Высокопрочный чугун

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве непрерывно-литых заготовок. Цель изобретения - повышение и стабилизация 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 церия 0,012 - 0,05

нитрид алюминия 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<SB POS="POST">B</SB> в 1,24 - 1,37 раза, A<SB POS="POST">N</SB> в 1,82 - 2,17 раза и стабилизировать эти свойства (предел прочности и ударную вязкость) в непрерывно-литых заготовках с сечением 100 - 230 мм. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 12 0 А1 (51) 4 С 22 С 37/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4306411/23-02 (22) 16,09,87 (46) 30.09.89, Бюл, № 36 (71) Гомельский литейный завод "Центролит" (72) М,И,Карпенко, Е.И.Марукович, А.П,Мельников, Б,Р.Глейзер и С.N.Бадю кова (53) 669.15-196(088,8) (56) Патент ГДР ¹ 158113, кл. С 22 С 37/04, 1982, Авторское свидетельство СССР № 1154366, кл, С 22 С 37/1О, 1985. (54) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве непрерывно-литых заготоИзобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для производства отливок непрерывной вытяжкой из расплава, Цель изобретения — повышение стабильности механических свойств в массивных заготовках.

Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предлагаемого состава обусловлен следующим, Карбонитриды церия введены в высо" копрочный чугун для измельчения структуры, повышения ее однородности по сечению массивных непрерывных слитков (ф 100-230 мм) и повышения стабильности механических свойств, При концентрации карбонитридов до 0,012 мас.% однородность структуры, износостой2 вок, Цель изобретения — повьш)ение и стабилизация механических свойств в массивных заготовках, Новый чугун содержит, мас.%: С 3,4-3,71 Si 2,32,7; Мп 0,22-0,48; Ni 0,15-.0,30;

Cr 0,02-0,06; Си 0,003 вЂ,04; Mg 0,050,08; Мо 0,002-0,08; V 0,01-0,08;

Ti 0 005 0 02; Са 0,003-0 02; карбонитрид церия О 012-0 05; нитрид алю— миния 0 005-0 03; Sb 0,001-0 05; Ва

0,002-0,01; Fe остальное, Дополнительный ввод в состав чугуна Sb и Ва позволяет повысить (7 в 1,24-1,37 раза, а „ в 1,82-2,17 раза и стабилизировать

;эти свойства (предел прочности и ударную вязкость) в непрерывно-литых заготовках с сечением 100-230 мм.

2 табл. кость, стабильность механических свойств в слитках диаметром более

100 мм недостаточны, а при увеличении карбонитридов более 0,05 мас,% увеличивается.концентрация в слитках неметаллических включений, пористость в центральной зоне слитков и снижается однородность структуры и свойств высокопрочного чугуна.

Нитриды алюминия стабилизируют процесс модифицирования, служат центрами графитизации и повышают гомогенность чугуна, что способствует измельчению графитных включений и повышению ударной вязкости и ее стабильности в массивных заготовках.

При концентрации нитридов алюминия до 0,005 мас.% гомогенность чува недостаточны, а при концентрации нитридов алюминия более 0,03 мас,7

5 усиливается диссоциация нитридов, снижаются упругопластические свойства, стабильность и трешиностойкость, Никель (0,15-0,3 мас.7) микролегирует матрицу, повьппает прочность, плотность, дисперсность и однородность структуры, технологические и пластические свойства в отливках, что обеспечивает стабильность упругопластических и эксплуатационных свойств, При концентрации до 0,15 Mac.X легирующее влияние на стабильность структуры и механические свойства проявляются слабо, а при увеличении содержания никеля более 0,3 мас,% снижается стабильность ударной вязкости.

Висмут усиливает неоднородность структуры и свойств в MGccHBHbIx слитках, повышает отбел на поверхности и снижает ударную вязкость, поэтому он 25 исключен из состава предлагаемого чугуна, Кальций использован в качестве раскисляющей и микролегирующей добавки, очищающей границы зерен и повы- 30 шающей гомогенность структуры и стабильность механических свойств чугуна. При концентрации кальция до

0,003 мас.X его микролегирующий эффект недостаточен, а технологические свойства чугуна низкие, а при концентрации кальция более 0,02 мас,X снижаются гомогенность структуры, износостойкость и однородность свойств в толстостенных отливках, Введение ванадия 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 ванадия до 0,01 мас,X микролегирующий эффект и повьппение прочности и технологических свойств проявляются слабо, а верхний предел содержания ванадия обусловлен увеличением склонности к трещинам, отбелу и снижением пластич: ности и эксплуатационной стойкости в условиях высоких статических и динамических нагрузок, При этом снижается стабильность структуры и свойств в непрерывно-литых заготовках диаметром от 100 до 230 мм, 40

3 ) 51129 гуна в толстостенных отливках и его механические и технологические свойсто 4

Фосфор при концентрации О, 002О, 06 мас.% повышает твердость и износостойкость стабилизирует механические свойства в массивных слитках, При концентрации фосфора больше

0,06 ма,Х повышается содержание неметаллических включений, снижаются однородность структуры и свойств, уменьшается динамическая прочность и ухудшается форма графита, При содержании фосфора менее 0,002 мас, повышаются затраты на плавку и снижается стабильность структуры и свойств, Медь введена в качестве эффективной микролегирующей добавки, измельчающей структуру матрицы и графита, которая существенно повьппает износостойкость, пластические и технологические свойства. Влияние меди и никеля усиливается в присутствии молибдена (0,01-0,08 мас.7.), хрома (0,020,06 мас.X), сурьмы (0,001-0,05 мас,X)

1 титана (0,005-0,02 мас,7), бария (0,002-0,01 мас.7), Однако при увеличении их концентраций выше верхних пределов усиливается отбел на поверхности отливок, снижаются однородность структуры, технологические свойства, а при концентрации менее нижних пределов их влияние на механические и технологические свойства незначительно, При увеличении содержания меди более 0,04 мас,7 усиливается. ликвация, неоднородность структуры и свойств, Барий введен в качестве сфероидизирующей химически †активн добавки повышающей количество шаровидного графита в толстостенных отливках, упругопластические и технологические. свойства, Модифицирующий эффект бария при концентрации до 0,002 мас,% незначителен, а при содержании его более 0,01 мас,% увеличивается угар бария, снижается технологическая пластичность и повышается угар других модификаторов, включая магний, содержание которого принято в обычных количествах, Содержание марганца повьпПено для увеличения износостойкости и однородности структуры и усиления стабильности эффекта от легирования карбонитридами церия и нитридами алюминия, При содержании марганца до 0,22 мас, эффект незначителен, а при увеличении содержания марганца более

0,48 мас,7. снижается стабильность

5 151129 структуры, ухудшается форма графита и снижается динамическая прочность, Содержание углерода принято в обыч-. ных концентрациях, а содержание крем-. ния повышено до концентрации 2,32,7 мас,Х, что способствует повышению однородности структуры и исключению отбела чугуна в непрерывно-литых заготовках, 10

Опытные плавки высокопрочных чугунов проводят в индукционных печах

ИЧТ-10 с использованием литейных чугунов, чугунного и стального лома и . ферросплавов. Феррохром, ферромарганец, марганцевый никель, ферромолибден и феррованадий вводят в электропечь> а ферроцерий, железо-кремниймагниевую лигатуру, алюминий, металлическую сурьму и силикокальций — в 20 миксер с индукционным подогревом. В миксере расплавленный металл обессеривают и продувают азотом в течение

2-5 мин, После доводки химического состава чугуна и вторичного модифицирования ферросиликобарием и ферротитаном в металлоприемнике проводят вытяжку профильных заготовок 100230 мм. Режимы вытяжки: шаг 20-50 мм скорость 0,11-0,18 м/мин; время остановки 3-8 с., Температура заготовки на выходе из кристаллизатора 930980 С.

В табл.1 приведен химический состав 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 пред- 40 лагаемом чугуне 83-92Х. Образцы для механических испытаний и исследования структуры вырезают из непрерывно-литых заготовок, Как видно из табл,2, предлагаемый чугун в массивных непрерывно-литых заготовках обладает по сравнению с известным более высокими и стабиль0 6 ными свойствами. Экономический эффект достигается sa счет повышения иэносостойкости и механических свойств высокопрочного чугуна в непрерывно-литых .заготовках, Предел прочности чугуна при растяжении повышается в 1,24-1,37 раз, а ударная вязкость увеличивается в

1,82-2,17 раза. При этом получена также стабилизация механических свойств в непрерывно-литых заготовках сечением 100-230 мм, Формула и з о б р е т е н и я

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,Ж:

Углерод 3,4-3,7

Кремний 2,3-2,7

Марганец О, 22-0 ° 48

Никель 0,15-0,30

Хром 0,02-0,06

Медь Оу003-0,04

Магний 0,05-0,08

Молибден 0,002-0,08

Ванадий О, 01-0, 08

Титан 0,005-0,02

Кальций 0,003-0,02

Карбонитрид церия 0,0! 2-0,05

Нитрид алюминия

Сурьма

Барий

Железо

1511290

Таблица 1

Химический состав известного и предлагаемого чугуна

Компоненты Содержание компонентов, мас.%, в чугуне состава известного предлагаемого

2 4

0i 012

0,03

0,05

О, 005

0,003

0,002

Остальное

0,01

0,01

О, 038

Остальное

0,03

0,02

0,06

Остальное

0,05

0,032

Ос тальное

П р и м е ч а н и е. В чугуне состава 1 содержал ос ь О, 07 ма с . Ж нитрида циркония.

Таблица 2

Свойства чугуна известного и предлагаемого составов

Чугун состава

Показатели известног предлагаемого

3 4

1 2

Временное сопротивление при растяжении, МПа: в центральных зонах слитков диаметром, мм

230

51 О 637

467 629

385 618

678 700

667 689

649 674

Углерод

Кремний

Марганец

Никель

Магний

Ванадий

Хром

Молибден

Сурьма

Титан

Медь

Барий

Карбонитриды церия

Нитриды алюминия

Кальций

Фосфор

Железо

3,4

2,0

0,2

0,2

0,07 . 0,06

0 50

0,88

0,001

0,30

0,10

3,4

2,3

0,22

0,15

0,05

0,01

0,02

О, 002

0,001

О, 005

О, 003

О, 002

3,3

2,6

0,26

0,23

0,07

0,05

0,04

0,03

0,02

0,01

0,02

0,007

3,7

2,7

0,48

0,30

0,08

0,08

0,06

0,08

0,06

0,02

0,04

0,01

1511290

Продолжение табл.2

Чугун состава

Показатели известног в поверхностных зонах слитков диаметром, мм

Ударная вязкость, кДж/м в центральных зонах слитков диаметром, мм

230

550 548 686 718

512 640 680 709

470 631 672 697

105

4/О

420

600 620

560 570

520 510 в поверхностных зонах слитков диаметром, мм

320 580

235 530

140 490

Износостойкость чугуна в слитках, г мг/м rc диаметром, мм

230

660 700

630 640

580 590

55-77 23-37 14-21 13-20

62-85 26-42 17-24 15-24

70-95 29-45 19-27 18-29

Составитель Н,Косторной

Редактор М,Петрова Техред А.Кравчук Корректор А.Обручар

Заказ 5864/29 Тираж 576 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101