Высокопрочный чугун

,И,Марулейзер и арпенк ков, Б кость, стабильностьсвойств в слитках ди100 мм недостаточны,карбонитридов болеечивается.концентраци чески меха амет ле ом еличении % увелиах немеость в априу 0,05 мас я в слит рис ключении, п оне слитков аллических ется и с ентральноиднородностьокопрочногоНитридыроцесс модиами графити воиств вы- лизируют структуры ичугуна. люминия ста ицирования,ации и повыш что способных включени лужат центют гомогенвует измель ность чугуначению графитнию ударной и повыше стабильносязкасти ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано припроизводстве непрерывно-литых заготоИзобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для производства отливокнепрерывной вытяжкой из расплава,Цель изобретения - повышение стабильности механических свойств в массивных заготовках,Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предлагаемого состава обусловлен следующим,Карбонитриды церия введены в высо"копрочный чугун для измельчения структуры, повышения ее однородности посечению массивных непрерывных слитков( 100-230 мм) и повьппения стабильности механических свойств. При концентрации карбонитридов до 0,012 мас.%однородность структуры, износостой" 2вок, Цель изобретения - повьш)ение и стабилизация механических свойств в массивных заготовках, Новый чугун содержит, мас,%: С 3,4-3,71 Я 1 2,3- 2,7; Мп 0,22-0,48; И 1 0,15-.0,30; Сг 0,02-0,06; Сц 0,003-0,04; Мр 0,05- 0,08; Мо 0,002-0,08; 7 0,01-0,08; Т 1 0,005-0,02; Са 0,003-0,02; карбонитрид церия 0,012-0,05; нитрид алю - миния 0,005-0,03; БЬ 0,001-0,05; Ва 0,002-0,01; Ге остальное, Дополнительный ввод в состав чугуна ЯЬ и Ва позволяет повысить 6 в 1,24-1,37 раза, ав 1,82-2,17 раза и стабилизировать ;эти свойства (предел прочности и ударную вязкость) в непрерывно-литых заготовках с сечением 100-230 мм.2 табл. ти в массивных заготовках,При концентрации нитридов апюминия до 0,005 мас.% гомогенность чува недостаточны, а при концентрации нитридов алюминия более 0,03 мас,75 усиливается диссоциация нитридов, снижаются упругопластические свойства, стабильность и трешиностойкость,Никель (0,15-0,3 мас,7) микролегирует матрицу, повьппает прочность, плотность, дисперсность и однородность структуры, технологические и пластические свойства в отливках, что обеспечивает стабильность упругопластических и эксплуатационных свойств, При концентрации до 0,15 мас,7 легируюшее влияние на стабильность структурь 1 и механические свойства проявляются слабо, а при увеличении содержания никеля более 0,3 мас,% снижа ется стабильность ударной вязкости,Висмут усиливает неоднородность структуры и свойств в массивньгх слитках, повышает отбел на поверхности и снижает ударную вязкость, поэтому он 25 исключен из состава предлагаемого чугуна,Кальций использован в качестве раскисляющей и микролегирующей добавки, очищающей границы зерен и повы шающей гомогенность структуры и .стабильность механических свойств чугуна, При концентрации кальция до 0,003 мас.7. его микролегирующий эфФект недостаточен, а технологические свойства чугуна низкие, а при концентрации кальция более 0,02 мас,7 снижаются гомогенность структуры, износостойкость и однородность свойств в толстостенных отливках,Введение ванадия в количестве0,01-0,08 мас,микролегирует матрицу, снижает микропористость, повышает однородность и плотность чугуна, усталостную прочность, стабильность технологических и механических свойств, При концентрации ванадиядо 0,01 мас,7 микролегирующий эффекти повьппение прочности и технологических свойств проявляются слабо, аверхний предел содержания ванадияобусловлен увеличением склонности ктрещинам, отбелу и снижением пластичности и эксплуатационной стойкости вусловиях высоких статических и динамических нагрузок, При этом снижается стабильность структуры и свойствв непрерывно-литых заготовках диаметром от 100 до 230 мм,40 3 151129гуна в толстостенных отливках и егомеханические и технологические свойстоФосфор при концентрации 0,0020,06 мас./ повышает твердость и износостойкость стабилизирует механические свойства в массивных слитках,При концентрации фосфора больше0,06 мас,7 повышается содержание неметаллических включений, снижаютсяоднородность структуры и свойств,уменьшается динамическая прочность иухудшается Форма графита, При содержании фосфора менее 0,002 мас,7 повышаются затраты на плавку и снижается стабильность структуры и свойств,Медь введена в качестве эффективной микролегирующей добавки, измельчающей структуру матрицы и графита,которая существенно повьппает износостойкость, пластические и технологические свойства, Влияние меди и никеля усиливается в присутствии молибдена (0,01-0,08 мас.7.), хрома (0,020,06 мас.7), сурьмы (0,001-0,05 мас,Е)титана (0,005-0,02 мас,7), бария(0,002-0,01 мас.7), Однако при увеличении их концентраций выше верхних пределов усиливается отбел наповерхности отливок, снижаются однородность структуры, технологическиесвойства, а при концентрации менеенижних пределов их влияние на механические и технологические свойства незначительно, При увеличении содержания меди более 0,04 мас,7, усиливается. ликвация, неоднородностьструктуры и свойств,Барий введен в качестве сфероидизирующей химически в активн добавкиповышающей количество шаровидногографита в толстостенных отливках,упругопластические и технологическиесвойства, Модифицирующий эффект бария при концентрации до 0,002 мас,7незначителен, а при содержании егоболее 0,01 мас,7. увеличивается угар .бария, снижается технологическаяпластичность и повышается угар другихмодификаторов, включая магний, содержание которого принято в обычных количествах,Содержание марганца повьпПено дляувеличения износостойкости и однородности структуры и усиления стабильности эффекта от легирования карбонитридами церия и нитридами алюминия,При содержании марганца до 0,22 мас,7 Оэффект незначителен, а при увеличении содержания марганца более0,48 мас,7. снижается стабильность5 151129структуры, ухудшается форма графитаи снижается динамическая прочность,Содержание углерода принято в обыч-.ных концентрациях, а содержание крем-.ния повышено до концентрации 2,3"2,7 мас,Е) что способствует повышениюоднородности структуры и исключениюотбела чугуна в непрерывно-литых заготовках, 10Опытные плавки высокопрочных чугунов проводят в индукционных печахИЧТс использованием литейных чугунов, чугунного и стального лома и .ферросплавов. Феррохром, ферромарганец, марганцевый никель, ферромолибден и феррованадий вводят в электропечь а ферроцерий, железо-кремниймагниевую лигатуру, алюминий, металлическую сурьму и силикокальций - в 20миксер с индукционным подогревом. Вмиксере расплавленный металл обессеривают и продувают азотом в течение2-5 мин, После доводки химическогосостава чугуна и вторичного модифицирования ферросиликобарием и ферротитаном в металлоприемнике проводят вытяжку профильных заготовок100230 мм, Режимы вытяжки: шаг 20-50 ммскорость 0,11-0,18 м/мин; время остановки 3-8 с., Температура заготовкина выходе иэ кристаллизатора 930"980 С,В табл,1 приведен химический составвысокопрочных чугунов опытных плавок,В табл,2 приведены данные о механических и эксплуатационных свойствах и характеристики структуры чугуна в непрерывно-литых заготовках, Содержание шаровидного графита в предлагаемом чугуне 83-923. Образцы длямеханических испытаний и исследованияструктуры вырезают из непрерывно"литых заготовок,Как видно иэ табл.2, предлагаемый 45чугун в массивных непрерывно-литыхзаготовках обладает по сравнению с .известным более высокими и стабиль 0 6ными свойствами, Экономический эффект достигается за счет повышения иэносостойкости и механических свойств высокопрочного чугуна в непрерывно-литых заготовках,Предел прочности чугуна при растяжении повышается в 1,2 П,37 раз,а ударная вязкость увеличивается в1,82-2,17 раза, При этом полученатакже стабилизация механическихсвойств в непрерывно-литых заготовкахсечением 100-230 мм,юформула из обре тенияВысокопрочный чугун для массивных непрерывно-литых заготовок, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, медь, магний, редкоземельные металлы, молибден, ванадий, кальций, алюминий, титан, железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стабильности механических свойств, он дополнительно содержит сурьму и барий, в качестве редкоземельных металлов он содержит церий в виде карбонитрида, а алюминий - в виде нитрида при следующем соотношении компонентов, мас,7:Углерод З,П,7 Кремний 2,3-2,7 Марганец О, 22-0, П 8 Никель 0)15-0,30 Хром 0)02-0)06 Медь О) 003-0, ОП Магний 0,05-0)08 Молибден 0,002-0,08 Ванадий 0,01-0,08Титан 0,005-0,02Кальций 0,003-0,02 Карбонитридцерия 0,02-0,05Нитрид алюминияСурьмаБарийЖелезо1511290 Таблица 1Химический состав известного и предлагаемогочугуна КомпонентыСодержание компонентов, мас.%, вчугуне состава известного предлагаемого 24 0,012 0,03 0,05 0,005 0,003 0,002 Осталь- ное 0,010,01О, 038 Осталь- ное 0,03 0,02 0,06 Осталь- ное 0,050,032Ос тальное П р и м е ч а н и е. В чугуне состава 1 содержалось 0,07 мас.% нитридациркония. Таблица 2 Свойства чугуна известного и предлагаемого со- ставов Чугун состава Показатели известног предлагаемого 3 4 1 2 Временное сопротивление при растяжении, МПа:в центральныхзонах слитков диаметром, мм100160230 510 637 467 629 385 618 678 700667 689 649 674 УглеродКремнийМарганецНикельМагнийВанадийХромМолибденСурьмаТитанМедьБарийКарбонитридыцерияНитриды алюминияКальцийФосфорЖелезо 3,42,00,2о,г0,071511290 Продолжение табл.2 Чугун состава Показатели известног в поверхностныхзонах слитков диаметром, мм100160230Ударная вязкость,кДж/мв центральныхзонах слитковдиаметром, мм100160230 550 548 686 718 512 640680 709 470 631 672 697 285 190 105 520 4/О 420 600 620 560 570 520 510 в поверхностных зонах слитков диаметром,320 580 235 530 140 490 100160230Износостойкостьчугуна в слитках,гмг/м гсдиаметром, мм100160230 660 700 630 640 580 590 55-77 23-37 14-21 13-20 62-85 26-42 17-24 15-24 70-95 29-45 19-27 18-29 Составитель Н,Косторной Редактор М,Петрова Техред А.Кравчук Корректор А,ОбручарЗаказ 5864/29 Тираж 576 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5