас,о/ и серу до 0,03мас. о/.Данный высокопрочный чугун в литых 10 15 изделиях обеспечивает следующие механические свойства после отпуска и стабилизации структуры при 580-600 С в течение 6 ч,:Временное сопротивление 5при растяжении, МПа 490-590Твердость, НВ 248-269Сопротивление задиру, МПа 18,3 - 21,6Относительное удлинение, ф 1,7 - 2,3Износостойкость при 600 С,мг/м гс 245 - 315Трещиностой кость(эталон ВЧ), 82-89Теплопрочность, С 480-600Сопротивляемость тепловым ударам при нагреведо 850 С, циклы 800 в 12Загрязненность неметаллическими включениями,х 103 о 52 - 90 20Ударная вязкость, кДж/м 50-200Недостатком чугуна является низкая сопротивляемость тепловым ударам в условиях термоциклирования при нагреве до600 - 850 С, недостаточная износостойкость. При повышении содержания меди вчугуне усиливается ликвация, снижаютсяфактор формы графита и теплопрочность.Цель изобретения - повышение механических свойств и термостойкости чугуна, 30а также улучшение стойкости металлических форм.Поставленная цель достигается тем, чтовысокопрочный чугун, содержащий углерод, 35кремний, марганец, алюминий, никель,хром, молибден, ванадий, РЗМ, медь, кальций, магний и железо, дополнительно содержит цирконий, бор и барий приследующем соотношении компонентов, 40мас. : углерод 2,7, - 3,1; кремний 2,6 - 3,2;марганец 0,2-0,7; никель 1,4-2,2; цирконий0,18-0,75;молибден 1,1-2,7; ванадий 0,020,2; алюминий 0,02 - 0,08; магний 0,03 - 0,07;медь 0,32 - 0,85; хром 0,03 - 0,3; бор 0,003 - 450,015; церий 0,02-0,05; кальций 0,0020,027; барий 0,002 - 0,005; железо остальное,Легирование чугуна бором и циркониеми модифицирование барием значительноповышает сопротивляемость тепловым ударам и эксплуатационные свойства в условиях теплосмен.Дополнительное введение цирконияобусловлено тем, что он обладает эффектомизмельчения и инвертирования структуры, 55оказывает микролегирующее воздействие,повышает стабильность структуры в условиях тепловых ударов и ее термическую и эксплуатационную стойкость, чтообеспечивает существенное повышение сопротивляемости высокопрочного чугуна термическим ударам, При повышении концентрации циркония (более 0,75 мас.ф 4) увеличивается количество дефектов кристаллической решетки металлической основы, неметаллических включений по границам зерен, ухудшается фактор формы графитных включений, повышаются термические напряжения, что снижает технологическую пластичность, трещиностойкость и сопротивляемость термическим ударам. Нижний предел концентрации циркония (0,18 мас,ф ) обусловлен его недостаточным микролегирующим влиянием на структуру и низкими эксплуатационными свойствами чугуна в условиях термических ударов.Дополнительное введение бора обусловлено его модифицирующим воздействием, улучшением морфологии структуры, повышением упругопластических свойств, термической стойкости, что способствует увеличению сопротивляемости чугуна тепловым ударам. При концентрации бора до 0,003 мас. фмодифицирующий эффект и повышение сопротивляемости тепловым ударам недостаточны, а при концентрации его более 0,015 мас.увеличивается количество неметаллических включений по границам зерен, снижаются упругопластические свойства, сопротивляемость термическим ударам и эксплуатационная стойкость.Барий повышает стабильность структуры, способствует упрочнению матрицы, очищает границы зерен, снижает загрязненность чугуна неметаллическими включениями, служит поверхностно-активной добавкой, повышает термическую стойкость, эксплуатационную и пластические свойства, При концентрации до 0,002 мас,модифицирующий эффект недостаточен, а при повышении содержания (более 0,005 мас. ) увеличивается содержание неметаллических включений и неоднородность структуры, снижаются технологическая пластичность, динамическая прочность, термическая стойкость и эксплуатационные свойства.Граничные параметры содержания углерода 2,7 - 3,1 мас. ) и кремния (2,6 - 3,2 мас.) определены исходя из практики производства высокопрочных чугунов с повышенными пластическими и эксплуатационными свойствами, износостойкостью и термической стойкостью, При концентрации углерода более 3,1 мас,и кремния более 3,2 мас,снижаются предел выносливости, термическая стойкость, ударная вязкость и другие механические и эксплуатационные свойства чугуна, а при концентрации углерода до 2,7 мас.и кремния до 2,6 мас. возрастают термические напряжения, снижаются трещиноустойчивость, термическая стойкость, ударная вязкость и другие пластические свойства в отливках, что снижает эксплуатационную стойкость чугуна в условиях теплосмен при нагреве до 850 С.Ванадий вводят как эффективный микролегирующий и упрочняющий компонент, усиливающий эффект измельчения матрицы и графитных включений, обеспечивающий однородность структуры и повышение термической и эксплуатационной стойкости и упруго-пластических свойств и их стабильности. Верхний предел концентрации ванадия (0,2 мас,о ) обусловлен усилением отбела, снижением технологической пластичности чугуна и увеличением склонности к трещинам при более высоком его содержании, что снижает эксплуатационные и упруго-пластические свойства. При уменьшении концентрации ванадия (менее 0,02 мас.%) укрупняется структура и снижается динамическая прочность, предел текучести, термическая и эксплуатационная СТОЙ КОСТЬ. Содержание легирующих добавок, в количестве, мас.%: марганец 0,2-0,7; медь 0,32 - 0,85; молибден 1,1 - ,7; никель 1,4 - 2,2; хром 0,03 - 0,2 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 церия в количестве 0,02 - 0,05 мас, , алюминия 0,02-0,08 мас кальция 0,002 - 0,027 мас.и магния 0,03-0,07 мас,ообусловлено их высокой модифицирующей эффективностью и поверхностной активностью, которые в этих количествах обеспечивают очистку границ зерен, повышение пластических свойств, трещиноустойчивости, стойкости 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 снижаются 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 эксплуатационные свойства и увеличивается их угар,Олово в отливках увеличивает отбел, нестабильность структуры и снижает фактор формы графита, термическую стойкость, эксплуатационную стойкость, технологическую пластичность и упруго-пластические свойства, поэтому оно исключено из состава предлагаемого высокопрочного чугуна.Опытные плавки чугунов проводят в индукционных печах с использованием в каче-. стве шихтовых материалов литейных чугунов, полуфабрикатного и марганцовистого никеля, чугунного и стального лома, ферробора, феррованадия, ферромолибдена, ферроциркония,силикокальция и других ферросплавов. Микролегирование чугуна феррованадием, ферроцирконием, силикомарганцем проводят в электропечи в конце плавки при 1500-1520 С, а модифицирование ферроцерием, ферробором, сплавами бария и магния - непосредственно в раздаточных. литейных ковшах, Для определения отбела заливают ступенчатые и клиновые технологические пробы. Ударную вязкость определяют на образцах 10 10 55 мм с полукруглым надрезом. Заливку производят при 1420 - 1450 С,Содержание компонентов в высоко- прочном чугуне определяют методами спектрального и дифференцированного химического анализа, Эксплуатационную стойкость определяют при литье бронзы Бр.05 С 17 в чугунные металлические формы с нагревом до 850 С.Механические свойства и термическую стойкость определяют на стандартных образцах, а сопротивляемость термическим ударам на образцах, вырезанных из отливок, после изотермической выдержки при380-420 С.Термическая стойкость, механические свойства и сопротивляемость термическим ударам у предлагаемого чугуна выше, чем у известного высокопрочного чугуна.Хорошее сочетание свойств предлагаемого высокопрочного чугуна обеспечивает повышение эксплуатационной стойкости кокилей и пресс-форм, работающих в условиях теплосмен при литье медных сплавов,Формула изобретения Чугун для металлических форм, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, кальций, магний, церий, алюминий, молибден, ванадий, медь и железо, о.т л и ч а ющ и й с я тем, что, сцелью. повышения механических свойств и термостойкости чугуна, а также улучшения стойкости металлических форм, он,дополнительно, содержит цирконий, бор и барий при следующем со1724716 8 10 20 30 35 40 50 Составитель Г,КовалевскийТехред М.Моргентал Корректор Л.Бескид Редактор Н.Гунько Заказ 1152 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 отношении компонентов, мас.: углерод 2,7-3,1; 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; церий 0,025 0,05; алюминий 0,02-0,08; молибден 1,12,7; ванадий 0,02-0,2; медь 0,32-0.85; цирконий 0,18-0,75; бор 0,003-0,015; барий0,002-0,005; железо остальное.