SU1724716A1 - Чугун дл металлических форм - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии и может быть использовано при производстве металлоформ. Чугун содержит, мас.%: углерод 2,7-3,1; кремний 2,6-3,2; марганец 0,2-0,7; никель 1,4-2,2; ванадий 0,02-0,2; молибден 1,1-2,7; хром 0,03-0,3; бор 0,003- 0,015; медь 0,32-0,85; магний 0,03-0,07; церий 0,02-0,05; цирконий 0,18-0,75; кальций 0,002-0,027; барий 0,002-0,005; железо остальное . Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна циркони , бора и бари  позвол ет повысить оь в 1,36-1,4 раза, термостойкость в 2,4-2,7 раза, д в 3,4-3,6 раза, ап в 2,1-2,3 раза.

Description

(Л

С

Изобретение относитс  к металлургии, в частности к составам высокопрочных чугу- нов, используемых дл  изготовлени  деталей технологической оснастки, работающей в услови х теплосмен: пресс-форм, кокилей и др.

Известен высокопрочный чугун, содержащий , мас.%: углерод 3,0-4,5; кремний 1,5-3,0; марганец 1,0-1,5; магний 0,02-0,08; медь или олово и/или сурьма 0,03-0,08; железо остальное.

Известный чугун обладает недостаточной термической стойкостью и низкой тре- щиностойкостью. Стойкость кокилей из такого чугуна при литье медных сплавов при нагреве до 850°С не превышает 8-12 ч.

Известен высокопрочный чугун следующего химического состава, мас.%: углерод 3,5-3,7; кремний 2,3-2,5; марганец 0,2-0,3; фосфор до 0,025; сера до 0,015; магний 0,04- 0,06; сурьма 0,004-0,006; железо остальное.

Микроструктура отливок из этого чугуна имеет недостаточные однородность и стабильность , что снижает пластические свойства . В отливках отмечаетс  большое содержание неметаллических включений. Чугун имеет низкие упруго-пластические свойства, стойкость к тепловым ударам и эксплуатационную стойкость в услови х теплосмен при нагреве до 600-850°С.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  высокопрочный чугун, содержащий, мас.%: углерод 3,3-3,8; кремний 1,3-2,5; марганец 0,5-1,0; никель 0,6-1,2; хром 0,1- 0,3; медь 0,3-1,2; кальций 0,01-0,08; магний 0,01-0,035; редкоземельные металлы 0,01- 0,1; алюминий 0,05-0,4; молибден 0,1-0,3; ванадий 0,08-0,5; олово 0,04-0,12; железо остальное.

В качестве примесей чугун может содержать фосфор до .0,18 мас.% и серу до 0,03 мас.%.

xj ю ь

«ч

Ј

о

Данный высокопрочный чугун в литых издели х обеспечивает следующие механические свойства после отпуска и стабилизации структуры при 580-600°С в течение б ч.: Временное сопротивление при раст жении, МПа490-590

Твердость, НВ248-269

Сопротивление задиру, МПа 18,3-21,6 Относительное удлинение, % 1,7-2,3 Износостойкость при 600°С, мг/м2 гс245-315

Трещиностойкость (эталон ВЧ-40), %82-89

Теплопрочность, °С480-600

Сопротивл емость тепловым ударам при нагреве до 850°С, циклы800-1280

Загр зненность неметаллическими включени ми, х 103 %5,2-9,0

Ударна  в зкость, кДж/м2 50-200 Недостатком чугуна  вл етс  низка  сопротивл емость тепловым ударам в услови х термоциклировани  при нагреве до 600-850°С, недостаточна  износостойкость . При повышении содержани  меди в чугуне усиливаетс  ликваци , снижаютс  фактор формы графита и теплопрочность.

Цель изобретени  - повышение механических свойств и термостойкости чугуна, а также улучшение стойкости металлических форм.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, алюминий, никель, хром, молибден, ванадий, РЗМ, медь, кальций , магний и железо, дополнительно содержит цирконий, бор и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2,7-3,1; кремний 2,6-3,2; марганец 0,2-0,7; никель 1,4-2,2; цирконий 0,18-0,75; молибден 1,1-2,7; ванадий 0,02- 0,2; алюминий 0,02-0,08; магний 0,03-0,07; медь 0,32-0,85; хром 0,03-0,3; бор 0,003- 0,015; церий 0,02-0,05; кальций 0,002- 0,027; барий 0,002-0,005; железо остальное. Легирование чугуна бором и цирконием и модифицирование барием значительно повышает сопротивл емость тепловым ударам и эксплуатационные свойства в услови х теплосмен.

Дополнительное введение циркони  обусловлено тем, что он обладает эффектом измельчени  и инвертировани  структуры, оказывает микролегирующее воздействие, повышает стабильность структуры в услови х тепловых ударов и ее термическую и экс- плуатационную стойкость, что обеспечивает существенное повышение сопротивл емости высокопрочного чугуна

термическим ударам. При повышении концентрации циркони  (более 0,75 мас.%)увеличиваетс  количество дефектов кристаллической решетки металлической

основы, неметаллических включений по границам зерен, ухудшаетс  фактор формы гра- фитных включений, повышаютс  термические напр жени , что снижает технологическую пластичность, трещиностой0 кость и сопротивл емость термическим ударам. Нижний предел концентрации циркони  (0,18 мас.%) обусловлен его недостаточным микролегирующим вли нием на структуру и низкими эксплуатационными

5 свойствами чугуна в услови х термических ударов.

Дополнительное введение бора обусловлено его модифицирующим воздействием , улучшением морфологии структуры,

0 повышением упругопластических свойств, термической стойкости, что способствует увеличению сопротивл емости чугуна тепловым ударам. При концентрации бора до 0,003 мас.% модифицирующий эффект и по5 вышение сопротивл емости тепловым, ударам недостаточны, а при концентрации его более 0,015 мас.% увеличиваетс  количество неметаллических включений по границам зерен, снижаютс  упругопластические

0 свойства, сопротивл емость термическим ударам и эксплуатационна  стойкость.

Барий повышает стабильность структуры , способствует упрочнению матрицы, очи5 щает границы зерен, снижает загр зненность чугуна неметаллическими включени ми, служит поверхностно-активной добавкой, повышает термическую стойкость , эксплуатационную и пластические

0 свойства. При концентрации до 0,002 мас.% модифицирующий эффект недостаточен, а при повышении содержани  (более 0,005 мас.%)увеличиваетс  содержание неметаллических включений и неоднородность

5 структуры, снижаютс  технологическа  пластичность , динамическа  прочность, термическа  стойкость и эксплуатационные свойства.

Граничные параметры содержани  уг0 лерода (2,7-3,1 мас.%) и кремни  (2,6-3,2 мае. %) определены исход  из практики производства высокопрочных чугунов с повышеннымипластическимии эксплуатационными свойствами, износо5 стойкостью и термической стойкостью. При концентрации углерода более 3,1 мас.% и кремни  более 3,2 мас.% снижаютс  предел выносливости, термическа  стойкость, ударна  в зкость и другие механические и эксплуатационные свойства чугуна, а при концентрации углерода до2,7 мас.% и кремни  до 2,6 мас.% возрастают термические напр жени , снижаютс  трещиноустрйчи- вость, термическа  стойкость, ударна  в зкость и другие пластические свойства в отливках, что снижает эксплуатационную стойкость чугуна в услови х теплосмен при нагреве до 850°С.

Ванадий ввод т как эффективный микролегирующий и упрочн ющий компонент, усиливающий эффект измельчени  матрицы и графитных включений, обеспечивающий однородность структуры и повышение термической и эксплуатационной стойкости и упруго-пластических свойств и их стабильности . Верхний предел концентрации вана- дн  (0,2 мае .%) обусловлен усилением отбела, снижением технологической пластичности чугуна и увеличением склонности к трещинам при более высоком его содержании , что снижает эксплуатационные и уп- руго-пластические свойства. При уменьшении концентрации ванади  (менее 0,02 мас.%) укрупн етс  структура и снижаетс  динамическа  прочность, предел текучести , термическа  и эксплуатационна  стойкость.

Содержание легирующих добавок, в количестве , мас.%: марганец 0,2-0,7; медь 0,32-0,85; молибден 1.1-.7; никель 1,4-2,2; хром 0,03-0,2 обусловлено существенным повышением термической стойкости, технологической пластичности и прочности и ограничено пределами, ниже которых теплопрочность, технологическа  пластич- ность и прочностные свойства недостаточные , а выше которых увеличиваютс  термические напр жени  и снижаютс  пластические свойства, термическа  стойкость, предел выносливости при изгибе, ударна  в зкость и эксплуатационные свойства.

Введение цери  в количестве 0,02-0,05 мас.%, алюмини  0,02-0,08 мас.%. кальци  0,002-0,027 мас.% и магни  0,03-0,07 мас.% обусловлено их высокой модифици- рующей эффективностью и поверхностной активностью, которые в этих количествах обеспечивают очистку границ зерен, повышение пластических свойств, трещино- устойчивости, стойкости в услови х теплосмен и технологической пластичности . Их содержание обусловлено пределами , обеспечивающими получение дисперсной и однородной структуры в отливках , шаровидного графита в чугуне и не- обходимых эксплуатационных и механических свойств, а также стабильной перлитной структуры после термической обработки и в процессе эксплуатации. При увеличении их концентрации снижаютс 

эксплуатационные свойства и увеличиваетс  их угар.

Олово в отливках увеличивает отбел, нестабильность структуры и снижает фактор формы графита, термическую стойкость, эксплуатационную стойкость, технологическую пластичность и упруго-пластические свойства, поэтому оно исключено из состава предлагаемого высокопрочного чугуна.

Опытные плавки чугунов провод т в индукционных печах с использованием в каче-. стве шихтовых материалов литейных чугунов, полуфабрикатного и марганцовистого никел , чугунного и стального лома, ферробора, феррованади , ферромолибдена , ферроциркони , силикокальци  и других ферросплавов. Микролегирование чугуна феррованадием, ферроцирконием, силико- марганцем провод т в электропечи в конце плавки при 1500-1520°С, а модифицирование ферроцерием, ферробором, сплавами бари  и магни  - непосредственно в раздаточных литейных ковшах. Дл  определени  отбела заливают ступенчатые и клиновые технологические пробы. Ударную в зкость определ ют на образцах Юн 10х 55 мм с полукруглым надрезом. Заливку производ т при 1420-1450°С.

Содержание компонентов в высокопрочном чугуне определ ют методами спек- трального и дифференцированного химического анализа. Эксплуатационную стойкость определ ют при литье бронзы Бр.05С17 в чугунные металлические формы с нагревом до 850°С.

Механические свойства и термическую стойкость определ ют на стандартных образцах , а сопротивл емость термическим ударам на образцах, вырезанных из отливок , после изотермической выдержки при 380-420°С.

Термическа  стойкость, механические свойства и сопротивл емость термическим ударам у предлагаемого чугуна выше, чем у известного высокопрочного чугуна.

Хорошее сочетание свойств предлагаемого высокопрочного чугуна обеспечивает повышение эксплуатационной стойкости кокилей и пресс-форм, работающих в услови х теплосмен при литье медных сплавов.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Чугун дл  металлических форм, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, кальций, магний, церий, алюминий, молибден, ванадий, медь и железо, от л и ч а н щ и и с   тем, что, с...целью повышени  механических свойств и термостойкости чугуна , а также улучшени  стойкости металлических форм, он .дополнительно, содержит цирконий, бор и барий при следующем со717247168

   отношении компонентов, мас.%: углерод0,05; алюминий 0,02-0,08; молибден 1,12 ,7-3,1; кремний 2,6-3.2; марганец 0,2-0,7;2,7; ванадий 0,02-0,2; медь 0,32-0.85; цирникель 1,4-2,2; хром 0,03-0,3; кальцийконий 0,18-0,75; бор 0,003-0,015; барий

   0,002-0,027; магний 0,03-0,07; церий 0,02-0,002-0,005; железо остальное.