Чугун для металлоформ Советский патент 1988 года по МПК C22C37/10 

J 4 4

00

эо

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для кокилей, пресс-форм и т.д.

Цель изобретения - повьшение ка- витационно-эрозионной стойкости в интервале температур 893-1200 К, увеличение эксплуатационной стойкости металлоформс

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Выбор конечных пределов содержания компонентов, входящих в состав предлагаемого чугуна обусловлен еле-

ДУЮГЩМо

Введение хрома в количестве 0,12- 0,81 мас.% микролегирует металлическую основу, упрочняет ее, увеличивая сопротивляемость эрозии и кавитации, н повышает коррозионную усталость, микротвердость и термическую стойкость, что обеспечивает существенное повышение кавитационно-эрозионной и эксплуатационной стойкости при температурах 893-1200 К, При кон- центратщи хрома до 0,12 масо% упрочнение металлической основы и увеличение сопротивляемости эрозии и кавитации недостаточны, а при концент- рации его более 0,81 мас,% увеличивается вьщеление нитридов по граница зерен, их коагуляция и снижаются .пластические свойства и сопротивляемость кавитации.

Введение ванадия в количестве 0,12-0,32 мас.% повышает стабильность структуры в широком интервале температур, дисперсность и компактность (фактор формы) углерода, умень щает содержание неметаллических включений и загрязненность границы зерен увеличивает сопротивляемость чугуна напряжением и знакопеременным динамическим нагрузкам, что обеспечивает повышение .кавитационной стойкости, ударной вязкости и эксплуатационной стойкости при повышенных температура При кoнцeнтpaпJ и ванадия менее 0,12 мас.% повьш1ается стабильность структуры, кавитационная стойкость и эксплуатационные свойства чугуна не достигаются, а при повьшении содержания его более 0,32 мас.% отмечается усиление его отбеливающего влияния на структуру металла,- выделе ние крупных пластин цементита в литом металле и снижение кавитационно- эрозионных и Механических свойств

как при обычных, так и при повышенных температурах (893-1200 К).

Введение магния в количестве 0,03-0,15 мас.% измельчает структуру, увеличивает прокаливаемость и твердость чугуна, улучшает форму графита, оказывает влияние на природу упрочняюрхих фаз и их термическую стойкость, что способствует снижению износа и повьш1ению кавитационно-эрозионной стойкости. Содержание магния принято от концентрации, при которой начинает сказьшаться их влияние на форму графита, структуру и кавитационную стойкость.

Введение алюминия в количестве 0,13-0,42 маСс% способствует дегазации и измельчению включений графита, повышению эксплуатационной стойкости, трещиностойкости, износостойкости и кавитационно-эрозионной стойкости чугуна при повьшенных температурах. Нижний предел концентрации алюминия принят от значения, с которого начинает сказываться его влияние на размер и форму графита и сопротивляемость термическим ударам, кавитации и эрозии При увеличении концентрации алюминия более 0,42 мас.% возрастает угар металла, увеличивается количество неметаллических включений по границам зерен, снижаются пластические и этссплуатационные свойства чугуна при нагреве и охлаждении, в условиях кавитации и эрозии

Содержание углерода, марганца, кремния в предлагаемом чугуне выбрано с учетом практики производства термостойких отливок с повьшгенной стабильностью стойкости к кавитации и эрозии. При увеличении их концентрации выше верхних пределов стабильность прочности предела выносливости и характеристики упруго-пластических свойств снижаются, а при снижении нижних пределов ниже нижних пределов недостаточны литейные свойства, прочность и эксплуатационная стойкость при высоких температурах в условиях кавитации и эрозии.

Титан (0,03-0,14 мас.%), ниобий (0,23-0,35 мас.%), щтрконий (0,12- 0,4 мас.%) и азот (0,02-0,18 мас.%) упрочняют и микролегируют матрицу, повышают ее термостойкость и кавита- ционно-эрозионную стойкость при температурах до 1200 К. При снижении их содержания ниже нижних пределов сопротивляемость эрозии и кавитации низкая, а при увеличении вьппе верхних пределов повышается хрупкость и снижается сопротивляемость кавитации Кроме того, титан при содержании более 0,.1А мас.% ухудшает форму графита в чугуне.

Введение сурьмы измельчает графит снижает коэффициент термомеханичес- ком воздействием, что обеспечивает повьш1ение эксплуатационной стойкости чугуна при нагреве При концентрации сурьмы до 0,02 мас.% сопротивляемост эрозии и термомеханическим воздей- ствиям и эксплуатационная стойкость чугуна недостаточны, а при концентрации сурьмы более 0,1 мас.% снижается термическая стойкость и сопротивляемость чугуна ударам, знакопе- ременным нагрузкам, кавитации и эрозии.

Введение калыдая в количестве 0,01-0,08 мас.% раскисляет и моди- фшдирует расплав, очищает границы зерен, повышает эксплуатационную стойкость в условиях теплосмен, кавитации и эрозии. Верхний предел ограничен недостаточной растворимостью калыщя в чугуне, а при концентрации кальция в чугуне менее 0,01 мас.% модифшдирующий эффект недостаточен, что приводит к снижению эксплуата- 1ЩОННОЙ стойкости кокилей, сопротивляемости кавитации и эрозии.

Бориды иттрия в количестве 0,03- 0,17 мас.% упрочняют металлическую основу и повьш1ают ее микротвердость и прочность, увеличивают износостойкость чугуна в отливках, термическую и фрикционную теплостойкость при по- вьшенных температурах, что обеспечивает существенное повьшение кавита- ционно-эрозийной стойкости при термическом и фрикционном разогреве до 1200 К. При содержании боридов иттри до 0,03 мас.% увеличение микротвер- дости и эксплуатационной стойкости при фрикционном разогреве незначительное, а при концентрации боридов иттрия более 0,17 мас.% увеличивает- ся число включений, расположенных по границам литых зерен, снижается динамическая прочность чугуна, кави- тационно-эрозийная стойкость.

Бориды лантана в количестве 0,06- 0,15 мас.% микролегируют металлическую основу, увеличивают ее стабильность до более высоких температур

Q j 20

25 ЗО

.

35

5

5

и повышают стабильность предела выносливости, что обеспечивает снижение износа при кавитации и фрикхуюн- ном разогреве до 1200 К. Нижний предел концентрации боридов лантана принят от значений (0,06 мас.%), когда заметно повьш ается микротвердость матрицы и стабильность предела выносливости при нагреве до 1200 К, а верхний предел концентрации боридов лантана (0,15 мас.%) обусловлен снижением сопротивляемости эрозии к фрикционной теплостойкости при температурах до 1200 К при более высоких концентрациях боридов лантана.

П р и м е Ро Плавку чугуна проводят в дуговой электропечи емкостью 1,5 т с кислой футеровкой. Феррохром вводили вместе с шихтой. Микролегирование алюминием, цирконием и ниобием производили в печи за 3-6 мин до выпуска в ковШо Перегрев чугуна составлял 1700-1730 Ко Бориды иттрия, бориды лантана, сурьму, магний и модификаторы вводили в ковш. Разливку металла производили в сухие жид- костекольные формы при 1660-1680 К.

В табло 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок (определение содержания компонентов в чугуне проводят методами дифференцированного химического анализа).

В табл. 2 приведены результаты механических и эксплуатационных испытаний чугунов, полученные на заготовках и пробах в литом состоянии, как при обычных температурах, так и повьш1енных (893-1200 К)

Как видно из табЛо 2, предлага- емьй чугун обладает более высокой кавитационно-эрозионной стойкостью в условиях периодических нагревов и охлаждений (2,23-5,6 раза) и улучшенной эксплуатационной стойкостью (в 2,08-4,08 раза)о

Формула изобретения

Чугун для металлоформ, содержащий углерод, кремний, марганец, титан, цирконий, ниобий, сурьму, бориды иттрия, бориды лантана, кальций, азот и железо, отличающий- с Я тем, что, с целью повьшения кавитационно-эрозионной стойкости в интервале температур 893-1200 К, увеличения эксплуатационной стойкости металлоформ, он дополнительно содержит хром, ванадий, алюминий и магний

14443878

Таблица 2

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве чугунных кокилей, пресс-форм и т,До Цель изобретения повышение кавитационно-эрозионной стойкости в интервале температур 853-1200 К, увеличение эксплуатационно г. стоик ости металлоформ, Новьй чугун содержит, мас.%: С 3,0-3,6; Si 1,8-2,6; Мп 0,7-1,5; Ti 0,03-0,14; Zr 0,12-0,4; Mb 0,23-0,35; Sb 0,02- 0,1; бориды иттрия 0,03-0,17; бори- ды лантана 0,06-0,15; Са 0,01-0,08; N 0,02-0,18; Сг 0,12-0,81; V 0,12- 0,32; А1 0,13-0,42; Mg 0,03-0,15; Fe остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна Сг, V, А1 и Mg обеспечивает повышение кавитационно- эрозионной стойкости при 893-1200 К в 2,23-5,6 раза и эксплуатационной стойкости металлоформ в 2,08-4,08 раза. 2 табл. о S kn

Предел прочности

при растяжении, МПа

Предел выносливости при знакопеременньк нагрузках, МПа

Термическая стойкость, цикл,

Линейный износ

при фрикционном

нагреве до 1000 К,

мг/см -ГС

Кавитационно-эрозион- ная стойкость, ч, при К 893

1000 1100 1200

Стойкость кокилей,

заливок

Относительная стойкость пресс- форм, %

1050 1215 1240

620 672

685

4120 4630 4860

0,38 0,25

0,16

2480

2608

2860

208

246

272