Ковкий чугун Советский патент 1987 года по МПК C22C37/10 

113

Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию феррит- ных ковких чугунов с высокими прочностными свойствами при высоких температурах.

Цель изобретения - повышение прочности-чугуна при 600-800 С и износостойкости.

Пример. Выплавку чугуна проводят в индукционной печи ИСТ-025 на шихте, состоящей из чушковых чугунов и стального лома. В расплав вводят легирующие элементы: медь, ниобий и алюминий. Жидкий чугун нагревают до , выдерживают 15 и выпускают в разливочный ковш, на дно которого помещают магний, иттрий и празеодим. Заливку в разовые формы проводят при 1420-1360 С. Литые образцы подвергают граЛитизируюшему отжигу на ферритную структуру.

Химический состав вьшлавленных: чугунов приведен в табл. 1, а физико- механические свойства в табл. 2. Свойства определяют после соответствующей термической обработки.

Легирование оказывает существенное влияние на формирование структуры ковкого чугуна, в частности включения углерода отжига распределены равномгр но, имеют более округлую форму, что является результатом графитизирующег действия таких добавок, как медь, никель и другие,способствующих увеличению числа центров графитиэации,, и тем самым уменьшению длины пути атомов углерода, диффундирующих к центрам графитизации, что обеспечивает качественный отжиг.

Верхние предельные содержания углерода и кремния выбраны с учетом предотвращения выделения включений графита в процессе первичной кристаллизации жидкого чугуна. Нижние пределы содержания углерода и кремния (2,0 и 1,0% соответственно) являются границей, после которой происходит существенное снижение количества цен- (Тров кристаллизации и образования неблагоприятной первичмой структуры белого чугуна, а также ухудшение его литейных свойств.

Содержание марганца выбрано с учетом получения ферритной структуры в чугуне. Нижний предел обусловлен его присутствием в исходнь Х шихтовых ма териалах. Превьлпение содержания марганца выше верхнего предела тормозит

72

вторую стадию графитизации, способствуя .вьщелению перлитной структурной составляющей, что отр ицательно сказывается на ударной вязкости ковкого

чугуна.

Легирование ковкого чугуна медью приводит к однородности структуры белого чугуна и увеличению физико-механических свойств после графитизирующего отжига. При содержании меди выше верхнего предела в структуре белого чугуна присутствует перлит; что отрицательно сказывается на первой стадии графитизации vt в дальнейшем

на снижении ударной вязкости, , Присадка меди меньше нижнего предела не оказывает положительного влияния на процесс термообработки и физико-механические свойства. При. зтом.влияние меди существенно зависит от других легирующих )ентов, а также и от модификаторов.

Присадка ниобия способствует измельчению пррвичного зерна и дисперсионному упрочнению, что существенно сказьшается на повьшгении жаростойкости и износостойкости. Содержание ниобия меньше нижнего предела (0,05%) не влияет на изменение структуры и

прочностные свойства чугуна, а больше верхнего приводит к замедлению второй стадии графитизации и повышению твердости, а следовательно, снижению вязких свойств ферритного

ковкого чугуна.

Легирование чугуна алюминием приводит к раскислению расплава, образованию неметаллических включений и

их удалению, а также к легированию феррита, его упрочнению.и, в конечном итоге, к повышению жаростойко- - сти.

Присадка алюминия меньше нижнего

предела не влияет на характер распределения и количество неметаллических включений. Его содержание выше верхнего предела приводит к загрязнению расплава неметаллическими

включениями, особенно при большом содержании кремния„

Комплексное модифицирование ковкого чугуна непосредственно приводит к раф:лнирогани5о от вредных примесейj

улучшению фо).1/,ь: вкJiючeк.;iй .o,t7,a отжига, сокращению режимов rap;vioc6- работки и повышению его физи;:: -механических свойств как при котч ьатн.ой., так и при высоких ч емпературах-.

Модифицирование расплава магнием в количестве, меньшем нижнего предела (0,01%), практически не оказывает воздействия на свойства расплава, а следовательно 5 не влияет на цикл от- жига. Присадка этого модификатора больше верхнего предела приводит к увеличению пpoдoлжитeльнoctи второй стадии графитизации и ухудшению свойств, что, вероятно, связано с эффектом перемодифицирования.

Лучшие результаты получаются при вводе магния совместно с иттрием и празеодимом. Сложное модифицирование приводит к существенному снижению второй стадии графитизации. Включения графита получаются правильной шаровидной формы средних размеров и равномерно распределенных. Это связано с тем, что магний в основном связывает кислород, а иттрий и празеодим серу и фосфор в сульфиды и фосфиды, которые в процессе выдержки коагулируют и всплывают в шлак. Оставшаяся часть этих включений разме- рбм меньше одного микрона является центрами кристаллизации металлической основы, так как они образуются в расплаве. Поэтому присадка иттрия и празеодима меньше нижнего и больше верхнего пределов приводит к нарушению условий кристаллизации жидкого

Известный

Выход за пределы Предлагаемый 1 2 3

Выход за пределы

0

5

0

0

чугуна, а следовательно, уменьшению требуемых свойств.

Испытания показьшают, что предлд- гаемый чугун обладает более высокими свойствами (статической прочностью при высоких температурах и износостойкостью). Низколегированный ковкий чугун можно с успехом использовать для изготовления деталей, работающих в условиях высоких температур и в присутствии агрессивной среды, а также испытывающих термоциклическое воздействие.

Формула изобретения Ковкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, магний, медь, иттрий, празеодим и железо, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения прочности при 600-800 С и износостойкости, он дополнительно содержит ниобий и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас,%: Углерод2,0-2,9

Кремний1,0-1,7

Марганец0,1-0,5

Магний 0,01-0,05 Медь0,4-0,7

Иттрий0,01-0,04

Празеодим0,02-0,05

Ниобий0,05-0,25

Алюминий0,05-0,20

ЖелезоОстальное

Таблица 1

Известный

ВыхоДч за йределы

0,05 0,025 0,05 0,025 0,35 0,03 0,005 0,01

л:, -с- .

. Ч /л

„, . v

, у . л ; г

3

Выход за пределы

Составитесь Н. Шепитько Редактор И. Сегляиик Техред Л.Олийнык Корректор С. Шекмар

2183/27

. Тираж 605 Подписное ВНИШТИ 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

Продолжение табл.1

Остальное То же

Таблица 2

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам ферритньпс ковшей чугунов с высокими прочностными свойствами при высоких температурах. Целью изобретения является повышение прочности .при температурах 600-800 С и износостойкости. Чугун предложенного состава содержит, мас.%: углерод 2,0-2,9; кремний 1,0-1,7; марганец 0,1-0,5; медь 0,4-0,7; ниобий 0,05-0,25; алюминий 0,05-0,20; магний 0,01-0,05; иттрий 0,01-0,04, празеодим 0,02-0,05; железо остальное. Полученные при использовании предложенного чугуна свойства позволяют использовать его для изготовления деталей, работающих в условиях высоких температур и в присутствии агрессивной средьт. 2 табл. б (Л со оо 00 00