Чугун

ССК)3 СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 07 А 1 ЯО,Р 1) С 22 С 37/08 ГОСУДАРС ТВЕННЬ 1 ЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИПРИ ГКНТ СССР ИТЕТРЫТИЯМ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВИДЕТЕПЬС Н АВТОРСН 31-02 жене рно-строии, С С илловМ.СтолевиС ерг, .Сак СССР1981. льство37/10,ство СС7/10,(54) ЧУГУН(57) Изобретение относится тал 0,.1-0, 3О, 08-0, 30,5-1, 2О, 03-0, О0,1-0, 05 арганец металлуризысканию могут быть ия деталеи ния, подвераленных галый ыше тся ивосто кремний, агний, медь, иттрий и жешении компо 2,1-2,9 3,3-3,8(56) Авторское свицетеУ 1027264, кл, С 22 САвторское свидетельУ 734308, кл, С 22 С 3 Изобретение относитсягии сплавов, в частностисоставов чугунов, которыеиспользованы для изготовлобогатительного оборудовагающихся воздействию раскзов и абразивной среды,Белью изобретения явлние окалиностойкости и абкости чугуна.Чугун содержит углеродмарганец, хром, никель, мредкоземельные металлы,лезо при следующем соотнонентов, мас,%;УглеродКремний 2лургии, в частности к изысканию составов чугунов, которые могут быть использованы для изготовления деталей обогатительного оборудования, подвергающихся воздействию раскаленных газов и абразивной среды. Бель изобретения - повышение окалиностойкости и абразивостойкости чугуна. Предлагаемый чугун содержит, мас,Е: углерод 2,1-2,9; кремний 3,3-3,8 марганец 0,1 -0,3; хром 0,08-0,3; никель 0,5- 1 2 магний 0,03-0,07; медь 0,1 -0,5; редкоземельные металлы О, 02-0, 05; иттрий О, О 1 -О, 03; железо - остальное. Предлагаемый состав чугуна имеет на 35-747. большую окалиностойкость и на 14-297, большую абразивостойкость, 1 табл. НикельМаний 7 МедьРедкоземельныеметал О, 02-0,05Иттри О, 01-0,03Железо Остальное Углерод в данном концентрационном интервале обеспечивает необходимую эвтектичпость сплава и соответственно технологические свойства, При содержании углерода ниже 2,1 мас,Е резко снижается эвтектичность сплава, повышается вероятность образования усадочных раковин и ухудшается жнцкоте 1560 б 07кучесть, При увеличении содержания углерода более 2, 9 мас,в структуре после термообработки увеличивается количество перлита, что снижает окалиностойкость сплава.Кремний в пределах 3,3-3,8 мас,7. способствует получению в сплаве ферритной матрицы, при наличии которой не происходит резкого фазового расши рения при высокотемпературных нагревах до 800)С. В результате этого термические напряжения в данном сплаве имеют настолько малую величину, что не приводят к преждевременному растрес" 5 киванию рабочей поверхности детали, а это значительно повышает окалиностойкость, Увеличению окалиностойкости также способствует образующаяся при данной концентрации кремния адгезион ная окисная пленка, которая замедляет превращение металла в поверхностныйФоксид. Данное содержание кремния способствует увеличению абразивостойкости сплава, так как легированная крем кием ферритная матрица кеет высокую микротвердость. Данное содержание кремния улучшает технологические свойства сплава и увеличивает его жидкотекучесть. Снижение содержания кремния ни.е 3,3 мас.% не обеспечивает необходимую твердость металлической матрицы и, соответственно, абразивостойкость, Увеличение присадки кремния свыше 3,8 мас.% приводит к.й снижению пластических свойств чугуна, так как происходит охрупчивание феррита.Марганец в пределах концентрации 0,1-0,3 мас.7. способствует уменьшению,0 содержания серы в свободном виде, связывая ее в сульйиды марганца. При содержании марганца менее 0,1 мас,7 не наблюдается вьппеуказанного эффекта, так как он становится примесью, Содержание марганца выше 0,3% начинает способствовать перлитизации матрицы чугуна, что снижает количество ферритной фазы и соответственно оказывает отрицательное влияпие на ока 50 линостойкость сплава. Кроме того, он способствует образованию столбчатых кристаллов, что приводит к снижению трещиноустойчивости сплава, особенно в тонкостенных отливках.55Хром, как сдерживающий графитизацию элемент, в -количестве 0,080,3 мас,% присаживается в сплав для получения определенногб количестваграфита, Присадка более 0,3 мас,",.,хрома приводит х появлению в структуре чугуна хрупких карбидов типа Ие Счто снижает механинеские свойствасплава. При содержании менее0,08 мас,7, хром не оказывает влияниена графцтизацню сплава,Никель в пределах 0,5-1,2 мас 7.легирует металлическую матрицу сплава, что повьппает его прочностныесвойства,При этом никель довышает окалиностойкость сплава, Присадка никеляболее 1,2 мас.7. увеличивает графитизирующие свойства, что снижает егоокалиностойкость, а при содержаниименее 0,5 мас,7 не оказьвает существенного влияния на свойства чугуна.Магний в металле, взаимодействуяс серой и кислородом, приводит к очищению границ зерен от сульфидов иокислов, котсрые способствуют проникновению агрессивных газон внутрь металла и этим увеличивают окалиностойкость, При остаточном содержании магния в пределах 0,03-0, 07 мас,обеспечивается получение шаровидной формы графита, что приводит к повьппениюокалиностойкости и абразивной износостойкости, Это объясняется тем, чтовключения шаровидного графита не соприкасаются между собой как пластинчатый, и не происходит проникновениераскаленных газов через границу раздела графит - металл вглубь отливки,Менее О, ОЗ мас,7 магния не обеспечивает получения графита шаровиднойформы, так как расходуется на десуль"фурацию и рафинирование. Ввод более0,07 мас,магния в сплав экономически не целесообразен. Кроме того, происходит явление перемодифицированияобразования большого количества продуктов реакции по границам зерен металла, что приводит к снижению окали"ностойкости.Медь располагается равномерно повсему объему отливки и в указаннойконцентрации способствует увеличениютеплопроводности чугуна, что увеличивает его стойкость к термоциклическим нагрузкам. Кроме того, уменьшается склонность к образованию говерхностных и внутренних трещин в процессе работы при высоких температурах,снюкается проникновение . азов внутрьотлшки и соответственно узеличивается окалиностойкость. При содержании5 5 меди менее О, мяс,7. оца це оказывает заметного Влияния ца сг 1 ойствя чугуна при высокис температурах. Присадка меди более 0,5 мас,7, прц кристаллизации отливки в гтесчацо-глинистой Форме в интервале температур яустенитного превращения может способствовать стабилизации и образованкв в структуре чугуна церлитар цто осложняет проведение термообработрси,Редкоземельные металлы (РЗИ) в количестве 0,02-0 р 05 мас,7. в дацньпг сплав вводятся в виде лигатуры с основ ными металлами - це рием и лант яном с целью улучшения окалиностойкостц и абразивостойкости. РЗМ значительно усиливают действие магния и обеспечивают практически полное образование шаровидного графита, что резко увеличивает абразквостойкость сплава по отношению к чугунам с вермикулярпой или пластицчатой Формой графита. Окалиностойкость жаростойкость) повышается за счет предотвращения окисления поверхности отливки при высоких температурах и внутренних слоев металла, Это происходит в результате того, что ионы РЗМр имеющие валентность выше, чем у железа, препятствуют окислению железа, Прц содержании РЗ 1 гленее О, 02 мас,7 практически не наблюдается кх влияние ця окалиностойкость и абразквостойкость, тяк как первые порции РЗМ идут на взаимодействие с кислородом и серой. Прк содержании РЗМ свьппе 0,05 мас,7. и наличии других пред-: лагаемых элементов в сплаве няблодяется зцачительное замедление эффекта .модифкцировация, т.е. не происходит значительного увеличения вьппеуказяцных своцств сплава. Л увеличивать содержание РЗМ ня порядок больше экономически нецелесообразно,Иттрцй в предлагяемогл сплаве в интервале 0,01 - 0,03 мяс.7. способствует ферриткзации. Как очень сильный окислитель иттрий резко уменьшает содержание газов в сплаве, что п 15 иводкт к повышению активности углерода. Таким образом, кттрий косвенно способствует распаду цементитя перлита. Кроме того, иттркй способствует измельчению шаровидных включений граФита за счет ядсорбцкк ца его растущей в ходе кристаллизации поверхчостк, что уьелкчцвает абразквостойкость сплава. При содержания иттрия менее 0,01 мас.7 це наблюдает 60607 бся его влияния на Ферритцзяцию и ябрязквостойкостьр так кяк первые порции реагируют с различными другими примесями, пр 1 гсутствуюшцмк п расплявггецчом г.етяллс, Содержанке иттрця в сплаве бопее О, 03 мяс,7. экономически нецелесообразно, тяк как комплексное модцфццировацце с редкоземельными металлами приводит к желаемым результаОтям.Сплавы выплавлялц в индукционнойпечи ИСТ,06 с кислой футеровкой пообщепринятой технологии,5 Были приготовлены три смеси ингредиентов (плавки 1-3), в которых содержание химических элементов было нацггжггем пределе (плявка 1), среднем(плавка 2) и верхнем пределе (плав 20 ка 3), Также было вьпглавлецо два сплава (4 и 5), содержание элементов которых находилось на уровне: ниже нижнихпределов (плавка 4) и выше верхнихпределов (плавка 5)Выплавляли такжесплавы по цгггснему пределу, среднемусодержанию и верхнему пределу химических элементов чугуна-прототипа(плавки 6-8),Каждую смесь сплавляли отдельно,Никель в сплав вводили вместе с шихтой из расчета 1 007 усвоения. Ло расплавлению вводили феррохром маркиФХ 650 Л из расчета 37. угара, Расплавопереггевали до550 С и поочередно35вводили марганец, кремний цз расчетадоголнитегьной его присадки из железо-кремний-магниевой и железокремнийРЗМ-цттриевой лцгатурь:, ванадий мар,сц ВНМ(ТУ 46-4-272-73). Г.ягниевую40лигатуру (ЖЮ 1 Ки лигатуру с РЗМ ииттрцем вводили за 1 мин до выпускав тигель печи с помощью колокольчикана штанге, Во избежание всплесков металла тигель печк прикрывали щитомиз желе за. Лигатура ЖКМКпроизводства Челябинского электрометаллургического комбината была следующего химического состава, мас.7.:Кремний 40-42 э 0 Магний 6-9Магний 1, 0-1,5)Келезо Остальноеа лигатура с РЗМ и иттрием марки РИ 50 производства экспериментального це-.ха Никопольского Ферросплавного заводаванин угорает в 2 раза меньше, чем церий.Разливку чугуна производили при 1320-1330 С в сухие песчано-глинистые5 формы с шестью заготовками (отбирали 2 заготовки без дефектов диаметром 23 мм и длиной 100 мм. От каждой заготовки изготавливали образцы для испытания на абразивный износ, скалиностойкость и металлографические исследования.Иеталлическая матрица предлагаемого чугуна до термообработки состояла из бО. феррита и 30-40% перлитаПоэтому с целью увеличения жаростойкости проводили термообработку заготовок - полный отжиг на феррит. Для этого заготовки садили в печь при 200-250 С, нагревали со скоростью 50-20 60 С/ч до 050 С, выдерживали при этой температуре 1 ч и охлаждалн с печью до 200 С. После термообработки металлическая матрица чугуна состояла из 98-1007 феррита. 15Абразивостойкость сплавов определяли на установке С 1 Дпри сухом трении по абразивному кругу диаметром 50 мм и толщиной 15 мм при скорости вращения 200 об/мин в течение 1 мин, 30 Величину относительного износа определяли по потере массы образцов диаметром 2205 мм и длиной 25+01 мм цо формулеИ = - -- " - 100%О 1- О35Огде И - относительный износ, %;, - первоначальная масса образца, гЯ - масса образца после испытания, г.Для испытания сплавов на окалиностойкость изготавливали образцы диаметром : 22 мм и длиной 30 мм. Окалиностойкость или устойчивость,к обгоранщо определяли, методом приращения ,массы при 800 С,в течение 100 ч. Для увеличения достоверности результатовФормула изобретенияЧугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, магний, медь, редкоземельные металлы, иттрий и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения абразивостойкости и окалиностойкости, он содержит компоненты в следующем соотношении, мас,7:Углерод 2,1-2, 9Кремний 3,3-3,8Марганец 0,1-0,3ХромО 08-03Никель О, 5-1,21 агний О, 03-0, 07Иедь 0,1-0,5Редкоземельные металлыИттрийЖелезо О, 02-0, 05 О, 01-0, 03 Остальное эксперимента от каждой плавки бралипо два образца, Эти цилиндрическиетела помещали в ящик из жаростойкойстали с отверстиями для создания потока продуктов сгорания смеси природнога газа с воздухом. Горение газовоздушной смеси осуществлялось с помощью горелки низкого давления. Ящикпомещали в термическую печь проходного типа. Пробы стояли в ящике наалундовых тигельках. До и после испытания на окалиностойкость образцывзвешивали на лабораторных весах ВЛА 200. Температура в печи поддерживалась с точностью до + 10 С с помощьювысокоточного регулятора температурыВРТи задатчика прогрммы РУ-02-М.Результаты испытаний приведены втаблице,Предлагаемый сплав обладает большой окалиностойкостью (на 35-747)абразивостойкостью (на 14-29%)чтопозволяет применить его для изготовления деталей обогатительного оборудования, работающих в условиях высоких температур и абразивной среды,афсчс ооо л в в ооо ос сч о о о В Л Л о о о л сь СЧ л в в л оо-,о1 1 Ы 1 Х 2 х о о 1 Рч1 11 ----- 1111 сб1111 11 11 11 11111 11;Г,1111 11 и111 ЬС 1111 11 1л 11 Я 11 1в в в в11Но ом -з а 3 ъ о о ф ф е е 1 в Л ООООО ао мо 1 ф 1 В 1 Е В . 1 В Л СЧО-сЧ ЛЮ СЧ е (Ч СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ 1ц сЧ МО ООООО е в е 1ООООО-авоо В Е ВВ сЧ сЧ сЧ сЧ М