Сплав на основе железа

(22) Заявлено 28,07. 81 (21) 3323221/22-02 с присоединением заявки М- (23) Приоритет -Опубликовано 150233. Бюллетень Мо 6 Дата опубликования описания 17.02.83(1 М Кп 3 С 22 С 38/16 Государственный комитет СССР по делам изобретенийи открытий(54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗ Изоб ение относится к металнкретнее к изысканию пресплавов на основе железа температурным коэффициеного расширения (ТКЛР).н сплав на основе железа щего химического состава,ТКЛР известного с ТКЛР стекла Кв инОднако недостатко сплава, являются низк ства, что не позволя из него изделия слож с помощью литья. Нед ного сплава является но высокая стоимость содержания никеля извест- носительсокого ие литей- сти 35-370,08-0,10,352,5-3,50,8-1,2Остальио Цель изобретения -,улучш ных свойств и снижение стои сплава,Данная цель достигается сплав на основе железа, со никель, углерод, кремний,дополнительно содержит ме земельные металлы, при сле отношении компонентов, вес Никель 35-37 2,1-2,5 1,0-1,5 3-3,6 5 3-3,6ц темдермаргдь ид)чОщ что жащийнец, едком соНедляется примен КГО ного сплава явто не позволяет ев со стеклом щем ТКЛР, равостатком известнизкий ТКЛР, чять его для спаСТ 3514-67, имеюный 7,510-о град-".Наиболее близким к иЗопо технической сущности иму результату является спнове железа 11 следующегго состава, вес.Ъ:НикельУглеродКремнийМарганецЖелезо етениюостигаемов наос- химическо 2 45,5-46, 4 0,050,300,40Остально 0,04-0,4 ОстальноеВыплавку описываемогов высокочастотной инлургии, кцизионныхс заданнымтом линейИзвест1следуювес.ЪНикельУглеродКремниМарганТитанЖелезо УглеродКремнийМедьМарганецРедкоземельнметаллыЖелезоПример.плава проводят плава близок ктервале 20-100 См известногоие литейные свойет изготавливатьной конфигурацииостаткомтакже отиз-за вы996503 дукционной печи в тигле емкостью160 кг с кислой футеровкой.В качестве шихтовых материаловиспользуют следующие материалы,Полупродукт Чусовского металлургического завода с содержанием, : углерода 4,7;. серы 0,028; Фосфора0,018 у марганца 0,02 р хрома 0,09 уостальное железо ТУ 14-15-42-77, Никель марки Н 1 ГОСТ 849-70, Медь маркиМ 1 ГОСТ 859-78. Ферромарганец углерО-,дистый ГОСТ 4755-70 с содержанием,: марганца 94,1, углерода 2,3, серы 0,007, ферросилиций ФС 75 ГОСТ 1415-78 с содержанием кремния 87,7, углерода 0,01. Стапь низкоуглеродистаямарки ЭГОСТ 11036-75. Мишметалл. 15цериевый МЦ 40 ТУ 48-4-280-79. Алюминий марки А 98 ГОСТ 11069-74. Ферросилиций в заявляемый сплав вводят в 2 приема: 30 по весу в начапе плавки, а 70 - в конце. Мишметалл вводят под струю сплава в ковш.Для стабилизации размеров образцов и отливок за счет обеспечения равновесного распределения углерода в структуре сплава образцы и детали проходят следующую термообработку: отжиг в течение 1-1,5 ч при 1000 С и охлаждение с печью. Указанные шихтовые материалы,технология выплавки и термообработки используются для всех деталей иобразцов,В табл. 1 приведены химсоставыописываемого сплава и известного. Таблица 1аш Химический состав, вес. Сплав М С 5 Нп Со РЗМ в Сг 5 сумме0,012 0,012 Остальное 46,1 0,03 0,2 0,3 -2 ф Предлагаемый3 То же4 35,0 2,1 1,0 3,0 3,0 0,04 0,10 0,012 0,013 То же 36,0 2,3 1,3 3,3 3,3 0,26 0,10 0,011 0,014 -1,5 3,6.3,6 0,40 0,08 0,009 0,013 37,0 2,5 1 к 5 ЗкбЗкб Ок 40 Ок 08 Ою 009 Ок 013 5 35,0 2,5 360 2 к 1 1 сО 303 кО Ог 04 010 Ог 012 Ок 013- Основные компоненты предлагаемого сплава: железо," никель; углерод; кремнимарганец, медь и РЗМ, остальные элементы - примеси.- Получена из плавки 9 5 путем дошихтовки, никеля в печи,%- Получена из плавки 9 2 путем дошихтовки никеля в печи,По сравнению е известным бинарным сплавом железо-никель вводимые элементы повышают его ТКЛР до заданного значения. Роль редкоземельных металлов РЗМ ) заключается в сфероидизации включений графита в сплаве, необходимой для увеличения ТКЛР. Углерод и кремний обеспечивают хорошие литейные свойства сплава. Помимо этого, кремний действует как графитизатор, что важно с точки зрения предупреждения отбеливания сплава в случае его быстрого охлаждения.Указанные пределы содержания элементов в сплаве выбраны в связи со следующими обстоятельствами. Увеличение или уменьшение содержания никеля приводит к возрастанию ТКЛР сверх допустимых пределов, Уменьшение содержания углерода ведет к ухудшению жидкотекучести сплава и снижению его ТКЛР. Превышение содержания 45 углерода создает неоднородностьраспределения включений графита повысоте отливки вследствие его всплывания в ее верхние части и возрастанию ТКЛР сверх допустимого предела.Снижение содержания кремния ухудшает жидкотекучесть сплава и уменьшаетего ТКЛР, а увеличение - ведет к превышению допустимого значения ТКЛР иповышению углеродного эквивалентасплава до.заэвтектического значения,что вызывает флотацию графита. Снижение или "увеличение содержания марганца и меди ведет соответственно кснижению или увеличению ТКЛР сплаваза допустимые пределы. Снижение со держания РЗМ не обеспечивает полнойсфероидизации графита в структуресплава. Превыаение содержания РЭМ вызывает появление в структуре сплавапластинчатого графита, вследствие 65 эФфекта перемодифицирования.996503 ных предприятий. Состав сплава обеспечивает требуемый ТКЛР ( 7,510,75)ф10град-.В табл. 2 приведена трещиноустойчивость предлагаемого и известного сплавов.Т а б л и ц а 2 Полученные результаты Опыт, Плав- СплавВ ка, В Вид залив ае"мого образца Температура заливкифС Числозалитых образцов Проба 1550ИПЛ Известный46 Н.Во всех пробах об-наружены трещиныдлиной 10-28 мм ПредлагаеьыйИзвестный То же 1400 Отливка 1540 Р 1 Трещин не обнаружено На. 12-ти отливкахобнаружены трещинына участке стенкитолщиной 4 мм, расположенном междудвумя массивными узлами Предлагаемый То же 1400 ф " 1390 1 - 1390 10 То же То же Известный46 Н Отливка 1540Р 2 На 2-х отливках об"наружено по одной.сквозной трещине,на 2-х отливках -по две Предлагаемый То же 1400 3 3 Трещины не обнару-.жены ф - 1380 То же То же котекучести, используют спиральнуюпробу, изготовленную в песчано-гли- .нистой форме, Определяют условно-истинную жидкотекучесть при одинаковойвеличине перегрева металла над тев-.пературой ликвидуса. По полученнымпредварительно данным температураликвидуса описываемого сплава составляет 1240 С, а температура ликвидусасплава 46 Н - 1420 С.,Таким образом,пробы на жидкотекучесть заливают приравной температуре перегрева над температурой ликвидуса 120 С. В табл. 3 приведена условно-истина ная.жидкотекучесть предлагаемого и известного сплавов. Разработанный сплав обладает высокой трещиноустойчивостью и жидко- текучестью, имеет интервал содержания никеля, достаточный для стабильного получения сплава в малотоннажных печах литейных цехов приборостроитель Для определения трещиноустойчивости иэ выплавленных сплавов изготавливают пробы диаметром 140 мм, с толщиной стенки 8 мм,высотой 120 мм. Кроме этого заливаются опытные отливки: вес. 740 г, габаритные размеры 130 х 60 х 60, минимальная 55 стенка 4 мм, Р 2,вес 2650 г, габаритные размеры 210 х 150 х 110, минимальная стенка 5 мм, пробу и отлив-ки изготавливают литьем по выплавляеьвм моделям. 60Описываемый сплавтабл. 2 ) значительно превосходит известный сплав .по трещиноустойчивости.Для оценки второго параметра, характеризующего литейные свойства жид 10 Трещины не обнару- жены996503 Таблица 3 Жидкотекучестьсредняя длиназалитой частиспирали ), мм Количество залитых проб Сплав Температура заливкио Плавка, У Известный46 Н 382 1540 Предлагаемый 514 1360 530 1 збо То же 11 збо Из рассмотрения табл. 3 видно,что описываемый сплав существенно 2 рпревосходит известный по жидкотекучести.ВелиЧину ТКЛР определяют на образцах, полученных литьем по выплавляемым моделям. Изготавливают образцы 25диаметром 5,0"мм, длиной 50 1 0,1 мм.ТКЛР в интервале 20-100 ОС определяютна кварцевом дилатометре на 5-ти образцах каждого состава. Среднеквадратичное отклонение ТКЛР образцов непревышает 0,15 х 10 б град-",В табл. 4 приведены полученные результаты измерения ТКЛР пред.лагаемого сплава,Таблица 4 35 Плавка, Р Средний ТКЛР в интервале 20-100 ОС,град-6 Формула изобретения Сплав на основе железа, содержащий 40 никель, углерод, кремний, марганец,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения литейных свойств и снижения стоимости, он дополнительно содержит медь и редкоземель" ные металлы при следующем соотноше" нни компонентов, вес.Ъ:никель 35-37Углерод 2,1-2,5Кремний 1,0-1,55 р Медь 3,0-3,6Марганец 3,0-3, бРедкоземельныеметаллы 0,04-0,40Железо Остальное 7,02 7,43 8,17 8,23 ВНИИПИ Заказ 850/40 Тираж б 25 .,ПодписноеЮееФилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 6.680ТКЛР предлагаемого сплава в среднем составляет 7,5 + 0,75) 10 град что является необходимым с точки зрения конструктивных соображений .По сравнению с известным сплавом описываемый является более дешевым, в связи с. более низким на 10) содержанием никеля. Введеные же дополнительно в состав сплава элементы имеют меньшую стоимость, чем никель 3 руб. 85 коп за 1 кг ). Так, стоимость 1 кг низкоуглеродистой сталитипа Э 10, Э 12 составляет 15-17 коп,меди катодной МГОСТ 859-78 ) -83 коп. за 1 кг ферромарганца углеродистого с содержанием марганца94,1 Ъ (ГОСТ 4755-70) - 36 коп, за1 кг;ферросилиция ФС 75 (ГОСТ 1415-78)13,5 коп. за 1 кг. Описываемый сплавцелесообразно использовать в оптико-механической промышленности дляизготовления металлических оправряда деталей из стекла К 8-линз,призм,зеркал и других. Внедрение сплавав отрасли позволяет получить экономический эффект не менее 500 тыс.руб.в год,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Прецизионные сплавы. Справоч-.ник под ред. Б.В;,Молотилова, М.,