Чугун с шаровидным графитом для отливок

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов сплавов с повышенными эксплуатационными свойствами . Цель изобретения - повышение жаростойкости и прочности в отливках с толщиной стенки 20-50 мм. Чугун с шаровидным графитом содержит углерод, емний, марганец, хром, алюминий, медь, магний, кальций, железо и дополнительно церий, фосфор и олово при следующем соотношении компонентов, мае %: углерод 3,0-3,8; кремний 1,5-3,0; марганец 0,1-0,6; алюминий 0,5-1,0; хром 0,5-1,0; медь 0,5- 1,0; олово 0,04-0,14, фосфор 0,15-0,3; кальций 0,002-0,015; церий 0,012-0,042; магний 0,03-0,10, железо остальное. Отношение содержания кальция к фосфору составляет (1,3 х 10 2-50х 102).1. Коэффициент формы графита составляет 0,076-0,110. 2 з.п.ф-лы, 2 табл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспуБлик (5П5 С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4793599/02 (22) 11,12.89 (46) 07.12.91. Бюл. М 45 (71) Научно-производственное объединение по технологии. машиностроения "ЦНИИТМАШ" и Производственное объединение

Таганрогский котельный завод "Красный котельщик" (72) А.И.Беляков, Л.А.Петров, В.В.Перепелицин и Г,И.Левченко (53) 669.13,018 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1263720, кл. С 22 С 37/10, 1986, Авторское свидетельство СССР

N 1043179, кл. С 22 С 37/10, 1983.

Авторское свидетельство СССР

М 730857, кл, С 22 С 37/10, 1976, Авторское свидетельство СССР

N 432223, кл, С 22 С 37/10, 1976.

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов сплавов с повышенными эксплуатационными свойствами.

Цель изобретения — повышение жаростойкости и прочности в отливках с толщиной стенки 20 — 50 мм.

Для достижения поставленной цели чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, алюминий, медь, кальций, магний и железо, дополнительно содержит церий, фосфор и олово при следующем соотношении компонентов, мас. : углерод 3,0-3,8; кремний 1,5-3,0; марганец 0,1 — 0,6; алюминий 0,5 — 1,0, хром

„„Я „„1696563 А1 (54) ЧУГУН С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ

ДЛЯ ОТЛИВОК (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов сплавов с повышенными эксплуатационными свойствами, Цель изобретения — повышение жаростойкости и прочности в отливках с толщиной стенки 20 — 50 мм. Чугун с шаровидным графитом содержит углерод, кремний, марганец, хром, алюминий, медь, магний, кальций, железо и дополнительно церий, фосфор и олово при следующем соотношении компонентов, мас. : углерод

3,0 — 3,8; кремний 1,5 — 3,0; марганец 0,1-0,6; алюминий 0,5-1,0; хром О," — 1,0; медь 0,5,Q; олово 0,04-0,14; фосфор 0,15 — 0,3; кальций 0,002 — 0,015; церий 0,012 — 0,042; магний

0,03 — 0,10; железа остальное. Отношение содержания кальция к фосфору составляет (1,3 х 10 — 5.0 х 10 ):1. Коэффициент формы графита составляет 0,076 — 0,110.

2 з,п.ф-лы, 2 табл.

0,5 — 1,0; медь 0,5-1,0; олово 0,04-0,14; фос- со фор 0,15-0,3; кальций 0,002 — 0,015: церий О

0,013 — 0,042; магний 0,03 — 0,10; железо ос- (Л тальное. При этом соотношение кальция к g фосфору равно (1,3 10 — 5,0 10 );1, а коэффициент формы графита равен 0,076 — 0,11.

Введение в состав чугуна кремния в количестве 1,5-3,0 мас.; обеспечивает получение перлитоферритной структуры@ сплава без карбидов, Содержание кремния в количестве менее 1,5 мас. приводит к образованию в структуре чугуна большого количества цементита, что снижает прочность при растяжении на разрыв и жаростойкость. Содержание кремния в количестве I696563 более 3,0 мас.% приводит к повышенной хрупкости отливок иэ-за появления в структуре силикокарбидов, Содержание марганца в количестве

0,1 — 0,6 мас.% практически не оказывает влияния на структурообразование, Содержание марганца менее 0,1 мас,ф, связано с трудностью получения такого его содер>кания в чугуне. Повышение содер>кания марганца свыше 0,6 мас,% приводит к образованию легкоплавких окислов., что приводит к снижению жаростойкости, Введение алюминия в количестве 0,51.0 мас.% обеспечивает жаростойкость чугуна эа счет образования при нагревании плотной акисной пленки на поверхности, так как диффузия сквозь окисную пленку алюминия происходит значительно медленнее, чем в окислах железа, Пленка из окислов алюминия прочно связана с поверхностью металла, что снижает интенсивность окисления.

Введение алюминия в количестве менее 0,5 мас.% не обеспечивает получение необходимой жаростойкости иэ-эа отсутствия плотной окисной пленки, а увеличение содержания алюминия свь.ше 1,0 мас.% приводит к повышенному пленкообраэованию, что снижает механические свойства чугуна и вызывает трудности с получением тонкостенных отливок.

Содер>кание хрома в количестве 0,5-1,0 мас.% обеспечивает ловыш. ение сопротивляемости окислению металлической основы за счет повышения температуры образе вания вюсти1 ной фазы в ovNOHolf4 слое и попы шение механических свойств, Уменьшение содержания хрома менее

0,5 мас.% снижаег механические свойства чугуна и сопротивляемость окислению иеталлической основы, Увеличение количества хрома свыше 1,0 мас,% приводхт к нестабильности размеров отливок при эксплуатации из-за распада цементита, а так>ке к снижению прочностных свойств чугуна, Присадка меди в количестве 0,5-1,0 мас,% обеспечивает повь. шенпе жаростойкостии эа счет образования оксидной пленки, которая компактна и прочно связана с поверхностью чугуна, а также уменьшает рост чугунных отливок при температуре эксплуатации, При введении меци в количестве менее

0,5 мас,% не обеспечивается образование компактной и крепко связанной с поверхностью чугуна оксидной пленки, обеспечи,ающей стойкость к окислению, а увеличение количества меди свыше 1,0 мас.% сказывается на ухудшении формы графита, что сни20

«5

4Г, ЬО

55 жает жаростойкость и прсчностные свойстBB.

Содержание олова в количестве 0,040,14 мас.% обеспечивает повышение жаростойкости и прочности чугуна с шаровидным графи-:ом, При содержании олова менее 0,04 мэс,% снижается жаростойкость, а при введении олова в количестве более 0,14 мас,% происходит резкое ухудшение шаровидной формы графита, т.е, появление пластинчатого графита, что сказывается на механических свойствах и жаростойкости.

Содержание фосфора в количестве

G,15 —,0,3 мэс, у обеспечивает повышение жаростойкости:.угуна с шаровидным графитом без значительного снижения механических свойств, Пав ы ш ение жаростойкости обьясняется появлением окисной пленки за счет высокой активности фосфора, а также образования фосфидной сетки и вытеснения его вглубь зеона.

Снижение количества фосфора менее

0,15 мэс.% не обеспечивает повышения жаростойкости, так как на поверхности чугуна не образуется окисная пленка, Увеличение содержания фосфора свыше 0,3 мас.% приводит к снижению жаросгойкости, так как появляется большое количество тройной фосфидной звтектики, С увеличением размеров колоний тройной фосфидной звтектики раэлича.от три ее фазы: аустенит, фосфид и графит, которые окисляются различно, Это привсдит к нарушению сплошности оксидной пленки и ускорению распространения окисления вглубь металла.

Ввод <альция, который присаживается в виде силикокальция в количестве 0,0020,015 мас.% .-,пособствует образованию фосфидов в виде се1ки, что благоприятно сказывается нэ жаро:=. ойкости, Кроме того. кальций способствует г.ытеснению фосфора с границ вглубь зерна, Вслецствие этого форма включений фосфидов становится бояее благоприятнои, Кальций и фосфор берут в соотношении (1,3 10 --5,0 .10 ):1, При этом при содержании кальция 0,002 мас.% отношение кальция к фосфору соответствует 1,3. 10 2:1, а при 0,015 мас,% кальция зто соотношение равно 5,0 t О:1.

Уменьшение содержания кальция менее 0,002 мас.%, не обеспечивает вытеснения фосфора с границ вглубь зерна и образования фосфидов в виде сетки и их коагуляции. Увеличение содержания кальция более 0,015 мас,% связано с большой трудностью его ввода в расплав, Содержание церия в количестве 0,0120,042 мас.% позволяет нейтрализовать

1696563 вредное влияние олова и меди на форму графита, а также оказывает благоприятное влияние на механические свойства и жаростойкость, Введение церия в количестве менее 0,012 мас. не позволяет нейтрализовать вредное влияние олова и меди, а увеличение содержания церия свыше 0,042 мас. способствует образованию в структуре чугуна цементита, что ухудшает механические свойства.

Ввод магния в количестве 0,03-0,11 мас. обеспечивает получение шаровидной формы графита в чугуне. При этом коэффициент формы графита должен быть равен

0,076-0,11. Этот коэффициент определяется по формуле

СŠ— Ссь 35H В

Уменьшение содержания магния ниже

0,03 мас. не. позволяет получить графит шаровидной формы с необходимым коэффициентом, а увеличение содержания магния свыше 0,10 мас.g приводит к перемодифицированию чугуна, ухудшению шаровидной формы графита и снижению механических свойств и жаростойкости, Из предлагаемого чугуна .изготавливают колосники с толщиной стенки до 30 мм и массой 4 кг.

Составы и свойства чугунов приведены в табл. 1, Результаты исследования жаростойкости, которое проводилось весовым методом, при различных температурах приведены в табл. 2 (составы 2-3 — предлагаемые, 4 и 5 — запредельные, 6 — известный), Из результатов табл. 2 следует, что

5 предлагаемый чугун в 1,55-3,5 раза при

500 С, в 1,5 — 4,0 раза при 700 С и в 1,38-1,97 раза при 800 С при длительности испытания 150 ч по жаростойкости превосходит известный. Таким образом, предлагаемый

10 чугун по сравнению с известным имеет более высокую жаростойкость и механические свойства.

Формула иэобретейия

1. Чугун с шаровидным графитом для

15 отливок, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, алюминий, медь, магний, кальций, фосфор и железо, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целю повышения жаростойкости и прочности в отливках с толщиной

20 стенки 20-50 мм, он дополнительно содержит церий и олово при следующем соотношении компонентов, мас. : углерод

3,0-3,8; кремний 1,5-3,0; марганец 0.1-0,6; хром 0,5 — 1,0; алюминий 0,5 — 1,0; медь 0,5—

25 1,0; магний 0,03 — 0,1;-кальций 0,002 — 0,015; фосфор 0,15 — 0,3; церий 0,012-0,042; олово

0,04 — 0,14; железо остальное.

2. Чугун по п. 1, отличающийся тем, что соотношение кальция и фосфора

30 равно (1,3-5,0) 10:1.

3, Чугун по и. 1, от л и ч а ю щи и с я тем, что коэффициент формы графита равен

0,076 — 0,11.

1 I

1 1

1 1

I 1

I 1

1 I

1 I Е, 1 I hL

I 1

1 1

I I

1 1 CCI

° -1 1 и

1 1

1 1

Е! I

I 1 Щ

-"С! 1 С»

1 Ф!K

Ф

I I 1

)« I L) I

Ч1 1

I Ф 1

С.> 1

1 1

1-1 1 .()3

I I C»

1 1

1 1

1 . )ЬЮ

t I г — т—

I 1

l 1

1 1

1 I Р4

1 1

1 1 (()

1 ) С.>

1 I

1 )

1 I

1 ) l

1

l !

1

1

)

I

I !

)

1 ! Ь

Ю о

CO

I

- ) С)

СО МN

° В Я мо

N ChсЧ м<Ч <Ч м с!

-Ф (Ч LA

В «а

<Ч а» IA

С а» сй

N N

)О

CD ! H"s

<ч N a аль

В

<0с0 N

О (0 м

<л л

co o

«СО

"0 СО сЧь СГ а СО

)

1

1

I

I

3 ь о

1,-)

1

I! |

I 1

) г

l 1

I О )

l (Л 1

| «- 1 ! 1

) .I

I )

I

1 Ю

1 О I

О <Ч

О М (J> (О I

) )A

С) )!

1 (" ь 4

М 1

|Л 1

Ч>» Ч,>

-Ф

DNA л (л <ч

I

)

I

1

/ 1 ! оаа

a ao

NГ ГЧ

-счOOD )> ) «

ОСЛО

)л

» со оо (M Ю

О «

cD <Ч а с:(еч

° О

<Л СО

СО СЛ О а

СО N.О

1 — -1

)л сл ао

СЧ СО LA (D )>О О 4 (1, )

I 1 ((3 ае) v а и т — (t3 !

1 I

I I а

| 1

3 t

1 1

1 С )

1 I (Л

1 I

1 1

I — 4

1 1

1 I

I и

1 l

1 L(!

)V) ! 1

1 i ! l

) -(|

I 1

l 4

) 1

3 )

3 Я I

L I

) 1

l )

I 1 л

) а

I I

4 — — 4

) 1

) 3 и

) 1

1

1 „

Ю О а О <Ч (.О оооо оо

ООС>ь С)С> l!

О )Л О О Î О

|ЛсЧ Ою(ЛО

-сч м -С л«а.а

ООDО

1!

) ) LA 4

)Л| .Ь .СЧ I

CD C) - C=>

LA I

СЛ ЬNС|<Л ю «л

D D «C) «» «|

1 (л (л 1 (л;- с» м о («В

LD «C) <Ч l

I (л (л (:> мч;> Оса() o o с» о о о

I (л (л (лсч о o o(ч а

СЧ М - Г (<Ч

) ) ) ю -с- со сс> о -

) м г« м r4 - м

) ) ) l

-- <) (1-.) (л О

MD )Л сЧ )л а

О (О МЗ

Л Р \ а 0 со мл

ГЧ

N () 1 1 со со (л

О с| .О

-- (л со

) 1 ) )

) (3

N (A

r ) з I ()> I о m л о

7. О (()

L> m

О С> и

1 Ф о

1 )1 Z

1 ()>

z о

1 C

1 о

1 Y

l С>

1 X

1 Ф ! 3! ! 0. (1)

3 С о

I (\

1

) !

l

)

3

l

I

)

l

4

) 3

i

1

1

1 !

1

1

1

1

1

1

1

I

1

1

1

I

I !

1

1

I

1

I

1

I CC> 1 (O L0 C) Ю Г((a Ct ().В I«" N N (() ОN ВВ а

Ol В В а В 1 с)aaс)ао

lA О )ЛЧ.(В CO

)Л С СЧ )Л М. сч сч сч i» м <ч

)Л В сО )л »

«1 | 4 ) СОN ОС)ЪЛО сп м — (л л -м

<А СЛ IA М ДВ) (Ч о сч

I 3

С> В (3 (((CDВ

° I I «-)

СО О С=Э ° С.-.> м л — сч е « ° а (М )A IAio 0

<л lA С(1

L0 О - л- <Л

МΠ— О О О

В л ° В а

4 1

1 I

1

1 ! 4

I l

1 1

I 1

1 I

I N)

1 1

1 1

I ()I)

1 1

1 йП

1 )

1 X) ! I

1 CI

1 )б)

I l

I Г63

I 1

1 I- i

1 1

1 I

I !

1 1 ! 1

I ! ° I

4 ! )

1 |

1 )

I )

1 1

l 1

1 1

1 1

1 1

I l

I ! I

1 !

1

1 X

) с(1 I .

l

) C4

l K

3 1.

l 1)

I О

4 «> (3)

I

4 ф

l т;

1 Х ()>

I |С

i ())

I 3)

1 З:

)

I

)

I

1

)

)

)

)

)

l

4

:С

4 О

3 (:>(r

I ) !

1 1

) I

1 1

1 и 1

1 1

1 CD

1 LA 1

1 1

I 1

I 1

1 1

) 1

1

I а о

3 Д

I

1

1 У I

) 1

1 lA 1

1 I 1

I I

I

) 3

) )

1 J 1

1 I

1 LA I

4 сЧ 1

1 I

I

1 —.ю — .л

1 1 I

) ) I 1

3» — -4

1 1

| 1

| 1

) J I

) I

)<Л) I Л 3

I!

) I!

I ) ) 1

) J I

4 1

) c) 1

I LA ) ) е» !

1 ) 4 — 1

4 3! I

1 У!

1 О !

I О ) I I (> 3 о à — -1

Ь l 1

Ln 4

) 3 1

1 3

l (Л 1 л

l 1

) i

) !

i ) 4

) 3 1

) (л (сч l

) ! )

1 1 — — 4

I 1

1 1

) )

3 1

3 | J

I 3

i (л ! 1 N

) ) I

<ЧГ> 1 м ь а «

I а -с

4 Л-С.

) 1

1.4 сл !

lA СЧ Ч

В °

<Ч -Ф 1 ъОФ 1

| lAМ 1

1

- 3 LA 1

СО CA I а а мч:(СО С)Ъ ) l «3 (Ч ) 1

« 0 C> )!

LA < 4 ) О т

1 мN I

)Л с| -С Со

1

<О |

)Л Л (Л аа-М)! ос4м 1

МО1)" 1

1. I

С) I

ОСО (ЛЬ

CA — «Л

«сЧ |

О аО Ч,>СО

СЧ N CO «- О -В 3

) l

c) I

С:) - L0

LA. «Ч> l

cr>N ) м 1

I

-4 С> I

cn r«w c> (л ) Ь 0 -=Co

° «Оь "СЧ ) <ЧiО ч-м - !

I ) I - М

) ) О О (Л С)>

«|» 3

) .о

О(I

I

LAЛL0 О (О\ М О (Л О а- I 1 СО I

- О О((Ч 1 мО о

) I (I

-4 LA .О I