Чугун для деталей металлургического оборудования Советский патент 1986 года по МПК C22C37/00 

1

Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию составо чугуна для изготовления изложниц, ис пользуемых при разливке цветных сплавов.

Цель изобретения - повышение термостойкости оборудования.

Пример . Чугун известного химического состава выплавляли в вагранке производительностью 3 т/ч. Ко личество стального лома в шихте составляло 20%. В копильнике жидкий чугун продували воздухом в течение 3 ми для снижения содержания углерода. Медньй лом вводили на дно ковша. Цинк и свинец в пакетах из тонкой алюминиевой фольги давали в ковш после запонения его на 1/3.

Предлагаемый чугун выплавляли в той же вагранке по известной техноло гии. Медный лом помещали на дно ковш перед заливкой. Гранулированный цинк в пакетах из алюминиевой фольги вводили в ковш после заполнения его на 1/3. После вьщержки и скачивания шла ка чугун заливали в земляные формы.

Химический состав известного и предложенного чугунов приведен в табл. 1.

Кремний является наиболее графити- Q увеличивается брак.

зирующим элементом. Изменением его содержания добиваются нужной степени . - графитизации. Содержание 1,0-1,6 вес.% кремния характерно для чугуна, используемого для отливки изложниц. Структура серого чугуна с пластинчатым графитом обеспечивает высокую термостойкость. Понижение и повьш1е- ние содержания кремния по отношению к оптимальному приводит к увеличению брака по трещинам. Минимальный брак оборудования, работающего в условиях частых теплосмен, наблюдается при содержании кремния 1,7 вес.%, поэтому оправдано кремний вводить в пределах 1,0-1,7 вес.%. При избытке кремния выделяется большое количество крупных пластин графита, в результате чего появля ются поперечные трещины.

Содержание марганца 2,0-0,9 вес.% характерно для серого чугуна, применяемого для отливки изложниц с толщиной стенки около 40 мм. Его положительное влияние проявляется в том, что он действует как раскислитель и десульфуратор: . Изменение его содержания приводит к снижению стойкости

35

40

45

50

55

Введение олова 0,01 медляет диффузию углер зе, стабилизирует перл дает образование выдел в чугуне, а также спос жению содержания графи ся в мехздендритном про элемент даже в больших не способствует отбелу ет механические свойст уменьшает склонность к росту зерна из-за стаб та при высоких темпера женная добавка олова о пористость отливок, те тельно повьш1ая их терм является результатом н лизации перлитной стру большей степени диспер

Изменение пределов ва приводит к понижени свойств,, что отрицател ся на эксплуатационной лагаемого чугуна.

Медь оказывает благ ние на технологические свойства чугуна, введе Oj4 вес.% увеличивает

оборудования, работающего при многократных нагревах, за счет снижения трещиностойкости.

Титан принадлежит к элементам с . большим средством к углероду. Кроме того, он уменьшает содержание вредных; примесей в чугуне, таких как сера и азот. При содержании титана 0,05-0,15 вес.% он оказывает определенное графитизирующее действие. Присадка титана измельчает графит и способствует более равномерному его распределению. В этом отношении титан действует значительно сильнее, чем другие легирующие добавки.. В результате измельчения графита его прочность и твердость, как правило, увеличиваются. Роль титана в предла- гаемык пределах сводится к формированию мелкозернистой структуры, а также рафинированию чугуна путем образования устойчивых соединений с вред- HbHvffl примесями, что улучшает термостойкость предлагаемого чугуна.

При добавке титана менее 0,5 вес.% он действует только как десульфура- тор и частично как раскислитель. При содержании титана CBbmie 0,15 вес.% снижается трещиностойкость изложниц

увеличивается брак.

Введение олова 0,01-0,1 вес.% замедляет диффузию углерода в eL-желе- зе, стабилизирует перлит и предупреждает образование выделений феррита в чугуне, а также способствует снижению содержания графита, находящегося в мехздендритном пространстве. Этот элемент даже в больших количествах не способствует отбелу. Олово повьшга- ет механические свойства чугуна, уменьшает склонность к окислению и росту зерна из-за стабализации перлита при высоких температурах. Предложенная добавка олова ограничивает пористость отливок, тем самым значительно повьш1ая их термостойкость. Это является результатом не только стабилизации перлитной структуры, но и в большей степени дисперсности перлита.

Изменение пределов содержания олова приводит к понижению механических свойств,, что отрицательно сказывается на эксплуатационной стойкости предлагаемого чугуна.

Медь оказывает благоприятное влияние на технологические и литейные свойства чугуна, введение 0,1 - Oj4 вес.% увеличивает влияние титана

на образование пластинчатого графита. Предложенная добавка меди, благоприятствующая образованию перлита, приводит к выравниванию структуры и механических свойств во всем сечении даже- толстостенной отливки, повьшая термическую стойкость чугуна при циклических нагревах.

Избыточное увеличение содержания меди в чугуне сопровождается неблагоприятным понижением его механических свойств, что вызывается сегрегацией свободной меди по границам зерен. При содержании меди меньше 0,1 вес.% она почти полностью входит в твердый раствор и не стабилизирует структуру при многократных нагревах.

Добавка цинка 0,01-0,05 вес.% усиливает положительное действие титана и меди. Введение цинка в предложенных пределах не изменяет твердость предлагаемого чугуна, но выравнивает структуру и свойства по сечению. Увеличение содержания цинка выше 0,05 вес.% приводит к получению по- ристйстн в отливках, а уменьшение содержания ниже 0,01 вес.% не оказывает существенного действия на структуру и свойства предлагаемого чугуна.

Введение углерода 3,2-3,8 вес.% позволяет получить в отливках структуру пластинчатого с розеточным расположением графита и перлита, что обеспечивает высокие механические свойства и термостойкость предлагаемого чугуна. Снижение углерода ниже 3,2 вес.% возможно при добавке в шихту большого количества стального лома, что приводит к снижению температуры выпускаемого чугуна, чаще всего

приводит к браку отливок. Увеличение углерода 3,8 вес.% приводит к получению более крупного графита и перлита. Осуществить увеличение углерода при ваграночной плавке сложно. Изменение указанных пределов по углероду при ваграночной плавке экономически нецелесообразно.

Изучение структуры и свойств приводили на специальных пробах, отбитых от отливок. Структуру изучали и оце- нивали на микроскопе NEOPHOT-21 по ГОСТ 3443-77, Размер и форму контролировали на нетравленных шлифах, а

количество феррита и перлита - после травления в 4%-ном растворе HNO в спирте. Твердость замеряли на приборе типа ТШ-2 в соответствии с ГОСТ 9583-75.

Значения твердости и характер структуры приведены в табл. 2.

Экспериментально установлено, что в процессе эксплуатации происходит интенсивньй нагрев изложниц,графитизация цементита, разупрочнение; и растрескивание. Трещины развиваются по графитным включениям, которые являются концентраторами напряжений, Для увеличения термостойкости необходимо введение в чугун меди и цинка. Из табл. 2 видно, что наиболее высокую термическую стойкость имеет предлагаемый чугун (плавки 1-3).

Изменение пределов содержания ингредиентов приводит к некоторому снижению термической стойкости. Изложницы из чугуна-прототипа показали более низкую стойкость, которая связана с более интенсивным изменением структуры при эксплуатации.

2,94 1,9 0,8 0,08 0,081

0,51 0,84 0,26 Редактор М. Дьшын

Составитель Н, Шепитько

Техред Л.Олейник Корректоре. Черни

Заказ 2267/30Тираж 567 . Подписное .

ВНИИШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Таблица