Чугун

(19) Ш) 7 О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Н,АВТ МУ СВИ В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ,(46) 07.09.88. Бил. Р 33 (71) Белорусский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССР У 998564, кл. С 22.С 37/10, 1981.(57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве отливок, работаи в условиях положительных и отрицательоных (до -60 С)температур. Цель изобретения - повыиение механических свойств и снижение отбела. Предложенный чугун содержит, мас.Е: С 3,3- 3,7; Яд 1,0-1,4; Мп 0,004-0,01; Мя 0,01-0,04; Са 0,015-0,03; Се 0,005- 0,07; А 1 0,02-0,08; Ва 0,015-6,03; Сг 0,01-0,06, И 0,01-0,03, 7 г 0,05- 0,2, Ре остальное, Дополнительный ввод в состав чугуна И и Ег позволяет повысить механические свойства: бе (МПа) в 1,4-1,8 раза, В,(Х) в 1,6- 3 раза, ударной вязкости в 1,3-3,5 раза и снизить отбел в 1,5-8,0 раза, 2 табл.Изобретение относится к метаххпургии, э частности к разработке составов чугуна для отливок, работающих в условиях положительххьхх и отрицатель ных температур.Цель изобретения - повышение механических свойств и снижение отбе.- лаеВыбор граничных пределов компонентов в составе предложенного чугуна обусловлен следующим. Верхние пределы углерода и кремния 3,7 и 1,4 мас.Х соответственно) выбраны исходя из необходимости обеспеченйя высоких 15 показателей механических свойств, а также вследствие образования при превышении верхнего предела хрупких сложных эвтектических карбидов. Нижние пределы содержания по углероду 20 3,3 мас.Х и кремния 1,0 мас./ определены снижением технологических свойств и в первую очередь - жидко- текучести сплава.Марганец образует устойчивые карбиды марганца, поэтому его содержание в сплаве должно быть минимальным. Содержание марганца 0,004-0,01 мас.Х установлено исходя из технологических условий плавки и содержания марганца 30 в шихтовых материалах.Кальций и барий железоуглеродистых сплавов ,.в количестве 0,015- 0,03 мас./ каждого иэ элементов обеспечивают получение чтуна обладаицеФго высокими пластическими сэойствамн за счет улучшения йормы неметаллических вклхоченххй с одновременной дхеррити" зацией матрицы. Верхний предел содержания в чугуне кальция и бария4 о (0,03 мас.Х) обусловлен малым ростом положитепьного эКекта при дальнейшем повышении их содержаххххя. Нижний предел (0,015 мас./) ограцичец от-: сутствием сФероидххзирующего эКхектай 5 влияния этих элементов на Форму паке-таллихеских включений и не обеспечивает должную грайитизацию сплава.Строшхий э состав чугуна вводят для повышения грахххитизирующего эюдрек". 0 та. Особенно эЬЗективно влияниестронция проявляется при наличии э чугуне элементов, обладающих высоким химическим сродством в сере и кислороде, таких как церий, барий, кальций. Содержание стронция менее 0,01 мас,Х це обеспечивает образования дохходххитеххьньхх центров кристаллизации и не. оказывает заметного эххияния на количество и размер звтектических зерен. Модийицххрующее действие стронция проявляется при его содержании в чугуне,0,01-0,05 мас. . Добавка стронция в количестве более 0,0 б мас , вследствие ограниченной растворимости э чугуне приводит к микроликвации стронция по границам зерен, что снижает пластичность чугуна.1Церий при содержании его в чугуне в пределах 0;005-0,07 мас.Х выполняет Функции элемента-графитизатора. Кроме того церий в количестве 0,005 мас. , что соответствует нижнему пределу его содержания в чугуне, исключает появление грахххита неправильной йормы. Верхний предел содержания церия (0,04 мас. ) ограничен возможностью появления отбелав отливках.Магний при остаточном содержании его в сплаве 0,01-0,04 мас./ в присутствии бария, кальция и церия обеспечивает получение в структуре гра 4 ита шаровидной йормы, что положительно влияет на прочностные характеристики сплава как при положительных так и при отрицательных температурах. Верхний предел содержания магния (0,04 мас./) ограничен образованием структурно-свободных карбидов в питом состоянии. При содержании магния на нижнем пределе (0.01 мас.Х) в структуре обеспечивается не менее 80 Х включений грайита шаровидной йормы,Ввод в состав чугуна алюминия э количестве 0,02-0,08 мас.Х обеспечивает глубокое раскисление распла эа, Нижний предел содержания по алюминию обусловлен грайитизирующим действием последнего, Выдержка воххечи при температуре 1450 С модифицированного нитридами циркония чугуна показывает что продолжительность эсЯекта прямо зависит от концентрации А 1 в металле. Повхшхение концентрации А 1 (0,02-0,08 мас. ) уцлиняют эффект модифицирования,что необходимо при заливке большого количества Форм из ковша. Поступающии из окружающей атмосФерьх э жидкий металл кислород способствует образованию корунда. При содержании алюминия свыше 0,08 мас.Х снижаются технологические свойства чугуна. Цирконий и азот при совместном их вводе в чугун образуют устой,чивые нитриды, упро 1 нющие структуру чугуна. Предварительный ввод в чугун алюминия в количестве (0,02- 0,08 мас.l) обеспечивает глубокое раскисление расплава и расход Ег главным образом на реакцию с азотом. При металлограйическом исследовании структуры чугуна установлено, что частицы корунда служат подложками при кристаллизации нитрида 7 г. В результате модиЬицирования нитридами существенно измельчается зерно по сечению и высоте отливок, что сопровождается уменьшением концентрации примесей на границах зерен, повышением механических свойств и хпадостойкости чугуна. Верхний предел содержания циркония в чугуне(0,2 мас.% ограничен появлением в структуре 20 чугуна стабилизированных Ааэ, обуславливающих появление цементита, обогащенного карбидами циркония. Это приводит к повышению хрупкости чугуна. Нижний предел содержания циркония в 25 чугуне 0,05 мас.соответствует отсутствию эФЬекта повышения пластичности сплава.Азот при введении его в чугун измельчает эвтектическое зерно, стабилизирует и упрочняет перлит. В металлической основе исчезает Феррит и резко возрастает дисперсность перлита, При этом общая микротвердость перлита возрастает с 274-278 до 340- 356 кгс/мм , что повышает общую проч 2 35 .ность чугуна. Возрастание микротвердости перлита объясняется микролегированием перлита дисперсными нитридами циркония. Содержание азота менее 0,0) мас.не оказывает заметного зАЬекта на упрочнение сплава. При вводе азота более 0,03 мас.пластичность чугуна падает за счет образования структурно-свободных карбидов.45 Оптимальным является содержание азота в чугуне 0,0-0,03 мас. ,Для изучения структуры и свойств предложенного выплавлены чугуны, содержащие основные компоненты на нижнем, среднем и верхнем, а также ниже.50 нижнего и выше верхнего уровней и известный сплав со средним содержанием ингредиентов.Химический состав выплавленных чугунов приведен в табл,1.1Технология плавки чугунов состоит в расплавлении металлизированных окатышей с содержанием Ре =89,1% 54в и.дукционной паап.яуг 31 ерожив анин расплава и введении ферросплавов и модибикаторов.После доводки расплавленного чугуна по содержанию основных компонентов и модийицирование магнием в печио расплав при температуре 1380 С заливают в ковш, включают плазмотрон и производят продувку расплава азотной плазмой в течение 20 с для насыщения чугуна азотом. Режим работы плазмотрона: сила тока 180 А, напряжение дуги 100 В, расход азота 1,1 мз/ч, По истечении укаэанного времени в плазменную струю питателем .вводят в течение 10 с порошок циркония. Общее время продувки составляет 30 с.Склонность чугуна к отбелу в литом состоянии оценивается по излому клиновидной пробы, залитой на холо- ную металлическую плиту. Образцы для испытания механических свойств чугуна вырезают из проб, отлитых в сырье песчано-глинистые Формы.Изучение механических свойств производят на образцах, вырезанных иэ литых проб, Испытание на разрыв производят на машине марки ИРИмощностью 50 т, испытание на ударна маятниковом копре типа МК-ЗОА с запасом работы 30 кгм.Охлаждение образцов до температуоры минус 100 С проводят в специальном термостате. Температуру охлаждающей ванны измеряют пентанным термоометром с ценой Деления 1 С. В качест ве охлаждающей жидкости применяют смесь жидкого азота с бензином. Об раэцы перед испытанием выдерживают в термостате при заданной температуре 20 мин.Результаты испытаний механических свойств, а также глубина отбела в литом состоянии приведены в табл,2.Иэ табл.2 следует, что предел прочности при растяжении благодаря вводу азота и циркония в состав чугуна повышается в 1,4-1,8 раза, пластичности в 1,б-З раза, ударной вязкости в 1,3-2 раза при +20 С и в 1,5-3,5 раза при -бО С, а также обеспечивается снижение отбела,в 1,5 8 раз. Формула изобретения Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, магний, кальций, церий, алюминий, барий, стронций и же,0 Извес тныиПредлага 001 О,0 02 О,0,015 ем ый 0,03 01 0,08 5 0,008 0,0 1 О022 5 1421795 лезо, о т л и ч а в щ и й с я тем, ,что, с целью повышения механических свойств и снижения отбела, он дополнительно содержит азот и цирконий5 нри следувщем соотношении компонентов, мас.%:Углерод 3,3-3,7Кремний 1,О 1,4Марганец 0094 0,0110 МагнийКальцийЦерийАлвминийБарийСтронцийАзотЦирконийЖелезо 0,01-0,040015 0,03О 005 0 07 0,02-0080,015-0,03 0,01-0,06 0,01-0,03 0,05-0,2Остальное1421795 Т а б л и ц а 2 12 2 редний вестный дпагае 31 Нижн 130 0 Средин 0 5 4 ерхн Составитель Н, КостТехред И.Верес едактор А.Козори Заказ 4 95нного к По е та С ений и открытии Раушская наб., д. 4 ород, ул. Проектная, 4 зводственно-полиграфическое предп ие, г 3/27 Тираж ВНИИПИ Государств по делам изобре 113035, Москва, Ж