Чугун

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 9) (11) А 1) 4 С 22 С 37/06 ОСУД БРЕТЕ 4 й политехничес. М.И.К рдюков 8) т СССР1982.ССР1986. ельство37/00,ьство С 37/00,ласти ситс сти к термостоилических Форм. РСТВЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССР М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ САНИЕ ИЗ АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(71) Всесоюзный заочкий институт(57) Изобретение отметаллургии, в частким чугунам для мет Целью изобретения является повышениеэксплуатационной стойкости в условиях периодических нагревов и охлаждений от 293 до 800-1000 К. Предложенный чугун содержит, мас.7: углерод3,0-.3,6; кремний 1,8-2,6, марганец07-1,5; титан 0,15-0,4; цирконий0,12-0,4; кальций 0,01-9,08; ниобий0,03-0,2; сурьма 0,02-0,1; азот 0,020,18; бориды иттрия 0,03-0, 11 боридылантана 0,02-0,05; хром 0,12-0,51медь 0,05-0,35; церий 0,03-0,12; барий 0,04-0,08; железо - остальное.Термическая стойкость предложенногочугуна составляет 2710-3240 циклов,2 табл.Изобретение относится к металлургии, в частности к термостойким чугунам, применяемым для изготовленияметаллических форм, работающих в условиях периодических нагревов и охлаждений.Цель изобретения - повышение эксплуатационной стойкости в условияхпериодических нагревов и охлажденийот 293 до 800-1000 К,Предложенный чугун содержит углерод, кремний, марганец, титан, циркона%, кальций, ниобий, сурьму, азот,бориды иттрия, бориды лантана, хром, 15медь, церий, барий и железо при следующем соотношении компонентов,мас.%:углерод 3,0-3,6Кремний 1,8-2,6 20Марганец 0,7-1,5Титан 0,15-0,4Цирконий 0,12-0,4Кальций 0,01-0,08Ниобий 0,03-0,2 25Сурьма 0,02-0,1Азот 0,02-0,18Бориды иттрия 0,03-0,1Бориды лантана 0,02-0,05Хром 0,12-0,51 30Медь 0,05-0,.35Церий 0,03-0,12Барий 0,04-0;08Железо Осталь ное35Дополнительное введение хрома в количестве 0,12-0,51 мас,% микролегирует металлическую основу, упрочняет ее, увеличивая сопротивляемость эрозии и кавитации и повышает корро зионную усталость, микротвердость и термическую стойкость, что обеспечивает существенное повышение кавитационной и эксплуатационной стойкости при 800-1000 К,При концентрации хрома 45 до 0,12 мас.% упрочнение металлической основы и увеличение сопротивляемости эрозии и кавитации недостаточны, а при концентрации их более 0,51 мас.7 увеличивается выделение нитридов 50 хрома по границам зерен, их коагуляции и снижение пластических свойств и сопротивляемости кавитации.Дополнительное введение бария в количестве 0,04-0,08 мас.% повышает стабильность структуры в широком интервале температур и компактность (фактор формы) углерода, уменьшает содержание неметаллических включений и загрязненность границ зерен, увеличивает сопротивляемость чугуна напряжениям и знакопеременным динамическим нагрузкам, что обеспечивает повышение ударной вязкости и эксплуатационной стойкости при повышенных температурах. При концентрации бария менее 0,04 мас.% повышения стабильности структуры и эксплуатационных свойств чугуна не достигается, а при повышении содержания его более 0,08 мас.% отмечается усиление графитизирующего влияния бария на структуру металла, выделение крупных пластин углерода в литом металле и снижение механических свойств как при обычных, так и при повышенных температурах.Дополнительное введение меди в количестве 0,05-0,35 мас,% измельчает структуру, увеличивает прокаливаемость и твердость чугуна, оказывает влияние на природу упрочняющих фаз и их термическую стойкость, что способ" ствует снижению износа и повышению кавитационной стойкости. Содержание меди принято от концентрации, при которой начинает сказываться их влияние на структуру отливок и кавитационную стойкость, а верхний предел меци (0,35 мас.%) обусловлен снижением предела выносливости стрелы прогиба и пластических свойств ввиду снижения растворимости ее в металлической основе при более высоких концентрациях и увеличения ликвации в отливках.Дополнительное введение церия в количестве 0,03-0,12 мас.% способствует измельчению включений графита, повышению эксплуатационной стойкости, трещиностойкости, износостойкости и прочности чугуна при повышенных температурах, Нижний предел концентрации церия принят от значения, с которого начинает, сказываться его влияние на размеры и форму графита, При увеличении концентрации церия более 0,12 мас,% возрастает угар металла, увеличивается количество не металлических включений по границам зерен, снижаются пластические и эксплуатационные свойства чугуна при нагреве и охлаждении. Содержание углерода, марганца и кремния выбрано с учетом практики производства термостойких отливок и с повышенной стабильностью эксплу 1406202атационных и механических свойств. При увеличении их концентрации вьппе верхних пределов стабильность прочности, предела выносливости и характеристики упругопластических свойств снижаются, а при снижении ниже нижних пределов недостаточны литейные свойства, прочность и эксплуатацион ная стойкость при температурах более 10 800 К.Титан (0,15-0,4 мас,7.), ниобий (0,03-0,2 мас.7.), цирконий (0,12- 0,4 мас.7.) и азот (0,02-0,18 мас.%) упрочняют и микролегируют матрицу, 15 повышают ее термостойкость и эксплуатационную стойкость при 800-1000 К.Введение сурьмы измельчает графит, нейтрализует влияние хрома при термоупрочнении, снижает коэффици ент термического расширения и повышает сопротивляемость термомеханическим воздействиям, что обеспечивает повьппение эксплуатационной стойкости кокилей при нагреве до 800- 25 1000 К, При концентрации сурьмы до 0,02 мас.7 сопротивляемость термомеханическим воздействиям и эксплуатационная стойкость кокилей недостаточ. ны, а при концентрации сурьмы более 30 0,1 мас.% снижается термическая стойкость и сопротивляемость кокилей ударам и знакопеременным нагрузкам.Введение кальция в количестве 0,01"0,08 мас.7 раскисляет и модифицирует расплав, очищает границы зерен, повышает эксплуатационную стойкость в условиях теплосмен, Верхний предел ограничен недостаточной растворимостью кальция в чугуне, а при 40 концентрации кальция менее 0,01 мас.7 модифицирующий эффект недостаточен, что приводит к снижению эксплуатационной стойкости кокилей.Бориды иттрия в количестве 0,03- 45 0,1 мас.7 упрочняют металлическую основу и повышают ее микротвердость и прочность, увеличивают износостойкость чугуна в отливках, термическую и фрикционную теплостойкость при по 50 вьппенных температурах, что обеспечивает существенное повьппение эксплуатационной стойкости при термическом и фрикционном разогреве до 800-1000 К, При содержании боридов нттрия до55 0,03 мас.% увеличение микротвердости и эксплуатационной стойкости при фрикционном разогреве незначительное, а при концентрации боридов иттрия более О,1 мас.% увеличивается количество включений, расположенных по границам литых зерен, снижается динамическая прочность чугуна и эксплуата-ционная стойкость.Бориды лантана в количестве 0,02- 0,05 мас.7. мнкролегнруют металлическую основу, увеличивают ее стабильность до более высоких температур и повышают стабильность предела выносливости, что обеспечивает снижение износа при фрикционном разогреве до 800-1000 К, Нижний преДел концентрации боридов лантана принят от значений (0,02 мас.%), когда заметно повьппается микротвердость матрицы и стабильность предела выносливости при 1000 К, а верхний предел концент рации боридов лантана (0,05 мас.%) обусловлен снижением фрикционной теплостойкости при 800-1000 К при более высоких концентрациях боридов лантана.П р и м е р. Опытные плавки проводят в дуговой электропечи емкостью 1,5 т с кислой футеровкой. Микролегирование медью производят в печи за 3-б мин до выпуска в ковш. Перегрев чугуна составляет 1700-1750 К. Бориды иттрия, лантана, сурьму, церий и модификаторы вводят в ковш. Разливку металла производят в сухие жидкостекольные формы при 1 б 50-1780 К.В табл, 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок; в табл,2- результаты механических и эксплуатационных испытаний чугунов, полученные на заготовках и пробах в литомсостоянииУсвоение хрома составило 92-95%,меди 81-84%, церия 78-81% и бария73-777Структура чугуна в отливках - перлитная с вермикулярьым графитом,Как видно из табл. 2, предложен"ный чугун обладает более высокой экс"плуатационной стойкостью в условияхпериодических нагревов и охлажденийи более стабильным пределом выносливости при знакопеременных нагрузкахпри 800-1000 К,Формула из о бр ет енияЧугун, содержащий углерод, кремний, марганец, титан, цирконий, кальций, ниобий, сурьму, азот, бориды иттрия, бориды лантана и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,, 0,09 0,2 0,1 0,02 0,05 0,1 Сурьма 0,1 0,02 0,12 0,18 Азот Бориды лантана 0,05 0,01 0,05 0,02 Бориды иттрия 0,08 0,06 0,1 0,37 0,51 0,23 0,35 0,03 0,12 Хром Медь 0,05 0,07 О;12 0,03 Церий 0,04 0,06 0,08 Барий Ост,Ост,Ост. Ост,Железо 5йцелью повышения эксплуатационной тойкости в условиях периодических агревов и охлаждений от 293 К до 00-1000 К, он дополнительно содерз 1 ит хром медь, церий и барий при едующем соотношении компонентов,сейл ЦирконийКальцийНиобийСурьмаАзотБориды иттрияБориды лантанаХромМедьЦерийБарийЖелезо Ое 12 Оэ 40,01-0,080,03-0,20,02-0,10,02-0,180,03-0,10,02-0,050,12-0,510,05-0,351406202 8Таблица 2 Показатели Составы чугунов известного предлагаемого 1 2 3 Предел прочности при растяжении, МПа 60 00 63 0 3 80 при при 1000 215 Термическаястойкость, цилов 100 710 3025 3 Линейный износ,мг/смгс 5Заказ 3161/2 сное 4/ графическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 оизводственно Предел выносливости при знакопеременных нагрузках,МПапри 293 К800 К Тираж 594 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 13035, Москва, Ж, Рауш5 495 515 5 405 287 5 310 221 По омитета ССС открытий кая наб., д