Чугун Советский патент 1988 года по МПК C22C37/00 

со

00 05 О5

N3

I

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к чугунам, спользуемым для отливки изложниц, |)аботающих в условиях знакопеременных термических напряжений.

Цель изобретения - повьшение тер- Иостойкости и снижение модуля упру- jrocTH чугуна.

I Чугун содержит углерод, кремний, иарганец, титан, фосфор, ванадий, |барий и железо при следующем соот- |ношении компонентов, мае. %:

13

Углерод , 3,8-4,3

Кремний 0,6-1,2

Марганец 0,3-1,0

Титан 0,01-0,15. I Фосфор 0,1-0,3 I Барий 0,001-0,01

Ванадий 0,01-0,10

Железо Остальное

При легировании чугуна ванадием в нем формируются комплексные карбо нитриды ванадия и титана, что обеспечивает выведение азота из расплава (деазотацию) и, как следствие, уменьшение переохлаждения при кристаллизации.

Модифицирование барием также уменьшает переохлаждение расплава, при этом углерод, пересыщающий рас плав на заключительной стадии кристаллизации, выделяется в этом случае в виде цемента, а в виде пластинок графита, что увеличивает равномерность распределения графита в чугуне. Отмеченное явление наблюдается только при модифицировании барием и в отличие от известного чугуна не наблюдается в присутствии кальция.

Таким образом, за счет влияния бария и деазотизации расплава на кинетику кристаллизации чугуна струтура отливок формируется в условиях меньшего переохлаждения. Превращени в эвтектоидном интервале в предлагаемом чугуне также происходит при меньшем переохлаждении.

В результате в структуре чугуна массивных отливок включения графита приобретают благоприятную форму, а их распределение становится более равномерным, уменьшается структурная обособленность эвтектических колебаний. В составе матрицы появляется 15-20% феррита. Размеры включений фосфидной эвтектики - основно охрупчивающей составляющей - значи

386672

тельное уменьшение главным образом благодаря тому, что они не содержат массивных пластин цементита. Указанс ные структурные особенности способствуют повьш1ению термостойкости и снижению модуля упругости чугуна.

Содержание углерода в чугуне менее 3,8 мас.% приводит к увеличе10 нию доли первичного аустенита, к появлению более мелкого графита с междендритным расположением, к уменьшению количества графита в структуре. В результате повъш1ается

15 модуль упругости чугуна, снижается сопротивление термическому удару.

Увеличение в составе чугуна содержания углерода сверх указанного предела снижает прочность, ударную

20 вязкость и стойкость чугуна против образования сетки разгара в результате его загрязнения шлакографитовой спелью и наличия в структуре крупных включений игольчатого графита, рас25 пределенного неравномерно.

Снижение содержания кремния в чугуне менее 0,6 мас.% неблагоприятно отражается на его пластических свойствах, а при повьш1еннь х содер-

30 жаниях марганца (до 1,0 мас.%) и фосфора (до 0,3 мас.%) приводит к резкому падению трещиноустойчивос- ти чугуна.

5

0

5

0

5

Увеличение содержания кремния сверх указанного предела приводит к выделению крупного первичного графита, а также к повышению неравномерности распределения кремния в металлической основе вследствие его ликвации, которая может усиливаться при термоциклировании в процессе эксплуатации изложниц. В результате наблюдается снижение термостойкости чугуна. .

При содержании марганца ниже 0,3 мас.% в расплаве остается несвязанным значительное количество серы, которая препятствует графитизации в период кристаллизации. При повышении содержания маргашда в чугуне более 1 мас.% проявляется его карби- достабилизирующее действие, увеличивается количество цементита, образующегося при эвтектическом и эвтек тоидном превращении. Это приводит к повышению модуля упругости чугуна и отрицательио сказывается на его тре- щиноустойчивости.

3

При содержании фосфора менее 0,1 мас.% понижается температура эв тектоидного превращения, что может привести, как показали исследования к перлитизации матрицы и снижению сопротивления термическому удару. При повышенном содержании фосфора (более 0,3 мас.%) в структуре чугуна наблюдается большое количество включений фосфидной эвтектики, :обра зующих сплошную сетку по границам эвтектических зерен, при этом специальные добавки не могут нейтрализовать вредное влияние фосфора.

При низком содержании ванадия и титана (менее 0,01 мас.%) влияние и на структуру чугуна не проявляется. Содержание в чугуне ванадия более 0,1 мас.% заметно увеличивает его твердость и снижает трещиноустойчи

вость, что объясняется возрастанием доли связанного в карбиды углерода. Повышенное содержание титана (более 0,15 мас.%) отрицательно сказывается на форме и распределении графита: происходит его измельчение, увеличивается тенденция к междендритному расположению, что снижает трещино- устойчивость. ,

При введении в чугун бария ниже указанного предела не замечено его модифицирующего влияния. Введение в чугун бария сверх 0,01 мас.% экономически нецелесообразно.

Пример. Чугуны различных составов выплавляют в высокочастотной индукционной печи. В качестве шихты используют передельный доменный чугун следующего состава, мас.%: С 4,25; Si 0,81; Мп 0,50; Р 0,13 и рафинированный чугун следующего состав а, мас.%: С 3,8-4,2; Si - следы; Мп 0,10, Р 0,04. Подшихтовку производят ферромарганцем, ферроти- таном.

Ванадий вводят в шихту в виде предельного ванадиевого с содержанием ванадия /« 0,4 мас.%, что при количестве чугуна в металлоза- валке 2,5-20 мас.% и коэффициенте усвоения ванадия 98-99% обеспечивает содержание в чугуне 0,01-0,08 мае ванадия. Дополнительно производится, подшихтовка феррованадием содержащим 35 мас.% ванадия. Коэффициент усвоения ванадия 92%, количество вводимого феррованадия 0,06% от ме- таллозавалки, что позволяет получить

5

0

5

0

5

содержание ванадия в чугуне до О,1 мас.%

Барий вводят в ковш в виде ферросилиция с барием, содержащим 15мас.% бария. Коэффициент усвоения бария составляет в среднем 17%, количество вводимого ферросплава 0,04-0,4% от массы жидкого чугуна, что обеспечивает содержание бария в пределах 0,001-0,01 мас.%.

Чугун перегревают до , модифицируют в ковше размельченной лигатурой, заливают при 1320°С в сухую песчано-глинистую форму для получения 100-килограммовой отливки (0 250 мм, h 290 мм). Из полученных отливок вьфезают темплеты для исследования микроструктуры и определения химического состава, а также образцы для определения физико-механических и специальных свойств.

Химический состав исследованных сплавов и результаты испытаний при-- ведены в таблице.

Ударную вязкость определяют по стандартной методике, модуль упругости - методом резонансных частот.

Для определения термостойкости против образования трещин I рода (сопротивления термическому удару) образцы специальной формы подвергают термоциклированию по следующему режиму: нагрев в печи до 630°С, выдержка 15 мин, охлаждение в воде. Термостойкость оценивают по количеству циклов до появления первой трещины от кромки отверстия до торца

Q обода. Термостойкость против образования трещин III рода (сетки разгара) определяют на цилиндрических образцах диаметром 20 мм и высотой 20 мм. .Образцы нагревают в печи до

g 700°С, выдерживают 15 мин,.охлаждают в воде. Термоциклирование повторяют до появления на образцах хорошо видимой сетки трещин.

Чугун предлагаемого химического состава имеет в структуре мелкое эвтектическое зерно, достаточно равномерно распределенный прямолинейный графит (180-360 мкм), компактные мелкие равномерно распреде- леннь:е включения фосфидной эвтектики без пластин цементита. На границах эвтектических колоний наблюдаются выделения графита.

Предлагаемый чугун по сравнению с известным обладает повышенными свойствами.

Как следует из приведенных F таб- , лице данных, термостойкость I и III рода сопротивление термическому удару и образованию сетки разгара - возрастает соответственно в среднем на 46 и 13%, модуль упругости сни- ю жается на 14%, ударная вязкость сохраняется на том же уровне. Формулаизобре тения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, титан, фосфор и желе 5

ающийся тем, овьппения термостойкосмодуля упругости, он содержит ванадий и бащем соотношении ком-- Г

3,8 - 4,3 0,6 - 1,2 0,3 - 1,0 0,1 - 0,3 0,01 - 0,15 0,01 - 0,1 0,001 - 0,01

Железо

Остальное

Изобретение относится к черйой металлургии, в частности к чугунам. используемым для отливки изложниц, работающих в условиях знакопеременных термических напряжений. Целью изобретения является повышение термостойкости и снижение модуля упругости. Предложенный чугун содержит, мас.%: углерод 3,8-4,3; кремний 0,6- 1,2; марганец 0,3г1,0; фосфор 0,1- 0,3; титан 0,01-0,15; ванадий 0,01- 0,1; барий 0,001-0,01; железо - остальное. При использовании предложенного чугуна возрастает сопротивление термическому удару и образованию сетки разгара соответственно в среднем на 46 и 13%, модуль упругости снижается на 14%, ударная вязкость сохраняется на том же уровне. 1 табл. I (Л

Fe - остальное.