Чугун с шаровидным графитом

по делам изабретеиий и открытий(72) Авторы изобретения Запорожский машиностроительный институт им, В. Я. Чубаря(54) ЧУГУН С ЯАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ 1, 4-1,6 165-173 Известен кого состав Углерод Кремний Марганец Азот Магний Кальцийцугун следующего химицесд, вес 4: 3,0-4,00,5-2,50,4-1,0О, 003-0, 0250,01-0,050,08-0,3 Изобретение относится к металлургии в частности к чугунам с повышенными физико-механическими и специальными свойствами для отливок, работающих в условиях газовой коррозии и коррозии в расплавах цветных металлов, эксплуатируемых с ударными нагрузками.Известны чугуны, содержащие углерод, кремний, марганец, хром, магний, кальций, редкоземельные металлы, характеризующиеся пониженными механическими свойствами при комнатной и высоких температурах, а также низкой стойкостью против газовой коррозии и коррозии в расплаве цветных металлов,Редкоземельныеметаллы 0,001-0,01Титан 0,04-0,1Ванадий 0,02-0,2Железо ОстальноеЧугун в литом состоянии имеет следующие свойства:Предел прочности,на изгиб, кгс/мм 40-43Предел прочности1 Она разрыв, кгс/мм 22-24Стрела прогиба, мм 5,0-6,0Относительноеудлинение, 3Твердость, НВ15Скорость коррозиичугуна в расплавеалюминия, мм/ц 0,244-0,233В процессе испытаний установлено,что ударная вязкость известного чу 20гуна составляет 0,3-0,5 кгсм/см Ц,В известном чугуне наличие титанаи ванадия способствует образованиюмеждендритного графита и перлитной885323 го Таблица 1 Химический состав, вес.35 Мп Мд РЗМ Сг Р 5 М 1 Чугун 2,5 3)2 0,20 0)04 0,029 0,30 0,005 0,016 - 0,22 3 4 3 8 0)32 0,06 0,035 0,42 0,007 0,010 - 0 33 4,о 4 5 о 50 о,о 8 о,об 2 0,50 О,ооб о,оо 8 - о,40 Предлагаемый Известный 3,5 3,25 0,40 0,01 - 0,25 О, 033,7 4,11 0,92 о,о 2 - 1,5 о,оз 4,о 5,о 1,5 о,о 4 - 2,о о,оз 0,02 0,5 0,75 О, 01. 0,5 0,83001 05 10 3металлической основы, что снижает ударную вязкость и пластичность. В процессе эксплуатации отливок при высоких температурах перлит распадается на феррит и графит, что приводит к росту чугуна, повышению напряженного состояния отливок и, как следствие, образованию трещин, вместе с тем чугун обладает низкой стойкостью против газовой коррозии.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является чугун с шаровидным графитом следующего химического состава, вес.:Углерод 3,5-4,0Кремний 3,25-5,0Марганец 0,4-1,5Хром 0,25-2,0Медь 0,75-1 0Магний 0,01-0,04Железо Остальное8 качестве примесей чугун содержит, вес.3: фосфор до 0,2, серу до 0,02 и никель до 0,5. Микроструктура чугуна - шаровидный графит, перлит или феррит, цементит (до 203). Данный чугун обладает высокой износостойкостью, прочностью, теплостойкостью и работает в условиях чистого трения с нагревом беэ ударных нагрузок.Максимально возможная темпеф ратура эксплуатации чугуна 600 С 21. 4Недостатком известного чугуна является низкая корроэионная стойкостьпротив газовой коррозии и коррозиив расплаве цветных металлов.5Цель изобретения - повышение стойкости против газовой коррозии и коррозии в расплаве цветных металлов привысоком уровне прочности, пластичностии ударной вязкости.Данная цель достигается тем, чточугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, хром,медь, магний и железо, дополнительносодержит редкоземельные металлы приследующем соотношении компонентов,вес.3:Углерод 2,5-4,0Кремний 3,2.4,5Марганец 0,2-0-,5Хром 0,3-0,5Медь 0,2-0,4Магний 0,04-0,08Редкоземельныеметаллы о,оз-о,обЖелезо ОстальноеПредлагаемый чугун предназначендля эксплуатации"при температурахО700-900 С, металлическая матрица егопри содержании ингредиентов на трехуровнях ферритная.В табл. 1 приведен химическийсостав предлагаемого чугуна и известного, в табл. 2 представлены их механические и специальные свойства.885323 Таблица 2 Механические и специальные свойства Чугун кгс/мм Твердость,НВ Скоростькоррозиив расплаве А 4 при860 С,мм/ч Величинагазовойкоррозиипри 800 Сг/м ч т,мм Ъ кгс/мм кгсм/см 1100 220 528 61 32 210 0517 0215 120,0 2,5 58,3 Ц,8 1,2 223 0,203 ОФ 209 105,0 11,5 Й 9,3 2,6 0,8 230 0,106 0,205 Предлагаемый 185 63 О 113 210 1,5 О 3 ЙО 30 Й 0,123 0,226 Известный 36 1 3 59 ч 2 65,2 21,9 0,3 0,2 29,3 0,2 0,2 38,2 0,1 0,1 45 Сравнительные испытания предлагаемого и известного чугунов позволяют сделать следующие выводы:1. При содержании ингредиентов известного 2 чугуна на нижнем. уровнезо получен серый феррито-перлитный чугун с пластинцатым графитом, имеющий высокую (6,3 г/мч; скорость коррозии в воздушной среде при температуре испытания 800 С, цто в 11 раз превышает скорость коррозии предлагаемого чугуна.Скорость коррозии в расплаве алюмивния при 860 С у известного чугуна почти в 2 раза выше, чем у предлагаемого чугуна.402. При содержании ингредиентов известного 21 чугуна на среднем уровне получен чугун с вермикулярным графитом. Металлическая матрица чугуна перлитная, склонная к ферритизации, структурно-свободного цементита 10- 154, Такой чугун имеет повышенную (15 г/м ч) скорость коррозии в воздушной среде при 800 С, что враз выше, чем у предлагаемого чугуна. 50 Скорость коррозии известного чугуна в расплаве алюминия при 860 С почти в 1,5 раза выше, чем у предлагаемого чугуна.3, При содержании ингредиентов известного чугуна на верхнем уровне получен чугун с шаровидным графитом, Металлическая матрица чугуна перлитоцементитная, структурно-свободного цементита до 104. Такой чугун имеетблизкие к предлагаемому чугуну ско"рость коррозии в воздушной среде(0,226 мм/ч) при 860 С.Значение всех физико-механическихсвойств при содержании ингредиентовизвестного цугуна на трех уровняхзначительно ниже, цем у предлагаемого чугуна за счет повышенного содержания карбидообразующих элементовхрома и марганца,Сравнительный анализ показывает,цто известный чугун имеет низкий уровень прочности, пластичности, ударнойвязкости и специальных свойств, чтообъясняется высоким содержанием марганца, меди и хрома - элементов, способствующих стабилизации перлита ипоявлению в металлической матрице чугуна структурно-свободного цементита.Общеизвестно, что максимальную кор .розионную стойкость, как правило,имеют чугуны с однофазной ферритнойили аустенитной структурой, а в низколегированных чугунах (за исклюце"нием кремнистых) однофазная структуране может быть получена.Марганец, являясь карбидообразующим элементом, оказывает большое влияние на структуру и свойства чугунас шаровидным графитом. В чугуне сферритной структурой содержание марган 885323Легирование кремнистого чугуна хромом в небольших количествах (0,3- 0,5 Ф)наиболее благоприятно повышает их качество. Происходящее под влиянием малых добавок хрома улучшение структуры кремнистых чугунов и усиление сопротивляемости их окислению позволяют значительно повысить температурный диапазон эксплуатации отли вок.Влияние меди, и никеля на свойства кремнистого чугуна одинаково и сводится, в основном, к улучшению его механических свойств. ЭфФективность их влияния на окалиностойкость и ростоустойцивость чугуна проявляется лишь в присутствии хрома.Присадки как никеля, так и медив чугун в количествах от 0,5 до 2,5 Ф приносят скорее вред,чем пользу, так как оба эти элемента в большей иере способствуют ухудшению качества графита,Однако малые добавки (до 0,53) меди и никеля в кремнистый чугун с шаровидным графитом в сочетании с небольшим количеством (до 0,53) хрома дают положительный результат. 45 ца рекомендуется иметь не более 0,63,так как он снижает пластицность иударную вязкость и увеличивает твердость чугуна вследствие увеличения количества перлита в структуре,При ь более высоком содержании марганца в структуре образуются карбидь.Легирование кремнистого чугуна марганцем до 0,6 несколько улучшает окалиностойкость и ростоустойчивость, но О при этом резко возрастает чувствительность отливок к термическим ударам.С целью сохранения высокой пластичности ферритных чугунов с шаровидным графитом содержание марганца не должно ь превышать 0,63.Медь является одним из наиболее эффективных стабилизаторов перлита. После добавки 0,6 Сц чугун с шаровидным графитом и ферритной матрицей ста новится перлитным в отливках толщиной до 60 мм. Медь повышает прочность и твердость чугуна тем заметнее, цем ниже в нем содержание кремния. Хром затрудняет обе стадии графитизации, г способствует образованию цементита и увеличению количества перлита.Никель измельчает структуру металлической основы, увеличивает количество перлита в чугуне. 30 Все изложенное свидетельствует онецелесообразности легирования кремнистых чугунов с шаровидным графитомзначительными количествами карбидообразующих элементов (хромом, марганцем), так как оно связано с увеличением роста и повышением хрупкости(и без того хрупких) чугунов. Дляулучшения качества таких чугунов необходимо такое легирование, котороене вызывает нарушения однородностиметаллической основы и не препятствует образованию графита шаровиднойформы. Следовательно, содержание хрома, марганца, меди и никеля (в качестве примеси) не должно превышать 0,57.каждого элемента,Содержание магния в известном чугуне не всегда обеспецивает получение полной сфероидизации графита,снижая тем самым стойкость чугунапротив газовой коррозии и механические свойства,Обработка чугуна комплексным модификатором (лигатурой) благодаря наличию в нем РЗМ устраняет грубопластинчатую форму графита, обеспечиваетполучение правильной шаровидной формыграфита, а следовательно, и достаточно высокие механические свойства,Кроме этого, присадка РЗМ в чугунпозволяет подавить вредное влияниеэлементов - деглобуляризаторов 5, О,Н, В, РЬ, 5 п, Т 4, А 1 и Со и исключитьь графитизирующую обработку жидкогочугуна, а также существенно повыситьего прочностные и пластические свойства в питом состоянии. Присадка церия, иттрия или лантана в количестве 0,2-0,3/ в кремнистые чугуны с шаровидным графитом приводит к повышению их стойкости против газовой коррозии. На таких чугунах под влиянием РЗМ происходят качественные изменения окисного слоя за счет образования сложных шпинелей, которые являются результатом взаимодействия окислов РЗМ и других компонентов, входящих в состав чугуна, Наличие в чугуне РЗМ устраняет рыхлоту и пористость металлической матриць, что повышает коррозионную стойкость.РЗМ вводят в чугун в виде Ге-Се (У) лигатуры, содержащей церий (иттрий), лантан, празеодим, неодим.Испытания на стойкость против газовой коррозии проводились в соответствии с рекомендациями ГОСТ 7769-75 наФормула изобретения Составитель Г, ДудикТехред А. Бабинец Корректор С. Шекмар Редактор С. Юско Заказ 10454/37 Тираж 684 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д "/5 филиал ППП "Патент",г. Ужгород, ул. Проектная,8 образцах диаметром 10 и длиной 20 мм при 800 ф С в течение 100 часов.Испытания на скорость коррозии (разъедания) чугуна в расплаве алюминия проводились в образцах диаметром 10 мм длиной 20 мм при 860 С.Применение предлагаемого чугуна обеспечивает повышение стойкости отливок не меньше, чем в 2,1 раза.Общий экономический эффект от внедрения предлагаемого чугуна на предприятиях Министерства цветной металлургии СССР составит 1183920 руб,Чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, магний и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стойкости против газовой 853231 Окоррозии и коррозии в расплаве цветных металлов при высоком уровне прочности, пластичности и ударной вязкости, он дополнительно содержит редкоземельные металлы при следующемсоотношении ингредиентов, вес.3:Углерод 2,5-4,0Кремний 3,2-4,5Марганец 0,2-0,5 1 о Хром 0,3-0,5Медь 0,2-0,4Магний 0,04-0,08Редкоземельныеметаллы 0,03-0,06 1 5 Железо ОстальноеИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРИ 622862, кл. С 22 С 37/10, 1978. гв 2. Авторское свидетельство СССРМ. 380737, кл. С 22 С 37/04, 1971.