Высокопрочный чугун

)5 С 2 ГО и ИЕ ИЗОБРЕТЕН ПИ АВТОРСКО ВИДЕТЕЛ ЬСТВ Ле.М,Молибден Ванадий ЯлюминиМаг.ний , Олово Хром Бо 2,7 - 3,1 2,2-2,6 0,2-0,7 0.4-0,8 0,8-1,6 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИИ ГКНТ СССР(56) Заявка Японии ЬЬ 57-98652,кл. С 22 С 37/04, 1982,Патент ПНР М 123606,кл. С 22 С 37/04, 1984.Авторское свидетельство СССРМ 924146;,кл, С 22 С 37/10, 1982. Изобретение относится к металлургии, в частности к составам высокопрочных чугунов, используемых для изготовления дета- лей технологической оснастки, работающей в условиях теплосмен. пресс-форм; кокилей идр,Цель изобретения - повышение эксплуатационной стойкости в условиях тепло- смен.Поставленная цель достигается тем, что высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец. алюминий, никель, хром, молибден, ванадий, РЗМ, медь, олово, кальций, магний и железо, дополнительно содержит сурьму, титан, бор, азот и висмут при следующем соотношении компонентов, мас. :УглеродКремнийМарганецНикельМедь 2(57) Изобретение относится к металлургии, в частности к высокопрочным чугунам для работы в условиях теплосмен. Сущность изобретения; чугун содержит, мас. : С 2,7- 3,1; Я 2,2 - 2.6; Мп 0,2-0,7: й 0,4 - 0,8; Св 0.8-1,6;. Мо 1,2-1,8; Ч 0,2-0,8; ЯЬ 0,02-0.06; А 0,02 - 0,07; Мд 0,03-0,07; Яп 0,002 - 0,01; Сг 0,002-0,006; В 0,002-0,005: Се 0,02-0,06; Са 0,002 - 0,015; В 0,002-0,004: й 0,04 - 0,11: Т 0,02 - 0,07; Ге ост. Дополнительное введение ЗЬ, Т, В, Се, й и В повышает эксплуатационную стойкость в условиях теплосмен.2 табл. 1,2 в 1,8 0,2-0,8и 0,02-0,070,03 - 0,07 0,002 - 0.010,02 - 0,06р 0,002-0,005Церий 0,02-0,06 Кальций 0,002 - 0,015Сурьма 0,02 - 0,06 Азот 0.04-0,11 Титан 0,02 - 0,07Висмут 0,002-0,004 ЖелезоОстальное Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предложенного состава обусловлен следующим.Микролегирование сурьмой. титаном и азотом и модифицирование бором и висмутом значительно повышают сопротивляемость тепловым ударам и эксплуатационные свойства в условиях теплосмен.1749294 3Дополнительное введение сурьмы обусловлено тем, что она обладает эффектом измельчения и инвертирования структуры, оказывает микролегирующее воздействие, повышает стабильность структуры в условиях тепловых ударов и ее термическую и эксплуатационную стойкость, что обеспечивает существенное повышение сопротивляемости высокопрочного чугуна термическим ударам. При повышении концентрации ее более 0.06 мас,7 ь увеличивается число деффектов кристаллической решетки, металлической основы, неметаллических включений по границам зерен, ухудшается фактор формы грзфитнцх включений, повышаются термические напряжения, что снижает технологическую пластичность, трещиностойкость и сопротивляемость термическим ударам. Нижний предел концентрации сурьмы (0,02 мас.) обусловлен ее недостаточным микролегирующим влиянием на структуру и низкими эксплуатационными свойствами чугуна в условиях термических ударов и истирания,Дополнительное введение борз обусловлено его модифицирующими свойствами, улучшением морфологии структуры, повышением упругопластических свойств, термической стойкости, что способствует увеличению сопротивляемости чугуна тепловым ударам, При концентрации бора до 0,002 мас. модифицирующий эффект и повышение сопротивляемости тепловым ударам недостаточны, а при концентрации более 0,005 мас.увеличивается количество неметаллических включений по грани, цам зерен, снижаются упруго-пластические свойства, сопротивляемость термическим ударам и эксплуатационные свойства,Титан повышает стабильность структуры, способствует измельчению и упрочнению матрицы, очищает границы зерен, снижает загрязненность чугунз неметаллическими включениями, служит микролегирующей добавкой, повышает однородность структуры, термическую стойкость. эксплуатационные и пластические свойства, При концентрации его до 0,02 мас.микролегирующий эффект недостаточен, а при повышении его содержания более 0.07 мас, увеличиваются содержание неметаллических включений и неоднородность структурй, снижаются технологическая пластичность, динамическая прочность и эксплуатационные свойства при работе в условиях теплосмен,Азот з количестве 0,04-0,11 мас, измельчаеФ структуру. образуя нитриды. служащие дополнительными центрами графитизации, способствует повышению сопротивляемости задиру, износостойкости, трещиностойкости, технологичес,их иэксплуатационных свойств, При концентрации азота до 0,04 мас.% его влияние на5 дисперсность структуры, пластичность, технологические и эксплуатационные свойстванедостаточно, а при увеличении его концентрации более О,11 мас.повышается содержание неметаллических включений по10 границам зерен, что снижает трещиностойкость, стабильность структуры, технологические и эксплуатационные свойства,Висмут. введен в качестве отбеливающего компонента в количестве 0,002-0,00415 мас., измельчающего структуру литого иотожженного металла. увеличивающего стабильность механических свойств и способствующего повышению выносливости иударно-усталостной прочности в условиях20 знакопеременных нагрузок и пластическихсвойств. Нижняя концентрация висмутапринята за содержания (0,002 мас,ф 6), прикотором исключается образование в литомметалле свободного графита, а верхний пре 25 дел концентрации ограничен содержанием0,004 мас. ф 6, выше которого увеличиваютсязагрязненность границ зерен и хрупкостьчугуна, существенно удлиняется цикл отжига и снижаются пластичность, динамическая30 прочность и эксплуатационные свойства после низкотемпературной изотермическойвыдержки,Граничные параметры содержания углерода (2,7-3,1 мас,) и кремния (2,2 - 2,635 мас,;6) определены исходя из практики производства высокопрочных чугунов с повышенными пластическими свойствами,износостойкостью и термической стойкостью, При концентрации углерода более 3,140 мас. и кремния более 2.6 мас,снижаются трещиностойкость. ударная вязкость идругие механические и эксплуатационныесвойства чугуна, а при концентрации углерода до 2,7 мас. и кремния до 2,2 мас.ф 45 возрастают термические напряжения, снижаются трещиноустойчивость, термическаястойкость, ударная вязкость и другие пластические свойства в отливках, что снижаетэксплуатационную стойкость чугуна в усло 50 виях теплосмен при нагреве до 900 С.Ванадий введен как эффективный микролегирующий и упрочняющий компонент,усиливающий эффек измельчения матрицыи графитных включений, обеспечивающий55 однородность структуры и повышение термической и эксплуатационной стойкости иупруго-пластических свойств и их стабильности. Верхний предел концентрации ванадия (0,8 мас, обусловлен усилениемотбела, снижением технологической пла10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 стичности чугуна и увеличением склонности к трещинам при более высоком его содержании, что снижает эксплуатационные и упруго-пластические свойства, При уменьшении концентрации ванадия менее 0,2 мас,% укрупняется структура и снижаются динамическая прочность, предел текучести, термиЧеская и эксплуатационная стойкость,Содержание легирующих добавок (марганец 0,2-0,7 мас.%, молибден 1,2-1,8 мас,%, никель 0,4 - 0,8 мас.%, хром 0,02- 0,06 мас.%) обусловлено существенным повышением термической стойкости, технологической пластичностью и прочностью, ограничено пределами, ниже которых ударная вязкость, теплопрочность, технологическая пластичность и прочностные свойства недостаточны, а выше которых увеличиваются термические напряжения и снижаются термическая стойкость, предел выносливости, ударная вязкость и эксплуатационные свойства.Введение церия в количестве 0,02-0,06 мас,%, олова 0.002-0,01 мас.%, кальция 0,002 - 0,015 мас.% и магния 0.03-0,07 мас.% обусловлено их высокой модифицирующей эффективностью и поверхностной активностью, которые в этих количествах обеспечивают очистку границ зерен, повышение пластических свойств, трещиноустойчивости, стойкости в условиях теплосмен и технологической пластичности, Их содержание обусловлено пределами, обеспечивающими получение дисперсной и однородной структур в отливках, шаровидного графита в чугуне и необходимыхэксплуатационных и механических свойств.а также стабильности перлитной структуры после термической обработки и в процессе эксплуатации. При увеличении их концентрации выше верхних пределов снижаются эксплуатационные свойства и увеличивает ся их угар.Введение алюминия в количестве 0,02 - 0,07 мас.% раскисляет, микролегирует расплав, измельчает структуру и способствует повышению термической стойкости и вязкости разрушения при сохранении прочностных свойств. Низкий процент концентрации (0,02 мас,%) принят от содержания, от которого начинает сказываться его влияние на структуру и свойства чугуна, но при увеличении концентрации более 0,07 мас.% снижаются пластические свойства,Плавку чугунов проводят в индукционных печах с использованием в качестве шихтовых материалов литейных чугунов. полуфабрикатного никеля, чугунного и стал ного лома, феррованадия. ферромолибдена,силикомарганца, ферротитана, сурьмы. Су 2 ферробора, ферросилиция и других ферросплавов, Микролегирование чугунов медью, феррованадием ФВд 2, ферротитаном, силикомарганцем СМн 17 Н проводят в электропечи в конце плавки при 1500-1520 С, а модифицирование силикокальцием С;30, ферроцерием (ТУ 1243-75), ферробором ФВ 17, висмутом Ви 2, оловом 02, сплавами магния - непосредственно в раздаточных литейных ковшах,В табл, 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок, Химический состав чугунов проверяют по ГОСТ 22536-0-77, ГОСТ 22536.13-77, а остаточное содержание азота, степень усвоения определяют по методике количественного дифференцированного химического анализа сплавов,Испытания показали, что предложенный чугун может быть использован для изготовления литых деталей повышенной прочности, износостойкости и эксплуатационной стоЙкости,Эксплуатационную стойкость определяют по стойкости металлических форм при заливке в них медно-никелевых сплавов.В табл. 2 приведены данные о механических и эксплуатационных свойствах. Механические свойства и термическую стойкость определяют на стандартных образцах, вырезанных из отливок после термической обработки, включающей изотермическую выдержку при 400-420 С,Формула изобретенияВысокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром. медь, кальций, магний, ванадий, алюминий, молибден, олово и железо, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости в условиях теплосмен, он дополнительно содержит сурьму, титан,бор. церий, азот и висмут при следующем соотношении компонентов, мас,%: углерод - 2,7-3,1; кремний - 2,2-2,6: марганец - 0,2-0,7; никель - 0.4 - 0.8; хром 0,02 - 0,06; ванадий - 0.2 - 0,8: алюминий - 0,02 - 0,07; молибден 1,2 - 1,8: сурьма - 0,02-0,06: магний 0.03 - 0,07; олово 0,002 - 0,01; медь - 0.8- 1,6; кальций - 0,002-0,015; бор 0,002-0,005: церий 0,02-0,06; висмут - 0,002-0,004; азот - 0,04-0,11; титан - 0,02- 0.07: железо - остальное,Л м С 3 ч лло о оС3 аоооо Мсф - оооо а 1 1оооо ч мд оооо оооооооо ч ае а 3 ОО -О ооооо1а ОООООактор Т.Иванова,Ко тельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 оизводсчвенн Заказ 2567 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и отсрытйям113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ГКНТ СССР1