Высокофосфористый чугун

.77 (2 22 С 37/ аявкк,рм иен ое Гнеударстнннный квмнтет СССР69.13- 088.8) нв делам нзебретеннй н открытнй(7 т)Заявител итья АН УС пр ст 1Изобретение относится к металлургйи и литейному производствутв частностн получению чугуна с повышенным физико-ме ханическими н специальными свойствами для изготовления изложниц,Известны литейные чугуны 1, содержащие 0,05-1 т 2% фосфора, обладающие повышенными специальными или литейными свойствами. Например чугун следующего химического состава, вес,%;Углерод 3,4-3,8К ремний 2,8-2,6Марганец 0,5-0,8фосфор 0,5-0,8СераДо 0,12Железо Остальноеприменяемый для изгбтовления чугунных труб, характеризуется повышенной жндкотекучестью, плотностью.Однако такой чугун имеет низкую плотность и термостойкость, нулевую пластичность и ударную вязкость, что обусловлено образованием в структуре сплошной толстой сетки фосфидной эвтектики, имеющей низкую те и повышенную чугуны с высо ются для изго вающих в проц кие напряженоИзвестен чу ческого состаУглерод Кремний оуру плавления (950 С)ос 1 ь, Поэтому такие фосфором не применяия изложниц, испытыксплуатации термичесханические нагрузки, 2 следующего химихрупкимтовлеессе и мегун ес.%: 2,5-2,8 0,3-0,4 1,5-2,0 1,5-4, 5 0,6-0,8 0,12-0,25 0,01-0,03 0,08-0, 12 Остальноегун соде МарганецАлюминийМедьБерийКальцийМагнийЖелезоВ качест примесей чу ,45 вес,% и м этого чугуна я е фосфора, поэто рименен для толс ина стенки более вляется низму он неостенных 100 мм). Недостакое Содержможет бытьотливок (тол О П И С А Н И Е 7 З 5652ИЗОБРЕТЕН ИЯ73563Наиболее близким к предлагаемомуизобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является чугун И следующего химического состава, вес,%:Углерод3,4-4,3Кремний 0,6-2,45Марганец 0,2-1,0Ванадий О, 08-0, 15Титан 0,03-0,20фосфор 0,35-1,2 щ Железо ОстальноеДанный чугун обладает хорошими литейными свойствами, характеризуется более равномерным и благоприятным распределением графита й фосфидной эвтектикИ, 15 прочностными свойствами на уровне чугуна марки .СЧ 12-28,Однако этот чугун имеет ряд существенных недостатков, что особенно прояв-.ляется при изготовлении крупных отливок (например изложниц), с топщиной стенки100 и более мм, массой 8-10 т, эатвер,девающих в течение 2-3 ч и более, Медленное затвердевание, длительное нахожде.ние отливки в жидком и твердо-жидком состоянии приводят х развитию графитации и ликвационных процессов.В результате чего центральные и верхние участки отливки затвердевают с образованием сплошной сетки фосфидной эвтектики и30крупного, слабо завихренного, остроугольного графита малой степени изолированности включений и колоний, Кроме того, известно, что в результате избирательнойдиффузии фосфидная эвтектика обогащается ванадием, что прйводит к повышению ее твердости. Таким образом, при литье массивных отливок (изложниц) офицатедьное влияние повышенного содержания фосфора для данного чугуна полностью. не40устраняется: в результате охрупчивающего фосфидной эвтектики и надреэывающего влияния графита чугун, имеющий при комнатной температуре низкую пластичность и ударную вязкость 0,3 кгс/смф, при по 45вышеиных температурах имеет практичес-""ки нулевую прочность и пластичность,склонен к образованию и развитию трещин, следовательно, имеет низкую термостойкость. Кроме того, применение ванадия, дорогостоящего и дефицитного элемента, применяемого для изготовления специальных сталей и качестве легирующей добавки для чугуна изложниц в крупнотоннажном массовом производстве нецелесооб 55разно, так как при этом повышается стоимость отливок и расход дефицитного ва- надия без достижения должного эффекта, Углерод, 2,5-4,3 Кремний 0,45-1,2 Марганец 0,2-1,0 Титан 0,03-0,20 Фосфор 0,5-1,2 Алюминий 0,5-1,4 Кадьций 0,01-0,25 Медь: 0,01-1,0 Получение содержания кремния менее 0,4%, марганца менее 0,2% серы 0,01% технологически затруднительно и при обычной плавке практически не реализуется, то же следует сказать о фосфоре(0,30%) при исцольэовании в шихте обычных и о-обенно фоефористых лиейных чугунов (класоы Б, В, Г). Увеличение содержания кремния более 1,2% нежелательно, так как это приводит к развитию графитообразования при эвтектоидном и эфтектическом превращениях, и, следовательно, к увеличению количества и размеров графита и легированного феррита в литой структуре, Высо- Ф 52 4Целью изобретения является повышениефизико-механических свойств, термостойкости, улучшение структуры чугуна.Поставленная цель достигается тем,что высокофосфористый чугун, содержащийуглерод, кремний, марганец, титан и же,лезо, дополнительно содержит алюминий,кальций, медь и редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов, вес,%:Редкоэемеа,- ные металлы . 0,01-0,25Железо ОстальноеЧугун содержит серу в количестве0,01-0,1 вес.%,Пределы содержания углерода и кремния зависит от содержания алюминия. Нижний предел содержания этих элементов соответствует максимальной концентрацииалюминия и, наоборот верхний предел посодержанию углерода и кремния устанавливается при минимальном алюминии.Снижение содержания углерода менее2,5% приводит к затвердеванию чугунацо метастабидьной диаграмме, появлениюцементита (хрупкой структурной составляющей), снижению пластичности и термостойкости. Подучить такое содержание приваграночной плавке затруднительно. Увеличение содержанияуглерода более 4,3%нежелательно, так как при этом резко увеличивается количество и размеры графитных включений, что обуславливает снижениеспециальных свойств чугуна, в томчисле трещиноустойчивости.1Испытания образцов на термостойкостьпроводятся на специальной установке, накоторой образец нагревается до 700 С иозакаливается в воде, После каждых 50циклов производится определение наличиятрещин. Окалиностойкость определяется попотере веса после зачистки специальныхообразцов выдерживаюшихся 5 ч при 900 С,Механические свойства определяются постандартным методикам. 57356 хая хрупкость кремниевого феррита, наряду с выделениями фосфидной эвтектики, а также грубая форма графита вызывает снижение механических свойств, Верхнее содержание марганца ограничено 1,0%, так как в противоположном случае увел чивается отбел, снижается термостойкость и трешиноустойчивость чугуна.Содержание серы лимитировано 0,1%, фосфора 1,2%, так" как при больших содер жаниях повышается количество легкоплав-ких структурных составляющих фосфидной и сульфидной эвтектик, которые кристаллиэуясь в последнюю очередь, ликвидируют, выделяются по границам зерен в ви де толстой сплошной сетки, что приводит к снижению пластических и специальных свойств. Однако преимушества нового состава позволяютподнять верхний предел по фосфору до 1,2% без заментного сни жения свойств. Однако преимущества нового состава позволяют поднять верхний предел по фосфору до 1,2% без заметного снижения свойств. Охрупчиваюаее влияние фосфора может быть в эначнФельной 25 степени уменьшено при вводе в чугун 0,5-1,4% алюминия.Металлографический анализ покаэыва ет, что в случае легирования чугуна алюминием фосфидная эвтектика измельчает ся, включение ее становится изолированными. Кроме того, существенно уменьша- ется величина переходного слоя, насыщенного фосфором, вблизи фосфидной эвтектики. В результате влияния этих факторов при вводе алюминия значительно увеличи ваются пластичность и вязкость чугуна, При вводе до 0,5% алюминия его положи тельное влияние проявляется незначительно или не проявляется вообще, 40При повышении содержания алюминия более 1,4% структура чугуна ухудшается- увеличивается и размерах и огрубляется графит, повышается склонность к образованию плен, раковин, термостойкость чу гуна уменьшается. Кроме того, ввод в ,жидкий чугун более 1:4% алюминия тех нологически затруднен.Тйтан в количеотве более 0,03% способствует получению измельченной первачной структуры, повышению дисперсности графита, При увеличении титана больше 020% возможно выделение карбидов, резко ухудшается термостойкость.Добавка кальция и чугун оказывает моЧ дифицируюшее и рафинируюшее воздействие, что приводит к повышению физико-механических свойств, Верхний предел (0,25%) 52 6взят из условий получения компактйогографита, нижний (0,01%) десульфурацииметалла.При содержании свыше 0,01% медь повышает однородность и стабильность структуры, выделяясь иэ твердого раствора приА р, превращениях (при термоциклировании), медь препятствует выделению графита, способствует уменьшению роста чугуна. Добавки меди в заявленных пределах способствуют благоприятному сочетанию прочности и пластичности, Увеличениемеди свыше 1% для алюминиевого чугунанежелательно, так как введение избыточ-.ной меди (охруцчиваюаая фаза по границам зерен) приводит к образованию поверхностных трещин при повышенных температурах вРедкоземельные металлы (сумма; церий, лантан, иттрий и др.) оказывают бла-гоприятное модифицирующее воздействиена структуру чугуна, способствуют сфероядиэации графита, уменьшают сйлоииостьчугуна к пленкообраэованию. При остаточном содержании меньшем 0,01% действиеРЗМ не обнаруживается, при содержаниибольшем 0,25%, наступает явление перемодифицирования - ухудшается форма графита, появляются карбиды и свойства чугунаухудшаются,Выплавку чугуна различных составов,"которые были подвергнуты комплексномуисследованию структуры и свойств производили в литейном цехе Опытного производства ИПЛ АН УССР в плавильной печиМГП. В качестве шихтовых материалов применяют литейный чугун маркиЛК 1, ЛК 2, ЛКЗ обычный и фосфористый,лом, вторичный алюминий, медь, ферроспла, вы. Отливают опытные детали толаииой 100,200 и 300 мм Ь песочные формы. Отпивки разрезаются иа продольные температуры, которые подвергают металлографическому исследованию, и образцы для определения физико-механических и специаль,ных свойств (табл, 1 и 2).Химический состав, вес,%АК Са Си РЗМ Р ЖМпп й Мл Т 1 Предложенный г 2,5 0,45 0,2 0,03 0,5 . 0,01001 001 05 ост. 2. 340,7 0,6 О, 12 1,0 0,25 0,96 0,25 0,96 -ф 3 4,31,2 1,0 0,20 1,4 0,251,00,25 1,2 -ф 1,02 -ч О,78 4 е Звб 2114 Оф 56 0,12 Т а бл и ц а 2физико-мехаяические свойства предложенного чугуна и известно 1"о 0,8 0,8 400 19 450 22 2 3,9 3 1500 Тонкая сетк,8 20,3 0,5 / 83 450 29вестный чугуй ею 0000 Разорваннаятолстая сет 28,30,150- 89-.200 73 11,4- 0,113,6 0,3 7 735652 8Предлагаемый чугун, блаГодаря улуч,0 кГмlсмф; прочность при 500 С сшепию структуры (оптимизации формы и8,3-8,7 кг/ммф до 10-12 кг/мм". Осораспределения графита и фосфидной автек- бенно существенно возрастает термостойтики, распределению фосфора, легированию кость: с 150-200 циклов прн 700 С доалюминием, уменьшению пленкообразова-400-.500 циклов,ния), имеет повышенные физико-механичес . Использование чугуна указанного сокие свойства и особенно термостойкость. става для производства изложниц позволяетТак предел прочности при изгибе повыша- получить значительный технико.-экономиется с 28,3-30,7 кгс/см до 40-45 кгс/см ческий аффект, использовать в шахте выстрем прогиба с 4,7-5,2 до 5,0-6,0; 1 О сокофосфористые чугуны, без сниженияпредел прочности при растяжении с 11,4 свойств отливок, повысить стойкость из 13,8 кгс/мм до 15-25 кгс/мм,ударнаяложииц иа 10-12% с экономическим афйвязкость с 0,1-0,3 кГм/см до 1,0- фектом 5,6-6,0 руб. на 1 т. годного,Таблица 19 7356Формула изобретения Высокофосфористый чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, титан и железо, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью повьппения физико-механических свойств, термостойкости, улучшения структуры, он дополнительно содержит алюминий, кальций, медь и редкоземельные ме- таллы при следующем соотношении компонентов, вес,%;Углерод 2,5-4,3 КремнийОэ 45-1 э 2 Марганец 0,2-1,0 Титан 003-0 2 . иФосфор 0,5-1,2 52 10Алюминий 0,05-1,4, Кальций 0,01-0,25Медь 0,01-1 0 Редкоземельные металлы 0,03 0,25 Железо ОстальноеИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Справочник ио чугунному литью. Под ред. Н. Г. Гиршовича. М. - Л., Мащгиз, 1961, с. 51,2. Авторское свидетельство СССР И 441331, кл, С 22 С 37110, 1973. 3. Авторское свидетельство СССР Х 9 487157 е кл С 22 С ЗЮО 01 1974 фСоставитель Г. ЛуцикРедактор 3, ШубенкоТехред Д. Теспюк Корректор Н. СтепЗаказ 2255/3 Тираж 694 Подписное БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий 113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. 4/5 филиал ППП Патентф, г, Ужгород, ул, Проектная, 4