Чугун для металлоформ

(19) (111 2 С 37 ЕЛ ситех И, Карпенкоткин ельство СССР7/10, 1980.ство СССР37/00, 1984.ОФОРМится к металпользованонных кокилей,изобретения -ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЭОБР К АВТОРСКОМУ СВ(71) Всесоюзный заочныйкий институт.(54) ЧУГУН ДЛЯ МЕТАЛЛ(57) Изобретение относЛургии и может быть испри производстве чугупресс-Форм и т.д. Цель повышение кавитационно-эрозионной стойкости в интервале температур 893-1200 К, увеличение эксплуатаци н.:.стойкости металлоформ. Новый чугун содержит, мас.7.; С 3,0-3,6;81 1,8-26; Мп 0,7"1,5; Т 0,03-0 Ет 0,12-0,4 р ИЬ 0,23-0,35; ЗЬ 0,02 О, 1 р бориды иттрия 0,03-0, 171 бори ды лантана 0,06-0,15; Са 0,01-0,08 Я 0,02-0,18; Сг 0,12-0,81; Ч 0,12- О, 32; А 1 О, 13-0, 42; Мя О, 03-0, 15; Ре остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна Сг, Ч, А 1 и Мя обе печивает повышение кавитационноэроэионной стойкости при 893-1200 в 223-5,6 раза и эксплуатационной стойкости металлоформ в 2,08-4,08за, 2 табл.Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для кокилей, пресс-форми т.д.5Цель изобретения - повьппение кавитационно-эрозионной стойкости винтервале температур 893-1200 К,увеличение эксплуатационной стойкости металлоформ. 101Изобретение иллюстрируется следующими примерами.Выбор конечных пределов содержа"ния компонентов, входящих в составпредлагаемого чугуна обусловлен следующим оВведение хрома в количестве О, 120,8 1 мас.% микролегирует металлическую основу, упрочняет ее, увеличиваясопротивляемость эрозии и кавитации, О20и поньппает коррозионную усталость,микротвердость и термическую стойкость, что обеспечивает существенноепоньппение кавитационно-эрозионной25и эксплуатационной стойкости притемпературах 893-1200 К. При концентрации хрома до О, 12 мас.7 упрочнение металлической основы и увеличение сопротивляемости эрозии и канитации недостаточны, а при концент- ЗОрации его более 0,81 мас,% увеличивается выделение нитридов по границамзерен, их коагуляция и снижаются,пластические свойства и сопротивляемость кавитации. 35Введение ванадия н количестве0,12-0,32 мас.% повышает стабиль"ность структуры в широком интервалетемператур, дисперсность и компактность (фактор формы) углерода, уменьОшает содержание неметаллических включений и загрязненность границы зерен,унеличивает сопротивляемость чугунанапряжением и знакопеременным динамическим нагрузкам, что обеспечиваетповьппение кавитационной стойкости,ударной вязкости и эксплуатационнойстойкости при повышенных температурах.При концентрации ванадия менееО, 12 мас.% повышается стабильностьструктуры, кавитационная стойкостьи эксплуатационные свойства чугунане достигаются, а при повьппении содержания его более 0,32 мас.% отмечается усиление его отбеливающеговлияния на структуру металла, вьделение крупных пластин цементита в литом металле и снижение кавитационноэрозионных и механических свойств как при обычных, так и при повышенных температурах (893-1200 К).Введение магния в количестве0,03-0, 15 мас.7, измельчает структуру, увеличивает прокаливаемостьи твердость чугуна, улучшает формуграфита, оказывает влияние на природу упрочняющих фаз и их термическую стойкость, что способствует снижению износа и повышению кавитационно-эрозионной стойкости. Содержаниемагния принято от концентрации, прикоторой начинает сказываться их влияние на форму графита, структуру икавитационную стойкость,Введение алюминия н количестве0,13-0,42 мас.% способствует дегазации и иэмельчению включений графита, повышению эксплуатационной стойкости, трещиностойкости, износостойкости и кавитационно-эрозионной стойкости чугуна при повьппенных температурах, Нижний предел концентрацииалюминия принят от значения, с которого начинает сказываться его влияние на размер и форму графита и сопротивляемость термическим ударам,кавитации и эрозии. При увеличенииконцентрации алюминия более 0,42 мас.7.возрастает угар металла, увеличивается количество неметаллических включений по границам зерен, снижаютсяпластические и эксплуатационные свойства чугуна при нагреве и охлаждении,н условиях кавитации и эрозии.Содержание углерода, марганца,кремния н предлагаемом чугуне выбрано с учетом практики производстватермостойких отливок с повьппеннойстабильностью стойкости к кавитациии эрозии. При увеличении их концентрации выше верхних пределов стабильность прочности предела выносливостии характеристики упруго-пластическихсвойств снижаются, а при снижениинижних пределов ниже нижних пределовнедостаточны литейные свойства, прочность и эксплуатационная стойкостьпри высоких температурах в условияхкавитации и эрозии.Титан (0,03-0, 14 мас.%), ниобий(0,23-0,35 мас,%), цирконий (0,12 О, 4 мас. %) и азот (0,02-0, 18 мас. %)упрочняют и микролегируют матрицу,поньппают ее термостойкость и канитационно-эрозионную стойкость при температурах до 1200 К. При снижении ихсодержания ниже нижних пределов со 1444387противляемость эрозии и кавитации низкая, а при увеличении выше верхних пределов повышается хрупкость и снижается сопротивляемость кавитации, Кроме того, титан при содержании5 более 0,.14 мас.% ухудшает форму графита в чугуне.Введение сурьмы измельчает графит, снижает коэффициент термомеханическом воздействием, что обеспечивает повышение эксплуатационной стойкости чугуна при нагреве. При концентрации сурьмы до 0,02 мас.7 сопротивляемость эрозии и термомеханическим Воздей 15 ствиям и эксплуатационная стойкость чугуна недостаточны, а при концентрации сурьмы более 0,1 мас.7. снижается термическая стойкость и сопротивляемость чугуна ударам, знакопе ременным нагрузкам, кавитации и эрозии.Введение кальция в количестве 0,01-0,08 мас.Х раскисляет и модифицирует расплав, очищает границы 25 зерен, повышает эксплуатационную стойкость в условиях теплосмен, кавитации и эрозии. Верхний предел ограничен недостаточной растворимостью кальция в чугуне, а при концентрации кальция в чугуне менее 0,01 мас,Х модифицирующий эффект недостаточен, что приводит к снижению эксплуатапионной стойкости кокилей, сопротивляемости кавитации и эрозии.Бориды иттрия в количестве 0,03- О, 17 мас.7 упрочняют металлическую основу и повышают ее микротвердость и прочность, увеличивают износостой" кость чугуна В Отливках, термическую 40 и фрикционную теплостойкость при повышенных температурах, что обеспечивает существенное повышение кавитационно-эрозийной стойкости при термическом и Арикционном разогреве до 1200 К. При содержании боридов иттрия до 0,03 мас.7, увеличение микротвердости и эксплуатационной стойкости при фрикционном разогреве незначительное, а при концентрации боридов иттрия более 0,17 мас.7 увеличивается число включений, расположенных по границам литых зерен, снижается динамическая прочность чугуна, кавитационно-эрозийная стойкость.55Бориды лантана в количестве 0,06- 0,15 мас.Х микролегируют металлическую основу, увеличивают ее стабильность до более высоких температур и повышают стабильность предела выносливости, что обеспечивает снижение износа при кавитации и фрикционном разогреве до 1200 К. Нижний предел концентрации боридов лантана принят от значений (0,06 мас.7), когда заметно повышается микротвердость матрицы и стабильность предела выносливости при нагреве до 1200 К, а верхний предел концентрации боридов лантана (0,15 мас.7) обусловлен снижением сопротивляемости эрозии и фрикционной теллостойкости при температурах до 1200 К при более высоких концентрациях боридов лантана,П р и м е р. Плавку чугуна проводят в дуговой электропечи емкостью 1,5 т с кислой футеровкой. Феррохром вводили вместе с шихтой. Микролегирование алюминием, цирконием и ниобием производили в печи за 3-6 мин до выпуска в ковш. Перегрев чугуна составлял 1700-1730 К. Бориды иттрия, бориды лантана, сурьму, магний и модификаторы вводили в ковш, Разливку металла производили в сухие жидкостекольные формы при 1660-1680 К.В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок (определение содержания компонентов в чугуне проводят методами дифференцированного химического анализа).В табл. 2 приведены результаты механических и эксплуатационных испытаний чугунов, полученные на заготовках и пробах в литом состоянии, как при обычных температурах, так и повышенных (893-1200 К).Как видно из табл. 2, предлагаемый чугун обладает более высокой кавитационно-эрозионной стойкостью в условиях периодических нагревов и охлаждений (2,23-5,6 раза) и улучшенной эксплуатационной стойкостью (в 2,08-4,08 раза).Ф о р м у л а изобретения Чугун для металлоформ, содержащий углерод, кремний, марганец, титан, цирконий, ниобий, сурьму, бориды иттрия, бориды лантана, кальций, азот и железо, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повыпения кавитационно-эрозионной стойкости в интервале температур 893-1200 К, увеличения эксплуатационной стойкости металлоформ, он дополнительно содержит хром, ванадий, алкииний и магний1444387 соотношении компоненБориды иттрияБориды лантана лица 1 Таб Химический состав, мас.Х, чугуна Компоненты Предложенный звестный,32 Желез Осталь Остал Ост альное льно при следующемтпв, мас.Х:УглеродКремнийМарганецТитанПирконийНиобийСурьма 3,0-3,61,8-2,60,7-1,5О, 03-0, 14О, 12-0,40,23-0,350,02-0, 1 КальцийАзотХромВанадийАлюминийМагнийЖелезо О, 03-0, 17 0,06-0,15 0,01-0, 08 0,02-0,18 О, 12-0,81 0,12-0,32 0,13-0,42 0,03-0, 15 Остальное1444387 Таблица 2 Составы чугунов Показатели ИзвестныйПредложенный Предеп прочности при растяжении, МП 40 05 ская стой ерми ость 60 2100 цикл Линейн при фр й изн аг ев,16 Я 0,2 мг/см 65 16 68 1000 110 1100 10 1200 тойкость кокилей,аливок 700 60 480 2608 Относительн стойкость и 208 24 72 Му Х Составитель Н. КосторноТехред Л.Олийнык Корректор М.Демчик едактор М. Недолуменк каз 6460/29 Тирам 595 ВНИИПИ Государственно по делам изобретений 113035, Москва, %-35, РаПроизводственно-полиграФическое предприятие, г. Умгород, ул. Проектная, 4 Предел выносливостпри знакопеременньмнагрузках, МПа икционноме до 1000 К,гс авитационно-эрозионая стойкость, ч,ри К893 620 672 120 4630 Подписноеа СССРий., д. 4/5 комите откры кая на