Чугун

(57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для производства раздаточных тиглей и литейных форм. Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости в среде расплавленного алюминия, а также увеличение механических и технологических свойств Предложенный чугун содержит; мас,%: С 2,5-3,2; 31 1,5 - 3,5; Мп 0,5 - 0,8; А 1,5-3,5; Сг 0,5-0,8; ИЬ 0.3-0;5; Ва 0,005 - 0,01; Ре остальное. Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна ЙЬ и Ва позволяет повысить коррозионную стойкость в 1,05 - 1,2 раза. (ть в 1,08-1,7 раза, НВ в 1,08 - 1,16 раза и жидкотекучесть в 1,27- 1,32 раза. 2 табл.(54) Ч Например, чугун, содержащий, мас. : угле; род 2,5 - 3,2; алюминий 5,5 - 7,0; кремний 1,6- 2,3; марганец 0,6 - 0,8; железо и примеси остальное,Алюминиевые чугуны обладают высо- кОЙ коррозионнОЙ стОЙкостью, жаростоЙкостью и ростоустойчивостью. В то же время механические свойства таких чугунов низки, что ограничивает их применение в деталях, испытывающих статические напряжения и ударные нагрузки. Кроме того, усложнение технологии получения чугунов, требующей одновременного проведения раздельной плавки алюминия и чугуна, а также трудности, связанные с получением здоровых плотных отливок этих сплавов вследствие выделения большого количества тугоплавкого шлака (пены) и избыточного углерода в виде спели накладывают дополнительные ограничения на использование чугунов в промышленности," Наиболее близкимтехнической сущности еталлургии, ИОН НО-СТОЙ- ническими к изобретению пои достигаемому реГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И,ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Физико-технический институт АН БССР и 11-й Государственный подшипниковый завод(56) Бобро Ю.Г.Жаростойкие и ростоустойчивые чугуны, Машгиз, 1960,.с. 148 - 157.Авторское свидетельство СССР М 502971, кл. С 22 С 37/10, 1974,Изобретение относится к мв частности к изысканию коррозких чугунов с высокими мехасвойствами.Предлагаемый чугун может быть использован в качестве материала деталей, работающих при высоких температурах в контакте с агрессивной средой под воздействием силовых факторов, Такими деталями могут являться тигли, используемые в процессе плавки алюминия и его сплавов, и литейные формы, применяющиеся при производстве алюминиевых отливок методом литья под давлением, Материал, предназначенный для этих деталей, должен обладать высокими механическими свойствами, коррозионной стойкостью в среде расплавленного алюминия, жаростойкостью, ростоустойчивостью и технологичностью (высокими литейными свойствами).Известны жаростойкие алюминиевые чугуны (чугали), в которых содержание алюминия варьируется от 5,5 до 24,0 мас.о 1731857 А 1зультату является хромоалюминиевый чугун следующего химического состава, мас.%: углерод 2,2 - 3,7; кремний 0,5-3,0; марганец 0,8-3,0; хром 0,16-1,0; алюминий 2,0-7,0, титан О,1-1,0; железо и примеси остальное.Недостатками этого чугуна являются низкие механические свойства и коррозионная стойкость в среде расплавленного алюминия, что затрудняет его практическое использование в качестве материала тиглей и литейных форм, работающих в контакте с жидким алюминием под воздействием силовых факторов.Целью изобретения является повышение корроэионной стойкости, механических и технологических свойств чугуна в среде расплавленного алюминия.Поставленная цель достигается тем, что в чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, алюминий и железо с примесями, дополнительно вводится ниобий и барий при следующем соотношении компонентов, мас.0 ; углерод 2,5 - 3,2; кремний 1,5-3,5; марганец 0,5 - 0,8; алюминий 1,5- 3,5; хром 0.5 - 0,8; ниобий 0,3 - 0,5; барий 0,005-0,01; железо и примеси (сера до 0,12%, Фосфор до 0,20%) остальное.Приведенные соотношения компонентов обеспечивают совокупность высоких свойств чугуна - коррозионную стойкость в среде расплава алюминия, жаростойкость, механические и технологические свойства.Известны технические решения, в которых путем раздельного или совместного легирования ниобием или (и) барием достигается повышение термостойкости, механических и антифрикционных свойств чугунов, снижение их склонности к отбелу. Так введение бария в состав чугунов позволяет повысить их изчосостойкость, прочность и стойкость против отбела тонкостенных отливок. При введении в состав чугунов ниобия реально достигается их высокая износостойкость и термостойкость, Совместное легирование чугунов ниобием и барием обеспечивает повышение их твердости до температур 700 С износостойкости в условиях ударно-абразивного износа при 20-600 С и коррозионной стойкости в промышленной атмосфере, Химические составы чугуна представлены в табл. 1; результаты испытаний в табл, 2,Опытные плавки проводят в индукционной печи с кислой футеровкой. В качестве шихтовых материалов служит чугун ЛК 4, стальной лом, чушковый алюминий А 99, ферросилиций ФС 75, ферросиликохром ФСХЗЗ, феррониобий ФН 4 и силикобарий ССБА. Феррониобий, ферросиликохром, ферросилиций и силикобарий подшихтовывают в расплавленный чугун. Алюминий в твердом состоянии вводят в тигель в концеплавки. Температура перегрева 1723 К, температура заливки 1623-1653 К,Образцы для испытаний отливают в сухие песчано-глинистые формы. Предел5 прочности при растяжении(сгь) определяютна стандартных образцах по стандартнымметодикам.Коррозионную стойкость определяютгравиметрическим методом при испытании10 образцов диаметром 10 мм и высотой 20 ммв расплавленном алюминии при 1073 К втечение 200 ч. Алюминий, налипший на образцах в процессе испытания, удаляют путем стравления в 100 -номводном растворе15 йаОН.Жаростойкость определяют гравиметрическим методом по известной методикепри 1073 К в течение 200 ч,Характеристикой технологических20 свойств служит длина спирали, определяемая при заливке расплава при 1623-1653 Кв песчано глинистую ФормуПределы по содержанию углерода ограничены исходя иэ необходимости предотв 25 ратить отбел, уменьшить усадку и улучшитьобрабатываемость чугуна, При содержанииуглерода - менее 2,5 мас.0(состав 1) вструктуре чугуна появляется цементит, чтовызывает снижение прочностных свойств.30 Повышение содержания углерода более 3,2мас.70 (состав 2) приводит к появлению вструктуре стали большого количества графитной фазы в виде крупных пластинчатыхвыделений и, как следствие, значительному35 снижению механических свойств.Марганец при содержании в указанныхпределах 0,5-0,8 мас.способствует перлитизации структуры, предотвращая появление. Феррита. Полученные отливки40 характеризуются равномерной структуройпо сечению и высокой ростоустойчивостью.В структуре чугунов с содержанием марганца более 0,8 мас,0(состав 4) наблюдаетсяотбел, что приводит к снижению прочно 45 стных свойств, Уменьшение содержаниямарганца менее 0,5 мас.% (состав 5) приводитк появлению в структуре чугуна феррита, чтоснижает прочностные характеристики и ростоустойчивость. Это вызывает повышен 50 ное коробление чугунных Отливок.впроцессе эксплуатации при повышенныхтемпературах.При содержании алюминия более 3,5мас,% и кремния более 3,5 мас, (состав 3)55 резко понижаются механические свойствасплавов. Это происходит вследствие увеличения доли свободного феррита и графита вструктуре чугуна.1731857 При понижении содержания алюминия менее 1,5 мас.% (состав 1), кремния менее 1,5 мас,% (состав 5) и хрома менее 0,5 мас,% (состав 2) резко ухудшается жаростойкость славо,Введение в состав чугуна хрома в количестве, превышающем верхний предел 0,8 мас.% (состав 4) вызывает отбел, что ведет к снижению характеристик прочности.При введении в состав чугуна ниобия в количестве 0,3-0,5 мас,% и бария 0,005- 0,010 мас.% в значительной степени повышаются коррозионная стойкость, механические и технологические свойства вследствие образования модифицированной структуры с измельченным зерном и равномерным распределением карбидной фазы, Исследуемые свойства чугунов с содержанием ниобия менее 0,3 мас.% (состав 11) и бария менее 0,005 мас.% (состав 14) низки и находятся на уровне прототипа, Увеличение содержания ниобия более 0,5 мас.% (состав 12) и бария более 0,010 мас,% (состав 13) с зкономической точки зрения нецелесообразно, так как не дает эффекта в повышении свойств и удорожает литье.Из анализа результатов испытаний, приведенных в табл, 2, следует, что оптимальным комплексом механических, антикоррозионных и технологических свойств обладают образцы составов 6-10,Та бл и ца 1 Содержание элементов, мас. Составстали Ге и примесиВа Сг Мп А Остальное1,7 0,6 1,4 4,5 3,0 Предлагаемый1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Известныйй 15 Предлагаемый чугун по сравнению с известным обладает более высокой коррозионной стойкостью в среде расплавленного алюминия, превосходит его по прочно стным и литейным свойствам. Это позволяет использовать изобретение в качестве материала раздаточных тиглей и литейных форм, использующихся в процессе производства литых алюминиевых деталей, в час;10 тности методом литья под давлением.Алюминиевые отливки, получаемые в процессе производства с использованием таких тиглей и форм, обладают более высокими механическими свойствами 15 вследствие уменьшения количества продуктов коррозии, стенок тиглей и форм, загрязняющих расплав,Формула изобретения20 Чугун, содержащий углерод, кремний,марганец, алюминий, хром и железо, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости в среде расплавля емого алюминия, механических и технологических свойств, он дополнительно содержит ниобий и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2,5 - 3,2;. кремний 1,5 - 3,5; марганец 0,5 - 0,8; ЗО алюминий 1,5-3,5; хром 0,5 - 0,8; ниобий 0,3 -0,5; барий 0,005-0,01; железо остальное.Предел прочностиб, МПА Состав сплава 0,18 12,О 240 Составитель О.СтолярТехред М.Моргентал Редактор О. Головач Корректор И.Муска Заказ 1559 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Известный15 230 200 220 250 260 305 310 315 280 320 260 290 300 220 220 180 210 245 260 260 270 270 250 280 220 260 270 200 0,40 0,32 0,14 0,25 0,35 0,24 0,16 0,18 0,20 0,24 0,25 0,22 0,24 0,20 1 1,2 1 1,8 10,5 10,4 11,2 10,2 10,8 1 1,0 10,0 1 1,5 13,2 1 1,2 1 1,2 12,6 620 620 630 640 610 620 635 630 625 635 615 630 625 580