SU1511290A1 - Высокопрочный чугун - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии и может быть использовано при производстве непрерывно-литых заготовок. Цель изобретени  - повышение и стабилизаци  механических свойств в массивных закотовках. Новый чугун содержит, мас.%: C 3,4 - 3,7

SI 2,3 - 2,7

MN 0,22 - 0,48

NI 0,15 - 0,30

CR 0,02 - 0,06

CU 0,003 - 0,04

MG 0,05 - 0,08

MO 0,002 - 0,08

V 0,01 - 0,08

TI 0,005 - 0,02

CA 0,003 - 0,02

карбонитрид цери  0,012 - 0,05

нитрид алюмини  0,005 - 0,03

SB 0,001 - 0,05

BA 0,002 - 0,01

FE остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна SB и BA позволил повысить σ_B в 1,24 - 1,37 раза, A_N в 1,82 - 2,17 раза и стабилизировать эти свойства (предел прочности и ударную в зкость) в непрерывно-литых заготовках с сечением 100 - 230 мм. 2 табл.

Description

Изобретение относитс  к металлургии , в частности к разработке составов чугуна дл  производства отливок непрерьшной выт жкой из расплава.

Цель изобретени  - повьшение стабильности механических свойств в массивных заготовках.

Выбор граничных пределов содержани  компонентов в чугуне предлагаемо го состава обусловлен следующим.

Карбонитриды цери  введены в высокопрочный чугун дл  измельчени  структуры , повышени  ее однородности по сечению массивных непрерывных.слитков (100-230 мм) и повышени  стабильности механических свойств. При концентрации карбонитридов до 0,012 мас,% однородность структуры, износостойкость , стабильность механических свойств в слитках диаметром более 100 мм недостаточны, а при увеличении карбонитридов более 0,05 мас.% увеличиваетс  концентраци  в слитках неметаллических включений, пористость в центральной зоне слитков и снижаетс  однородность структуры и свойств высокопрочного чугуна.

Нитриды алюмини  стабилизируют процесс модифицировани , служат центрами графитизации и повьшают гомогенность чугуна, что способствует измельчению графитных включений и повышению ударной в зкости и ее стабильности в массивных заготовках.

При концентрации нитридов апюми- ни  до 0,005 мас.% гомогенность

Гуна в толстостенных отливках и его

механические и технологические свойства недостаточны, а при концентрации нитридов алюмини  более 0,03 мас.% усиливаетс  диссоциаци  нитридов, снижаютс  упругопластические свойства , стабильность и трешиностойкость.

Никель (0,15-0,3 мас,%) микроле- гирует матрицу, повышает прочность, плотность, дисперсность и однородность структуры, технологические и пластические свойства в отливках, что обеспечивает стабильность упругоплас- тических и эксплуатационных свойств. При концентрации до 0,15 мас,% легирующее вли ние на стабильность структуры и механические свойства про вл ютс  слабо, а при увеличении содержани  никел  более 0,3 мас,% снижа- етс  стабильность ударной в зкости.

Висмут усиливает неоднородность структуры и свойств в массивных слит

ках, повьшает отбел на поверхности и снижает ударную в зкость, поэтому он исключен из состава предлагаемого чугуна ,

Кальций использован в качестве раскисл ющей и микролегирующей добавки , очищающей границы зерен и повышающей гомогенность структуры и .стабильность механических свойств чугуна . При концентрации кальци  до 0,003 мас,% его микролегирующий эффект недостаточен, а технологические свойства чугуна низкие, а при концентрации кальци  более 0,02 мас.% снижаютс  гомогенность- структуры, износостойкость и однородность свойств в толстостенных отливках.

Введение ванади  в количестве 0,01-0,08 мас,% микролегирует матрицу , снижает микропористость, повышает однородность и плотность чугуна , усталостную прочность, стабильность технологических и механических свойств. При концентрации ванади до 0,01 мас,% микролегирующий эффект и повьщзение прочности и технологических свойств про вл ютс  слабо, а верхний предел содержани  ванади  обусловлен увеличением склонности к трещинам, отбелу и снижением пластичности и эксплуатационной стойкости в услови х высоких статических и мических нагрузок. При этом снижаетс  стабильность структуры и свойств в непрерывно-литых заготовках диаметром от 100 до 230 мм.

Q 0

0

5

0

i-

Фосфор при концентрации 0,002- 0,06 мас,% повышает твердость и износостойкость j стабилизирует механические свойства в массивных слитках. При концентрации фосфора больше 0,06 мас.% повышаетс  содержание неметаллических включений, снижаютс  однородность структуры и свойств, уменьшаетс  динамическа  прочность и ухудшаетс  форма графита. При содержании фосфора менее 0,002 мас,% повышаютс  затраты на плавку и снижаетс  стабильность структуры и свойств.

Медь введена в качестве эффективной микролегирующей добавки, измельчающей структуру матрицы и графита, котора  существенно повьшает износостойкость , пластические и технологические свойства. Вли ние меди и никел  усиливаетс  в присутствии молибдена (0,01-0,08 мас.%), хрома (0,02- 0,06 мас.%), сурьмы (0,001-0,05 мас,%)

титана (0,005-0,02 мас,%), бари  5 (0,002-0,01 мас.%) Однако при увеличении их концентраций выше верхних пределов усиливаетс  отбел на поверхности отливок, снижаютс  однородность структуры, технологические свойства, а при концентрации менее нижних пределов их вли ние на механические и технологические свойства незначительно. При увеличении содержани  меди более 0,04 маеД усиливаетс  ликваци , неоднородность структуры и свойств.

Барий введен в качестве сфероиди- зирующей химически-активной добавки повьш1ающей количество шаровидного графита в толстостенных отливках, упругопластические и технологические, свойства. Модифицирующий эффект бари  при концентрации до 0,002 мас.% незначителен, а при содержании его 5 более 0,01 мас,% увеличиваетс  угар бари , снижаетс  технологическа  пластичность и повышаетс  угар других модификаторов, включа  магний, содержание которого прин то в обычных количествах .

Содержание марганца повыйено дл  увеличени  износостойкости и однородности структуры и усилени  стабильности эффекта от легировани  карбо- нитридами цери  и нитридами алюмини . При содержании марганца до 0,22 мас,% эффект незначителен, а при увеличении содержани  марганца более 0,48 мас,% снижаетс  стабильность

0

структуры, ухудшаетс  форма графита и сни51 аетс  динамическа  прочность.

Содержание углерода прин то в обычных концентраци х, а содержание кремни  повышено до концентрации 2,3- 2,7 мас,%, что способствует повьшзению однородности структуры и исключению отбела чугуна в непрерьшно-литых заготовках ,

Опытные плавки высокопрочных чугу- нов провод т в индукционных печах ИЧТ-10 с использованием литейных чу- гунов, чугунного и стального лома и. ферросплавов. Феррохром, ферромарга - нец, марганцевый никель, ферромолибден и феррованадий ввод т в электропечь- , а ферроцерий, железо-кремний- магниевую лигатуру, алюминий, металлическую сурьму и силикокальций - в миксер с индукционным подогревом, В миксере расплавленный металл обессеривают и продувают азотом в течение 2-5 мин. После доводки химического состава чугуна и вторичного модифицировани  ферросиликобарием и ферроти таном в металлоприемнике провод т выт жку профильных заготовок (100- 230 мм. Режимы выт жки: шаг 20-50 мм; скорость 0,11-0,18 м/мин; врем  остановки 3-8 с. Температура заготовки на выходе из кристаллизатора 930- 980°- С,

В табл.1 приведен химический соста высокопрочных чугунов опытных плавок,

В табл,2 приведены данные о механических и эксплуатационных свойствах и характеристики структуры чугуна в непрерывно-литых заготовках. Содержание шаровидного графита в предлагаемом чугуне 83-92%. Образцы дл  механических испытаний и исследовани  структуры вырезают из непрерывно-литых заготовок.

Как видно из тзбл,2, предлагаемый чугун в массивных непрерьшно-литых заготовках обладает по сравнению с известным более высокими и стабиль

ными свойствами. Экономический эффект достигаетс  за счет повышени  износостойкости и механических свойств высокопрочного чугуна в непрерывно-литых заготовках.

Предел прочности чугуна при раст жении повышаетс  в 1,24-1,37 раз, а ударна  в зкость увеличиваетс  в 1,82-2,17 раза. При этом получена также стабилизаци  механических свойств в непрерывно-литых заготовках сечением 100-230 мм.

Фо рмула изобретени 

Высокопрочный чугун дл  массивных непрерывно-литых заготовок, содержащий углерод, кремний, марганец,

никель, хром, медь, магний, редкоземельные металлы, молибден, ванадий, кальций, алюминий, титан, железо, отличающийс  тем, что, с целью повышени  стабильности механических свойств, он дополнительно содержит сурьму и барий, в качестве редкоземельных металлов он содержит церий в виде карбонитрида, а алюминий - в виде нитрида при следующем соотношении KONmoHeHTOB, мас,%:

5

0

5

Углерод Кремний Марганец Никель Хром Медь Магний Молибден Ванадий ,Титан Кальций Карбонитрид цери 

Нитрид алюмини  Сурьма Барий Железо

3,4-3,7

2,3-2,7

0,22-0,48

0,15-0,30

0,02-0,06

0,003-0,04 0,05-0,08

0,002-0,08 0,01-0,08

0,005-0,02

0,003-0,02

0,012-0,05

0,005-0,03 0,001-0,05 0,002-0,0 Остальное

Таблица 1

Химический состав известного и предлагаемого чугуна

Примечание. В чугуне состава 1 содержалось 0,07 мас.% нитрида

циркони .

Таблица 2

Свойства чугуна известного и предлагаемого составов

Временное соцротивление при раст жении , МПа:

в центральных зонах слитков диаметром, мм 100 160 230

637 629 618

678 667 649

700 689

674

550 548 512 640 470 631

285 520 190 470 105 420

320 580 235 530 140 490

55-7723-37

62-8526-42

70-9529-45

Составитель Н.Косторной Редактор М.Петрова Техред А.Кравчук Корректор А.Обручар

Заказ 5864/29

Тираж 576

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва,. Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Продолжение табл.2

686 718 680 709 672 697

620 570 510

700 640 590

13-29 15-24 18-29

Подписное

Claims (1)

1. Высокопрочный чугун для массивных непрерывно-литых заготовок, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, медь, магний, редкоземельные металлы, молибден, ванадий, кальций, алюминий, титан, железо, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности механических свойств, он дополнительно содержит сурьму и барий, в качестве редкоземельных металлов он содержит церий в виде карбонитрида, а алюминий - в виде нитрида при следующем соотношении компонентов, мас.%:

   Углерод 3,4-3,7 Кремний 2,3-2,7 Марганец 0,22-0,48 Никель 0,15-0,30 Хром 0,02-0,06 Медь 0,003-0,04 Магний 0,05-0,08 Молибден 0,002-0,08 Ванадий 0,01-0,08 Титан 0,005-0,02 Кальций 0,003-0,02 Карбонитрид церия 0,012-0,05 Нитрид алю- миния 0,005-0,03 Сурьма 0,001-0,05 Барий 0,002-0,01 Железо Остальное