SU1749291A1 - Чугун - Google Patents

Abstract

Использование: может быть использовано в литейном производстве, а именно при изготовлении чугунов, примен емых дли отливок технологической оснастки. Сущность изобретени : чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, РЗМ, магний, дополнительно содержит цирконий , ванадий и титан при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3.2-3,8: кремний 1,8-2,8; марганец 0.1-0.6, хром 0,0270,15: РЗМ 0,02-0.07: магний 0.010-0,025: цирконий 0,001-0,02; титан 0,01-0,05; ванадий 0.03-0,15: железо - остальное . Предлагаемый состав чугуна значительно повышает трещиноустойчивость сплава за счет комплексного воздействи  циркони , титана и ванади  на дисперсность графитных включений и металлической матрицы. 2 табл. in

Description

Изобретение относитс  к литейному производству, а именно к составам чугунов. примен емых дл  отливок технологической оснастки.

Целью изобретени   вл етс  повышение трещиноустойчивости при термоциклических нагрузках.

Содержание углерода в пределах 3.2- 3,8 мас.% обеспечивает получение отливок без свободного цементита. Превышение верхнего содержани  углерода (3,8 мас.%) приводит к значительному укрупнению графитных включений, ослабл етс  металлическа  основа, что отрицательно сказываетс  на трещиноустойчивости чугуна Термические трещины зарождаютс  на сопр женных поверхност х графита и металлической основы.

Кремний в пределах 1,8-2.8 мас.% обеспечивает удовлетворительные технологические свойства (хороша  жидкотеку- честь, отсутствие структурно-свободного цементита). Превышение верхнего предела (2.8 мас.%) разупрочн ет чугун через укрупнение графита, снижает трещиноустойчивость при термоциклических нагрузках.

Марганец в предел ах 0.1-0,6 мас.% способствует формироаанию металлической матрицы чугуна без включений свободного цементита. Снижение «го концентрации ниже нижнего предела нецелесообразно и трудно осуществимо нэ практике (требуютс  специальные низкомарганцовистые чугу 4

±

ю

ю

ны). Превышение верхнего предела (больше 0,6 мае. %) приводит к образованию ледебу- ритной эвтектики со значительным содержанием крупных карбидов, что отрицательно сказываетс  на трещино- устойчивости чугуна.

Содержание хрома ограничено пределами 0,02-0.15 мас,% вследствие недопустимости выделени  в структуре крупных первичных карбидов, что снижает трещино- устойчивость чугуна.

Редкоземельные элементы благопри тно воздействуют на структуру графитной фазы - измельчение и равномерное распределение графитных включений в металлической основе, кроме того, в данном конкретном случае РЗМ способствуют образованию вермикул рного графита. Эти факторы повышают трещиноустойчивость чугуна. Нижний предел установлен дл  достижени  определенного эффекта. Превышение верхнего предела содержани  РЗМ приводит к увеличению склонности чугуна к кристаллизации по диаграмме метастабиль- ного равновеси , что отрицательно сказываетс  на достижении поставленной цели изобретени .

Магний эффективный сфероидизирую- щий элемент в чугунах. Нижний предел его содержани  в сочетании с РЗМ обеспечивает вермикул рную форму графита, при этом наблюдаетс  достаточно высока  стабильность процесса формировани  графита этой формы. Превышение верхнего уровн  содержани  элемента приводит к сферои- дизации графита, снижению теплопроводности чугуна и вследствие этого снижаетс  трещиноустойчивость сплава при термоциклических нагрузках.

Цирконий способствует графитизации и снижает склонность РЗМ-магниевого чугуна к образованию трещин при термоциклических нагрузках. Цирконий позвол ет повысить устойчивость вермикул рной формы графита, измельчает и способствует равномерному распределению включений в металлической основе. Нижний предел установлен дл  достижени  определенного эффекта. Повышение верхнего предела содержани  этого элемента не дает существенного приращени  положительного вли ни  на графитную фазу, кроме того, экономически нецелесообразно.

Титан способствует перлитизации металлической основы и повышению дисперсности перлита. В установленных пределах в сочетании с достаточно высоким углеродным эквивалентом и содержанием циркони  в чугуне способствует улучшению параметров графитной фазы, стабилизирует вермикул рную форму графита, не про вл ет карбидообразующее воздействие Нижний предел (0.01 мас.%) позвол ет достичь определенный эффект, превышение

верхнего предела содержани  (более 0,05 мас.%) может привести к выделению структурно-свободного цементита, что снижает трещиноустойчивость чугуна при термоциклических нагрузках.

0 Ванадий (перлитизатор чугуна) значительно повышает дисперсность перлита. Последний фактор особенно сильно увеличивает трещиноустойчивость чугунов. Нижний предел установлен дл  получени 

5 определенного эффекта. Превышение верхнего предела (более 0,15 мас.%) приводит к разупрочнению чугуна за счет интенсивного - выделени  карбидной фазы, особенно это  вление характерно дл  РЗМ-содержащего

0 сплава и без того склонного к кристаллизации по метастабильной диаграмме состо ни . Выделение карбидной фазы в тонких сечени х отливки, сопр женной с тепловыми узлами (что характерно дл  отливок тех5 нологической оснастки), приводит к возникновению больших термических напр жений и циклические температурные на- грузки в этих услови х безусловно уменьшают трещиноустойчивость литой де0 тали.

Таким образом, дополнительный ввод в состав чугуна циркони  и титана стабилизирует вермикул рную форму графита и повышает дисперсность графитных включений, в

5 свою очередь, ввод ванади  благопри тно воздействует на металлическую основу сплава, Эти факторы способствуют значительному повышению трещиноустойчиво- сти литого издели , работающего в услови х

0 циклических термических нагрузках.

Пример. Исходный чугун следующего химического состава, мас.%: углерод 3,4- 3,9; кремний 1,0-2.0; марганец 0,1-0,6; хром до 0,15, выплавл ют в 60 кг индукционной

5 печи. Доводку по химическому составу чугуна по содержанию ванади  осуществл ют соответствующим ферросплавом.

Модифицирование осуществл ют в ковше лигатурой типа ФСМгЗ с повышенным

0 содержанием РЗМ до 8 мас.% и низким содержанием магни  2,5-3,0 мас.%. Модификатор дл  получени  предлагаемого чугуна дополнительно содержит цирконий (до 2,0 мас.%). После проведени  операции моди5 фицирований заливают цилиндрические образцы в песчано-глинистые формы, из которых затем вырезают кольца дл  проведени  испытаний на трещиноустойчивость при термоцик/тических нагрузках. Методика испытаний включает нагрев кольцевых образцов в свинцовой ванне до ЭООоС и последующее охлаждение в воде. Критерием тре щиноустойчивости было количество проведенных циклов до по влени  первой макротрещины на образце, видимой невооруженным глазом. Кроме того, провод т производственные испытани  кокилей, изготовленных из предлагаемого и известного чугунов.

Химический состав испытанных чугунов представлен в табл. 1; результаты испытаний в табл.2.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Чугун, содержащий углерод, кремний, марганецй, хром, редкоземельные элементы , магний и железо, отличающийс 

   0

   тем, что, с целые, повышени  трещиноустой- чивости при термоциклических нагрузках, он дополнительно содержит цирконий, ванадий и титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

   Углерод3.2-3.8

   Кремний1,8-2,8

   Марганец0,1-0,6

   Хром0,02-0,15

   Редкоземельные

   элементы

   Магний

   Цирконий

   Титан

   Ванадий Железо

   0,02-0.07

   0,010-0.025

   0.001-0.02

   0.01-0,05

   0,03-0.15

   Остальное

   Пределы содержани 

   Трещиноустойчивость (количество циклов), шт.

   Известный средний

   Предлагаемый нижний

   Средний

   Верхний

   Ниже нижнего

   Выше верхнего

   Таблица 1

   Таблица 2

   Эксплуатационна  стойкость кокилей, количество смен

   23 41 84 91 29 39