Чугун Советский патент 1984 года по МПК C22C37/00 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к изысканию термоизносостойких и высокопрочных чугунов для отливки прокатных валиков

Известен чугун l химического состава, мас.%:

2,80...3,30 Углерод О,50...1,20 Кремний О,50...О,80 Марганец О,04...О,08 Церий 0,02...О,07 Иттрий Остальное Железо

Чугун имеет невысокие прочностные свойства и износостойкость.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является чугун 2 состава, мас.%: Углерод3,4-3,8

Кремний1,5-4

Марганец 0,49-1,09 Хром . - до 0,35 Никельдо О,1

Иттрий0,03-0,54

ЖелезоОстальное

Чугун имеет удовлетворительные прочностные свойства. Недостатком известного чугуна является низкая износостойкость.

Цель изобретения - повышение из носостойкости чугуна.

Поставленная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод кремний, марганец, хром, никель, итрий и железо, дополнительно содер,жит церий и его компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%: Углерод2,80...3,50

Кремний1,30...2,50

Марганец О,50...О,80 Хром. О,20...О,60

НикельО,80...1,60

Иттрий . 0,02.,. .0,07 ЦерийО 04...О,08

ЖелезоОстальное

Введение церия и повышение содержания никеля определяет зт еньшение количества ледебурита (появляется более прочная пластинообразна эвтектика) и повышение степени дисперсности продуктов распада аусте,нита (Пд 0,25 - Пд 0,3).

Увеличение концентрации углерод свыше 3,50% приводит к появлению в структуре значительного количества карбидной фазы, что обеспечивает повьпиение твердости, но снижает вязкость, приводя к растрескиванию и выкрашиванию рабочего слоя

При содержаниях углерода ниже 2, возрастает вязкость за счет увеличения содержания в структуре пластичной высокожелезистой фазы. При этом снижается износостойкость и резко ухудшаются литейные свойства (жидкотекучесть, усадка).

Кремний в указанных пределах предназначен для компенсации влияния окисленности отдельных составляющих расплава, нейтрализует карбидизирующее действие хрома, т.е. обеспечивает получение необходимой степени графитизации чугуна (Кг). Увеличе ниё содержания кремния выше 2,50% приводит к снижению физико-механических и специальных свойств. При уменьшении содержания кремния менее 1,30% параметр графитизации (Кг) низок, а поэтому в структуре шеек валков вьвделяется много цементита и наблюдается рыхлость металла.

Марганец в пределах О,50...О,80% способствует обессериванию и раскислению чугуна, позволяет регулировать структуру металлической матрицы. При увеличении содержания его вьпне 0,80% укрупняется зерно, появляется транскристалличность в макроструктуре чугуна, увеличивается количество цементита. При уменьшении содержания марганца менее 0,50% снижаются физико-механические и специальные свойства.

Хром является основным регулятором твердости (износостойкости) чу- , Гуна. По мере повьш1ения его концентрации в выбранных пределах увеличивается микротвердость цементита за счет повышения степени легирования его хромом. При концентрациях свыше 0,60% твердость шеек валков увеличивается настолько, что сильно затруднена их механическая обработка.

При содержаниях хрома менее 0,20% влияние его на микротвердость цементита незначительно.

Никель способствует повышению степени дисперсности продуктов рас0 пада аустенита. При содержаниях меньше нижнего предела такого влияния никеля не наблюдается, а в структуре чугуна появляются графитные включения, что приводит к снижению износостойкости. Повьщ1ение содержания никеля в пределах 1,61...3,00% к значительным структурным из енениям не приводит, поэтому с экономи3ческой точки зрения верхний предел содержания никеля ограничиваем 1,60 Церий и иттрий в указанных преде лах способствуют повьшению дисперсности матрицы, уменьшению размера карбидов, что влечет за собой повышение износостойк-ости. При увеличеНИИ содержания церия и иттрия вьш1е верхних пределов происходит вьщеление большого количества немеТаллических включений, снижающих специал ные свойства чугунов. При содержани же ниже нисних пределов церий и иттрий расходуются только на рафинирование расплава. Чугун выплавляют в индукционной печи ЛПЗ-67М с кислой футеровкой. Модифицирующие элементы (церий, иттрий) вводят в ковш перед выпуском металла в виде церий-иттриевой лигзтуры. Хром и никель вводят в в печи. Чугун при ISOOi-S C выпускают в ковш с необходимой навеской модификаторов и при достижении 1330...1340° заливают в кокильную .форму. Отливки имеют размеры: диаметр 50 мм, высота 200 мм. Из отливок вырезают образцы для химического анализа, металлографических исследований, изме рения твердости, определения предеХимический состав, мас.%

IjLJ.....-.-J.±.-J-...l: 2 лов прочности при изгибе и растяжении, а также износостойкости. Испытания на износостойкость проводят на машине СМЦ-2 при трении - скольжении с нагрузкой 75 кг. испытания механических свойств проводят на образцах согласно ГОСТ 1А87-73. Химический состав и результаты испытаний приведены в таблицах., В табл. 1 представлен химический состав чугуна, в табл. 2 - свойства чугуна. Как видно из таблицы по износостойкости описываемый чугун превосходит известньй чугун. Для проверки результатов экрпериментов в вальцелитейном цехе бьша отлита опытная партия валков из чугуна предлагаемого состава. Свойства опытных вальсов сравнивали со свойствами валков текущего производства (базовым объектом)., Использование для отливки прокатHbix валков чугуна предлагаемого состава позволяет повысить их стойкость на 15... 20%. Ориентировочная потребность народного хозяйства в валках отлитых из предлагаемого чугуна - ЗООбО т. Экономический эффект при максимальном объеме использования составит 87669 руб/год. : Т а б л и ц а 1

Таблица 2

ЧУГУН, содержащий углерод кремний, марганец, хром, никель, иттрий и железо, отличающий с я тем, что, с целью .повышения износостойкости, он дополнительно содеря т церий при следующем соотношении компонентой, мас.%: Углерод2,8-3,5 Кремний1,3-2,5 Марганец 0,5-0,8 Хром0,2-0,6 Никель . 0,,6 Иттрий0,02-0,07 Церий0,04-0,08 ЖелезоОстальное

0,045

44

0,038

47,5

5

0,04

46

0,036

50

5

0,04

48

0,04

42

0,049

42

0,5 0,3 0,3 0,2 0,3 0,5