SU1527309A1

SU1527309A1 - Cast iron

Info

Publication number: SU1527309A1
Application number: SU884396150A
Authority: SU
Inventors: Петр Никитович Радьков; Михаил Иванович Карпенко; Евгений Игнатьевич Марукович; Светлана Михайловна Бадюкова; Виктор Михайлович Медведев
Original assignee: Производственное Объединение "Гомсельмаш"
Priority date: 1988-03-23
Filing date: 1988-03-23
Publication date: 1989-12-07

Abstract

Изобретение относитс к области металлургии, в частности к получению конструкционного низколегированного чугуна дл литых деталей, работающих в услови х тепловых ударов и кавитации при нагреве. Целью изобретени вл етс повышение кавитационной стойкости и в зкости разрушени при 700-900°С. Предложенный чугун содержит, мас.%: углерод 1,8-2,9The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the production of low-alloy structural iron for cast parts operating under thermal shock and cavitation conditions during heating. The aim of the invention is to increase the cavitation resistance and fracture toughness at 700-900 ° C. The proposed cast iron contains, wt%: carbon 1.8-2.9

кремний 2,6-3,6silicon 2.6-3.6

марганец 0,5-1,5manganese 0.5-1.5

никель 0,8-1,3nickel 0.8-1.3

медь 0,05-0,19copper 0.05-0.19

магний 0,07-0,11magnesium 0.07-0.11

цирконий 0,05-6,10zirconium 0.05-6.10

лантан 0,06-0,09lanthanum 0.06-0.09

кальций 0,002-0,001calcium 0,002-0,001

бориды вольфрама 0,002-0,006tungsten borides 0.002-0.006

молибден 0,12-0,35molybdenum 0.12-0.35

нитриды хрома 0,005-0,62chromium nitrides 0.005-0.62

нитриды бари 0,002-0,01barium nitrides 0.002-0.01

иттрий 0,002-0,03yttrium 0,002-0,03

железо остальное. Предложенный чугун имеет кавитационную стойкость при 700°С 8,3-12,6 мг/гс, при 900°С 15,7-21,5 мг/гс и в зкость разрушени К_IC при 700°С 252-270 кгс^.мм^-3/2, при 900°С 232-249 кгс^.мм^-3/2. 2 табл.iron else. The proposed cast iron has a cavitation resistance at 700 ° C 8.3-12.6 mg / gf, at 900 ° C 15.7-21.5 mg / gf and a fracture toughness K _IC at 700 ° C 252-270 kgf ^. mm ^-3/2 , at 900 ° С 232-249 kgf ^. mm ^-3/2 . 2 tab.

Description

Изобретение относитс к металлургии , в частности к получению конструкционного низколегированного чугуна дл литых деталей, работающих в услови х тепловых ударов и кавитации при нагреве до 700-900°С.The invention relates to metallurgy, in particular to the production of structural low alloyed iron for cast parts operating under thermal shock and cavitation conditions when heated to 700-900 ° C.

Цель изобретени - повышение кави- тационной стойкости п в зкости разрушени при 700-900°С.The purpose of the invention is to increase the cavitation resistance of the fracture viscosity at 700-900 ° C.

Предлагаемый чугун содержит, мас.%:The proposed cast iron contains, wt%:

УглеродCarbon

КремнийSilicon

МарганецManganese

НикельNickel

МедьCopper

Магний . ЦирконийMagnesium. Zirconium

1,8-2,9 2,6-3,6 0,5-1,5 0,8-1,3 0,05-0,19 0,07-0,11 0,05-6,101.8-2.9 2.6-3.6 0.5-1.5 0.8-1.3 0.05-0.19 0.07-0.11 0.05-6.10

Лантан 0,06-0,09 Кальций 0,002-0,01 Иттрий 0,002-0,03 Молибден 0,12-0,35 БоридыLanthanum 0.06-0.09 Calcium 0.002-0.01 Yttrium 0.002-0.03 Molybdenum 0.12-0.35 Borides

вольфрама 0,002-0,06 Нитриды хрома 0,005-0,62 Нитриды бари 0,002-0,01 ЖелезоОстальноеtungsten 0,002-0,06 Nitrides of chromium 0,005-0,62 Nitrides of barium 0,002-0,01 Iron Else

Дополнительное введение в состав предлагаемого чугуна молибдена, бори- дов вольфрама, нитридов хрома и бари значительно повышает кавитационную стойкость и в зкость разрушени при 700-900°С.The addition of molybdenum, tungsten borides, chromium nitrides and barium to the composition of the proposed iron significantly increases the cavitation resistance and fracture toughness at 700-900 ° C.

Дополнительное введение боридов вольфрама в указанных пределах упрочн ет матрицу до 900°С, микролегиру Additional introduction of tungsten borides within the specified limits strengthens the matrix to 900 ° C, microleading

сл to sl to

СоWith

о ;оoh o

ее дисперсными частицами боридов и повыша ее стабильность, что существенно повышает кавитационную стойкость при 700-900°С при с охранении в зкости разрушени на высоком уровне. При содержании боридов вольфрама до 0,002 мас.% их вли ние на структуру чугуна - кавитационную стойкость незначительно , а при увеличении их концент рации более 0,06 мас.% снижаютс литейные свойства, ударна в зкость и в зкость разрушени при УОО-ЭОО С. Введение молибдена в количестве 0,12-0,35 мас.% повьшает терми- ческую стойкость и сопротивл емость износу при повышенных температурах, что способствует повышению кавитаци- онной и эксплуатационной стойкости чугуна при 700-900°С. Верхний предел концентрации ограничен содержанием, вьпле которого возрастает количество карбидных фаз, что снижает в зкость разрушени , а при. содержании молиб- . дена до 0,12 мас.% термостойкость и сопротивл емость кавитации при нагреве до 700-900 С недостаточны.its dispersed particles of borides and increasing its stability, which significantly increases the cavitation resistance at 700-900 ° C while maintaining the fracture toughness at a high level. When the content of borides of tungsten is up to 0.002 wt.%, Their influence on the structure of cast iron — cavitation resistance is insignificant; The introduction of molybdenum in an amount of 0.12–0.35 wt.% Increases the thermal resistance and wear resistance at elevated temperatures, which contributes to an increase in the cavitation and operating resistance of cast iron at 700–900 ° C. The upper limit of the concentration is limited by the content, which increases the amount of carbide phases, which reduces the fracture toughness, and when. content molyb-. For up to 0.12 wt.%, heat resistance and resistance to cavitation when heated to 700–900 ° C are insufficient.

Нитриды хрома и бари ввод тс дл измельчени структуры чугуна и повы- шени в зкости разрушени при повышенных температурах. При этом нитриды хрома повышают карбидообразование и кавитационную стойкость, а нитриды бари оказьшают графитизирующее вли ние и их максимальные концентрации ограничены соответственно пределами 0,62 и 0,01 мас.%, выше которых снижаетс стабильность структуры, упру- гопластические свойства и термостойкость . При их концентрации до 0,005 и 0,002 мас.% стабильность структуры и свойств при 700-900°С недостаточна .Chromium nitrides and barium are introduced to grind the cast iron structure and increase the fracture toughness at elevated temperatures. At the same time, chromium nitrides increase carbide formation and cavitation resistance, and barium nitrides have a graphitizing effect and their maximum concentrations are limited, respectively, to 0.62 and 0.01 wt.%, Above which the stability of the structure, elasticity and heat resistance are reduced. At their concentration up to 0.005 and 0.002 wt.%, The stability of the structure and properties at 700–900 ° C is insufficient.

Введение меди в пределах 0,05- 0,19 мас.% и кальци 0,002-0,01 мас. повышает усво емость нитридов, боридов и легирующих компонентов,упруго- пластические свойства и компактность фазовых составл ющих, что способствует повышению кавитационной стойкости при 700-900 0. Повьш1ение содержани меди более 0,19 мас.% и кальци более 0,01 мас.% не приводит ч повышению усво емости и своДств чугуна, а при снижении их ниже нижних пределов возрастает количество остроугольных фаз в структуре и снижаетс в зкость разрушени .The introduction of copper in the range of 0.05-0.19% by weight and calcium of 0.002-0.01 wt. increases the absorption of nitrides, borides and alloying components, the elastic-plastic properties and compactness of the phase components, which contributes to an increase in cavitation resistance at 700-900 0. Increasing copper content more than 0.19% by weight and calcium more than 0.01% by weight does not lead to an increase in the digestibility and properties of cast iron, and as they fall below the lower limits, the number of acute-angular phases in the structure increases and the fracture viscosity decreases.

Q Q

5five

00

5five

В предлагаемом чугуне содержание кремни - повышенное, а углерода - пониженное (1,8-2,9 мас.%) дл повьш1е- ни тер1 ической и кавитационной стойкости . Содержание марганца повышено до 0,5-1,5 мас.% из необходимости повьш1ени стойкости к многократным термическим ударам и в зкости разрушени при 700-900°С. Верхние их концентрации ограничены пределами, вьш1е которых отмечаетс образование Леде- буритной эвтектики и снижение уп- зугопластических свойств чугуна.In the proposed pig iron, the silicon content is high, and the carbon content is low (1.8–2.9 wt.%) In order to improve thermal and cavitation resistance. The manganese content is increased to 0.5-1.5 wt.% Due to the need to increase resistance to repeated thermal shock and fracture toughness at 700-900 ° C. Their upper concentrations are limited by the limits, above which the formation of ledeburitic eutectics and the decrease in the plasticistic properties of cast iron are noted.

Содержание поверхностно-активных модификаторов (магний, 0,07-0,11 мас.%, лантан 0,06-0,09 мас.% и иттрий 0,002-0,03 мас.%) обеспечивает повышение фактора формы графита и лсме- таллических включений и высокие проч- ностные и эксплуатационные свойства.Их верхние пределы концентраций представл ют содержани , вьппе которых растет угар и снижаютс в зкость разрушени и термостойкость при повьшенных температурах . При снижении их концентрации менее нижних пределов модифици- рукиций эффект и упругопластические свойства снижаютс .The content of surface-active modifiers (magnesium, 0.07-0.11 wt.%, Lanthanum 0.06-0.09 wt.% And yttrium 0.002-0.03 wt.%) Provides an increase in the shape factor of graphite and lmetal inclusions and high strength and performance properties. Their upper limits of concentrations are the contents, in which the carbon monoxide increases and the fracture toughness and heat resistance decrease at elevated temperatures. When their concentration decreases below the lower limits of the modifiers, the effect and elastoplastic properties decrease.

Введение в чугун никел в количестве 0,8-1,3 мас.% упрочн ет и стабилизирует структуру, повьш1ает сопротивл емость многократным термическим .ударам и износу, что обеспечивает высокую кавитационную стойкость при 700-900°С. Содержание никел менее 0,8 мас.% не обеспечивает существенного повышени термической и кавитационной стойкости при температуре более 700 С, а при концентратши его более 1,3 мас.% снижаетс в зкость разрушени при незначительном росте прочностных свойств и кавитационной стойкости.Introduction of nickel in an amount of 0.8-1.3 wt.% Strengthens and stabilizes the structure, increases resistance to repeated thermal shock and wear, which provides high cavitation resistance at 700–900 ° C. The nickel content of less than 0.8 wt.% Does not provide a significant increase in thermal and cavitation resistance at temperatures above 700 ° C, and when concentrates it more than 1.3 wt.%, The fracture toughness decreases with a slight increase in strength properties and cavitation resistance.

Цирконий в количестве 0,05-6,1 мас.% легирует матрицу и про вл ет себ в чугуне при кристаллизации как модификатор второго рода, снижает дисперсность структуры и повьш1ает термостойкость чугуна, что способствует стабилизации кавитационной стойкости и в зкости чугуна. При содержании циркони более 6,1 мас.% могут ухудшатьс литейные свойства и стабильность структуры чугуна, возрастает количество I,Zirconium in the amount of 0.05-6.1 wt.% Dopes the matrix and appears in the iron during crystallization as a second kind of modifier, reduces the dispersion of the structure and increases the heat resistance of the iron, which contributes to the stabilization of cavitation resistance and viscosity of the iron. When the zirconium content is more than 6.1 wt.%, The casting properties and the stability of the cast iron structure may deteriorate, the amount of I increases,

в структуре остроугольных карбидов, что снижает в зкость разрушени и ударную в зкость.in the structure of acute carbides, which reduces the fracture toughness and impact strength.

П р и м е р. Чугун выплавл ют в индукционной печи ЛЗ-67В. В качестве шихтовых, материалов используют литейные коксовые чугуны ЛК-2 и ЛК-3, передельный чугун М1, чугунный лом 18А, стальной лом 1А, бориды вольфрама ВБ-2, измельченные брикеты нитридов хрома ФХЮОИ и нитридов бари ФБа2Н, ферромолибден Мо2, ферромарганец Мн1 и другие ферросплавы,Темпе ратура перегрева расплава 1480-1500°С. Ферромолибден и бориды вольфрама ввод в печь после рафинировани расплава кальцинированной содой в дробленом до фракции 0,1-3,0 мм виде вместе с медной высечкой. Модифицирование расплава производ т при выпуске расплава в ковш механической смесь из магниевой лигатуры ЖКМК-3, нитридов хрома и бора, металлического иттри Ит-3, лантана и 75%-ного ферросилици . Температура модифицировани 1430-1450 С, Заливку расплава производ т в сухие оболочковые формы дл получени технологических проб, отливок и образцов дл механических испытаний,PRI me R. The cast iron is melted in an LZ-67B induction furnace. Cast materials are LK-2 and LK-3 cast iron, scrap iron M1, cast iron scrap 18A, steel scrap 1A, tungsten borides WB-2, crushed briquettes of chromium nitrides FHUOI and barium nitrides FBa2N, ferromolybreedu II Mo2, ferrous alloy Mo2 II; and other ferroalloys. Melt overheating temperature 1480-1500 ° С. Ferromolybdenum and tungsten borides enter into the furnace after refining the melt of soda ash in crushed to a fraction of 0.1-3.0 mm, along with copper die-cutting. Melt modification is carried out with the release of the melt into the ladle of a mechanical mixture of magnesium ligature LCKK-3, chromium and boron nitrides, metallic yttri It-3, lanthanum and 75% ferrosilicon. The modification temperature is 1430-1450 ° C. The melt is cast into dry shell molds to obtain process samples, castings and samples for mechanical testing,

В табл,1 приведены химические составы известного и предлагаемого чу- гунов опытных плавок,Table 1 shows the chemical compositions of the known and proposed pigs of the experimental heats,

Механические свойства определ ют на образцах i 10 мм с расчетной длиной 50 мм и на образцах размером 10x10x55 мм,Mechanical properties are determined on specimens i 10 mm with a calculated length of 50 mm and on specimens of size 10x10x55 mm,

Стойкость против многократного удара оценивают при симметричном изгибе цилиндрических (010 мм) образцов на машине ПУИ 600 при нагрузке 300 МПа, Кавитационную стойкость определ ют на испытательных стендах при воздействии паромасл ных сред, загр зненных абразивом,Resistance against repeated impact is evaluated under symmetrical bending of cylindrical (010 mm) specimens on an WIA 600 machine with a load of 300 MPa. Cavitation resistance is determined on test stands when exposed to steam-oil media contaminated with abrasive,

Кавитационную стойкость определ ют на испытательных газоабразивных стру Cavitation resistance is determined on test gas-abrasive jets.

2730927309

еударных стендах ПГС-1М при скорости потоков 35 м/с и загр знении их частицами карбида кремни марки КЧ с размерами частиц 0,63 мм,The PGS-1M shock test benches at a flow velocity of 35 m / s and their contamination with particles of silicon carbide brand KC with particle sizes of 0.63 mm,

Результаты испытаний приведены в табл,2,The test results are given in Table 2;

Как видно из табл,2 предлагаемый чугун обладает более высокими механическими свойствами, удароустойчи- востью и кавитационной стойкостью при 700-900°С, чем известный чугун.As can be seen from Table 2, the proposed cast iron possesses higher mechanical properties, shock resistance and cavitation resistance at 700–900 ° C than the known cast iron.

Claims

The use of the proposed cast iron for heat-resistant castings and details of heat-treatment furnaces operating under conditions of shock loads and elevated temperatures makes it possible to increase their durability. Invention Formula

ten

Cast iron containing carbon, silicon, manganese, nickel, copper, magnesium, calcium, lanthanum, yttrium, zirconium and iron, characterized in that

In order to increase g cavitation resistance and fracture toughness at 700-900 ° C, it additionally contains molybdenum, tungsten borides, chromium nitrides and barium nitrides at the following

the ratio of components

35

40

45

Table 1