SU1581768A1 - Высокопрочный чугун - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии и может быть использовано дл  изготовлени  тонкостенных отливок, работающих в услови х гидроабразивного износа в нейтральных средах. Целью изобретени   вл етс  повышение изностойкости и жидкотекучести чугуна. Предложенный чугун содержит, мас.%: углерод 3,2-3,9

кремний 1,25-1,7

марганец 0,005-0,03

фосфор 0,15-0,6

церий 0,002-0,006

алюминий 0,005-0,01

кальций 0,02-0,05

титан 0,001-0,1

бор 0,002-0,008

медь 0,8-1,2

железо остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна кальци , титана, бора и меди обеспечил повышение в 1,2-1,45 раза износостойкости и в 1,1-1,2 раза жидкотекучести. 2 табл.

Description

Изобретение относитс  к металлургии , а именно к составам чугуна дл  отливок, работающих в услови х износа .

Целью изобретени   вл етс  повышение износостойкости и жидкотекучести чугуна.

Чугун, содержащий углерод, кремний , марганец, фосфор, церий, алюминий , дополнительно содержит кальций, титан, бор и медь при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод3,2-3,9

Кремний1,25-1 ,7

Марганец 0,005-0,03 Фосфор0,15-0,6

Церий0,002-0,006

Алюминий 0,005-0,01 Кальций0,02-0,05

Титан0,001-0,1

Бор0,002-0,008

Медь0,8-1,2

ЖелезоОстальное

Совместное легирование чугуна кальцием, титаном, бором и медью упрочн ет металлическую основу, измельчает структуру, повышает микротвердость перлита и дисперсных карбидных включений. Бор в количестве 0,002-0,008 мас.% введен как эффективный микролегирующий элемент, образующий термическостойкие тугоплавкие соединени : карбобориды, которые  вл ютс  центрами кристаллизации, способству  тем самым формированию мелке- дисперсной перлитной структуры чугуна . Растворенный в сплаве бор повышает стабильность перлита и упрочн ет

fea«t

ел

00

00

его. При концентрации бора менее 0,002 масД его вли ни  на структуру и свойства чугуна не про вл етс , а при концентрации бора более 0,008 мае Д образуютс  скоплени  карбоборидов, ухудшаетс  форма графита и снижаютс  технологические свойства чугуна, увеличиваетс  отбел.

Медь как легирующий, сильный гра- фитирующий и стабилизирующий перлит элемент при концентрации 0,8-1,2 маеД повышает износостойкость чугуна,вследствие микролегировани  металлической основы чугуна ведет к получению одно- родной структуры, повышению теплопроводности . Совместное, введение в чугун меди и бора дает в структуре мелкие равномерно распределенные включени  сложных карбоборидов, измельчает эв- тектическое зерно и включени  графита Кроме того, при получении тонкостенных отливок медь, как графитизирую- щий элемент, полностью устран ет отбел и уменьшает литейную усадку чугу- на. При концентрации менее 0,8 масД медь не. оказывает вли ни  на структуру и свойства чугуна, а при содержании меди более 1,2 масД ухудшаетс  форма графита, понижаютс  механичес- кие свойства чугуна.

Титан в количестве 0,001-0,1 масД введен как эффективный микролегирующий и модифицирующий элемент, св зывающий кислород, азот и углерод в тугоплавкие твердые оксиды, нитриды И карбиды, которые при затвердевании расплава служат центрами кристаллизации , повышают дисперсность перлита и увеличивают износостойкость чугуна. При концентрации титана менее 0,001 масД его вли ние на структуру и свойства чугуна незначительное, а при концентрации титана более 0,1 масД увеличиваетс  склонность чугуна к пленкообразованию, выдел ютс  крупные скоплени  оксидов и карбидов титана, ухудшаетс  износостойкость и механические свойства чугуна.

Кальций в концентрации 0,02 - 0,05 масД введен как эффективный модификатор, усиливающий модифицирующее действие цери  и позвол ет дольше сохранить эффект модифицировани . Кальций понижает термодинамическую активность углерода и увеличива ет его растворимость в железе. Явл  сь при этом сильным раскислителем и десульфуратором, он способствует за

,-

п

Q

5

0

5

рождению графитной фазы при первичной кристаллизации чугуна в шаровидной форме, повышает износостойкость и эксплуатационную стойкость. Кроме того, кальций в количестве 0,02 - 0,05 масД очищает границы зерен, измельчает структуру. Дополнительное введение кальци  вместо гафни  позвол ет снизить стоимость чугуна без ухудшени  механических и литейных свойств. При содержании кальци  менее 0,02 масД в структуре чугуна л образуетс  пластинчатый графит, а при содержании более 0,05 масД увеличиваетс  количество выдел емых оксидов и сульфидов, понижаетс  износостойкость чугуна и механические свойства чугуна.

В предлагаемом чугуне пределы содержани  кремни  выбраны с целью повышени  жидкотекучести чугуна и устранени  отбела в тонких сечени х отливок. Нижние пределы углерода (3,2 масД) и кремни  (1,25 масД) установлены с целью исключени  образовани  в тонких стенках отливки в структуре чугуна грубых включений эвтектического цементита. Верхние пределы содержани  углерода (3,9 мае Д). и кремни  (1,7 масД) установлены с целью обеспечени  перлитной метал1- лической основы с учетом дополнительного введени  легирующих элементов. Увеличение содержани  кремни  более 1,7 масД ухудшает форму графита и как следствие ухудшает механические свойства чугуна. Уменьшение содержаний кремни  менее 1,25 масД приводит к снижению жидкотекучести чугуна и образованию отбела в тонких стенках отливки.

Марганец  вл етс  побочным элементом , содержащимс  в металлизированных окатышах. Увеличение марганца более 0,03 масД приводит к образованию феррита вокруг графитных включений , что отрицательно сказываетс  на механических свойствах и износостойкости чугуна.

Алюминий как легирующий и сильный графитизирующий элемент способствует выделению углерода в виде графита, что св зано с образованием дисперсных 4 частиц, карбида алюмини , которые  вл ютс  центрами кристаллизации графита . Использование-в качестве графи- тизатора алюмини  позвол ет уменьшить содержание кремни , что в свою

очередь благопри тно сказываетс  на форме графитных включений - количество междендритного точечного графита резко уменьшаетс , что способствует распаду аустенита до перлита.

При концентрации менее 0,005 мае .% алюминий не вли ет на структуру и свойства чугуна, а при содержании алюмини  более 0,01 усиливаетс  пленкообразование и по вл ютс  включени  оксидов, понижающие литейные и эксплуатационные свойства чугуна.

Фосфор образует фосфидную эвтектику , котора  увеличивает жидкоте- кучесть чугуна, а также повышает износостойкость . При концентрации менее 0,15 мас.% фосфор не вли ет на структуру и свойства чугуна. При содержании фосфора более 0,6 мас„% образуетс  сетка фосфидной эвтектики, оказывающа  отрицательное вли ние на механические свойства чугуна.

Церий в чугуне  вл етс  элементом, св зывающим серу, измельчающим эвтектическое зерно структуры, и снижает склонность чугуна к отбелу.

Совместное введение цери  и кальци  в чугун обеспечивает стабильность получени  графита шаровидной формы, что благопри тно сказываетс  на повышении механических свойств и износостойкости.

При концентрации менее 0,002 мае.% в структуре чугуна образуетс  пластинчатый графит, а при содержании цери  более 0,006 мас.% не наблюдаетс  заметного изменени  свойств чугуна.

Таким образом, введение в металли10

росплавы. Церий, алюминии и кальций ввод т на дно ковша при выпуске металла из печи. Медь ввод т в печь в виде катодной меди в начале плавки.

Температура металла перед выпуско из электропечи дл  модифицировани  составл ет , а температура чугуна при заливке в литейную фор му составл ет 1370-ЙОО°С.

В табл. 1 и 2 приведены механические составы и результаты испытаний предложенного чугуна.

Механические свойства определ ют

5 на образцах диаметром 30 мм. Жидко- текучесть чугуна определ ют по спиральной пробе (проба Керри). Склонность чугуна к отбелу изучают на клиновой пробе. Испытани  на износ

20 провод т на образцах в воде, содержащей 30 мас.% двуокиси кремни  с размером частиц 0,2 мм. Скорость перемещени  образца в гидроабразивной среде составл ет 10 м/с. Износ оце25 нивают весовым методом после k ч испытаний.

Как следует из табл. 2, предложенный чугун вследствие дополнительного ввода в его состав кальци , титана,

3Q бора и меди и увеличению содержани  в нем кремни  обеспечивает в сравнении с известным составом повышение износостойкости в 1,3-1,45 раза, увеличение жидкотекучести в 1,1-1,2 раза и уменьшение отбела с 3 до 1 мм.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Высокопрочный чугун, содержащий ческий расплав в установленных преде- .Q углерод, кремний, марганец, фосфор,

   лах концентрации комплекса элементов: карбидообразующих, графитизирующих и модифицирующих нар ду с легированием медью позвол ет повысить жидкоте- кучесть и износостойкость чугуна за счет получени  мелких равномерно распределенных прочных карбидов и компактных включений графита в шаровидной форме на основе мелкодисперсного легированного и упрочненного перлита. Пример. Плавку чугуна проводили в индукционной печи. Дл  изуче-- ни  структуры и свойств выплавлены чугуны, содержащие основные компоненты , на разных уровн х, а также известный сплав со средним уровнем содержани  компонентов. Дл  легировани  и модифицировани  чугуна используют ферцерии , алюминии и железо, отличающийс  тем, что, с целью повышени  гидроабразивной стойкости и жидкотекучести, он дополнительно .с содержит кальций, титан, бор и медь при следующем соотношении компонентов , мас.%:

   Углерод

   Кремний

   Марганец

   Фосфор

   50

   55

   Церий

   Алюминий

   Кальций

   Титан

   Бор

   Медь

   Железо

   3,2-3,9 1,25-1,7 0,005-0,03

   0,15-0,6 0,002-0,006 0,005-0,01 0,02-0,05 0,001-0,1 0,002-0,008

   0,8-1,2 Остальное

   158V68

   0

   росплавы. Церий, алюминии и кальций ввод т на дно ковша при выпуске металла из печи. Медь ввод т в печь в виде катодной меди в начале плавки.

   Температура металла перед выпуском из электропечи дл  модифицировани  составл ет , а температура чугуна при заливке в литейную форму составл ет 1370-ЙОО°С.

   В табл. 1 и 2 приведены механические составы и результаты испытаний предложенного чугуна.

   Механические свойства определ ют

   5 на образцах диаметром 30 мм. Жидко- текучесть чугуна определ ют по спиральной пробе (проба Керри). Склонность чугуна к отбелу изучают на клиновой пробе. Испытани  на износ

   0 провод т на образцах в воде, содержащей 30 мас.% двуокиси кремни  с размером частиц 0,2 мм. Скорость перемещени  образца в гидроабразивной среде составл ет 10 м/с. Износ оце5 нивают весовым методом после k ч испытаний.

   Как следует из табл. 2, предложенный чугун вследствие дополнительного ввода в его состав кальци , титана,

   Q бора и меди и увеличению содержани  в нем кремни  обеспечивает в сравнении с известным составом повышение износостойкости в 1,3-1,45 раза, увеличение жидкотекучести в 1,1-1,2 раза и уменьшение отбела с 3 до 1 мм.

   церии, алюминии и железо, отличающийс  тем, что, с целью повышени  гидроабразивной стойкости и жидкотекучести, он дополнительно с содержит кальций, титан, бор и медь при следующем соотношении компонентов , мас.%:

   Углерод

   Кремний

   Марганец

   Фосфор

   0

   5

   Церий

   Алюминий

   Кальций

   Титан

   Бор

   Медь

   Железо

   3,2-3,9 1,25-1,7 0,005-0,03

   0,15-0,6 0,002-0,006 0,005-0,01 0,02-0,05 0,001-0,1 0,002-0,008

   0,8-1,2 Остальное

   1581768

   8

   Таблица 1

   Плавке

   Хинический состав, мас.

   С 1 Si j Mn 1 Р 1 Се А1 | Hf j Sn J Сэ | Ti В Cu

   Извест3 ,51,0 0,018 0,35 0,01 0,0075 0,09 0,05

   730 725 730 730

   Fe

   Остальное

   Таблица 2

   б/О

   715 725 725