Чугун Советский патент 1989 года по МПК C22C37/10 

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению конструкционного низколегированного чугуна для литых деталей, работающих в условиях тепловых ударов и кавитации при нагреве до 700-900°С.

Цель изобретения - повышение кави- тационной стойкости п вязкости разрушения при 700-900°С.

Предлагаемый чугун содержит, мас.%:

Углерод

Кремний

Марганец

Никель

Медь

Магний . Цирконий

1,8-2,9 2,6-3,6 0,5-1,5 0,8-1,3 0,05-0,19 0,07-0,11 0,05-6,10

Лантан 0,06-0,09 Кальций 0,002-0,01 Иттрий 0,002-0,03 Молибден 0,12-0,35 Бориды

вольфрама 0,002-0,06 Нитриды хрома 0,005-0,62 Нитриды бария 0,002-0,01 ЖелезоОстальное

Дополнительное введение в состав предлагаемого чугуна молибдена, бори- дов вольфрама, нитридов хрома и бария значительно повышает кавитационную стойкость и вязкость разрушения при 700-900°С.

Дополнительное введение боридов вольфрама в указанных пределах упрочняет матрицу до 900°С, микролегируя

сл to

Со

о ;о

ее дисперсными частицами боридов и повышая ее стабильность, что существенно повышает кавитационную стойкость при 700-900°С при с охранении вязкости разрушения на высоком уровне. При содержании боридов вольфрама до 0,002 мас.% их влияние на структуру чугуна - кавитационную стойкость незначительно, а при увеличении их концент рации более 0,06 мас.% снижаются литейные свойства, ударная вязкость и вязкость разрушения при УОО-ЭОО С. Введение молибдена в количестве 0,12-0,35 мас.% повьшает терми- ческую стойкость и сопротивляемость износу при повышенных температурах, что способствует повышению кавитаци- онной и эксплуатационной стойкости чугуна при 700-900°С. Верхний предел концентрации ограничен содержанием, вьпле которого возрастает количество карбидных фаз, что снижает вязкость разрушения, а при. содержании молиб- . дена до 0,12 мас.% термостойкость и сопротивляемость кавитации при нагреве до 700-900 С недостаточны.

Нитриды хрома и бария вводятся для измельчения структуры чугуна и повы- шения вязкости разрушения при повышенных температурах. При этом нитриды хрома повышают карбидообразование и кавитационную стойкость, а нитриды бария оказьшают графитизирующее влияние и их максимальные концентрации ограничены соответственно пределами 0,62 и 0,01 мас.%, выше которых снижается стабильность структуры, упру- гопластические свойства и термостойкость. При их концентрации до 0,005 и 0,002 мас.% стабильность структуры и свойств при 700-900°С недостаточна.

Введение меди в пределах 0,05- 0,19 мас.% и кальция 0,002-0,01 мас. повышает усвояемость нитридов, боридов и легирующих компонентов,упруго- пластические свойства и компактность фазовых составляющих, что способствует повышению кавитационной стойкости при 700-900 0. Повьш1ение содержания меди более 0,19 мас.% и кальция более 0,01 мас.% не приводит ч повышению усвояемости и своДств чугуна, а при снижении их ниже нижних пределов возрастает количество остроугольных фаз в структуре и снижается вязкость разрушения.

Q

5

0

0

5

В предлагаемом чугуне содержание кремния - повышенное, а углерода - пониженное (1,8-2,9 мас.%) для повьш1е- ния тер1 ической и кавитационной стойкости. Содержание марганца повышено до 0,5-1,5 мас.% из необходимости повьш1ения стойкости к многократным термическим ударам и вязкости разрушения при 700-900°С. Верхние их концентрации ограничены пределами, вьш1е которых отмечается образование Леде- буритной эвтектики и снижение уп- зугопластических свойств чугуна.

Содержание поверхностно-активных модификаторов (магний, 0,07-0,11 мас.%, лантан 0,06-0,09 мас.% и иттрий 0,002-0,03 мас.%) обеспечивает повышение фактора формы графита и лсме- таллических включений и высокие проч- ностные и эксплуатационные свойства.Их верхние пределы концентраций представляют содержания, вьппе которых растет угар и снижаются вязкость разрушения и термостойкость при повьшенных температурах. При снижении их концентрации менее нижних пределов модифици- рукиций эффект и упругопластические свойства снижаются.

Введение в чугун никеля в количестве 0,8-1,3 мас.% упрочняет и стабилизирует структуру, повьш1ает сопротивляемость многократным термическим .ударам и износу, что обеспечивает высокую кавитационную стойкость при 700-900°С. Содержание никеля менее 0,8 мас.% не обеспечивает существенного повышения термической и кавитационной стойкости при температуре более 700 С, а при концентратши его более 1,3 мас.% снижается вязкость разрушения при незначительном росте прочностных свойств и кавитационной стойкости.

Цирконий в количестве 0,05-6,1 мас.% легирует матрицу и проявляет себя в чугуне при кристаллизации как модификатор второго рода, снижает дисперсность структуры и повьш1ает термостойкость чугуна, что способствует стабилизации кавитационной стойкости и вязкости чугуна. При содержании циркония более 6,1 мас.% могут ухудшаться литейные свойства и стабильность структуры чугуна, возрастает количество I,

в структуре остроугольных карбидов, что снижает вязкость разрушения и ударную вязкость.

П р и м е р. Чугун выплавляют в индукционной печи ЛЗ-67В. В качестве шихтовых, материалов используют литейные коксовые чугуны ЛК-2 и ЛК-3, передельный чугун М1, чугунный лом 18А, стальной лом 1А, бориды вольфрама ВБ-2, измельченные брикеты нитридов хрома ФХЮОИ и нитридов бария ФБа2Н, ферромолибден Мо2, ферромарганец Мн1 и другие ферросплавы,Темпе ратура перегрева расплава 1480-1500°С. Ферромолибден и бориды вольфрама вводя в печь после рафинирования расплава кальцинированной содой в дробленом до фракции 0,1-3,0 мм виде вместе с медной высечкой. Модифицирование расплава производят при выпуске расплава в ковш механической смесь из магниевой лигатуры ЖКМК-3, нитридов хрома и бора, металлического иттрия Ит-3, лантана и 75%-ного ферросилиция. Температура модифицирования 1430-1450 С, Заливку расплава производят в сухие оболочковые формы для получения технологических проб, отливок и образцов для механических испытаний,

В табл,1 приведены химические составы известного и предлагаемого чу- гунов опытных плавок,

Механические свойства определяют на образцах i 10 мм с расчетной длиной 50 мм и на образцах размером 10x10x55 мм,

Стойкость против многократного удара оценивают при симметричном изгибе цилиндрических (010 мм) образцов на машине ПУИ 600 при нагрузке 300 МПа, Кавитационную стойкость определяют на испытательных стендах при воздействии паромасляных сред, загрязненных абразивом,

Кавитационную стойкость определяют на испытательных газоабразивных стру

27309

еударных стендах ПГС-1М при скорости потоков 35 м/с и загрязнении их частицами карбида кремния марки КЧ с размерами частиц 0,63 мм,

Результаты испытаний приведены в табл,2,

Как видно из табл,2 предлагаемый чугун обладает более высокими механическими свойствами, удароустойчи- востью и кавитационной стойкостью при 700-900°С, чем известный чугун.

Использование предлагаемого чугуна для термостойких отливок и дета- J5 лей термических печей, работающих в условиях ударных нагрузок и повышенных температур, позволяет повысить их стойкость. Формула изобретения

10

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, медь, магний, кальций, лантан, иттрий, цирконий и железо, отличающийся тем, что,

с целью повышения г кавитацнонной стойкости и вязкости разрушения при 700-900 С, он дополнительно содержит молибден, бориды вольфрама, нитриды хрома и нитриды бария при следующем

соотношении компонентов,

35

40

45

Таблица 1

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению конструкционного низколегированного чугуна для литых деталей, работающих в условиях тепловых ударов и кавитации при нагреве. Целью изобретения является повышение кавитационной стойкости и вязкости разрушения при 700-900°С. Предложенный чугун содержит, мас.%: углерод 1,8-2,9

кремний 2,6-3,6

марганец 0,5-1,5

никель 0,8-1,3

медь 0,05-0,19

магний 0,07-0,11

цирконий 0,05-6,10

лантан 0,06-0,09

кальций 0,002-0,001

бориды вольфрама 0,002-0,006

молибден 0,12-0,35

нитриды хрома 0,005-0,62

нитриды бария 0,002-0,01

иттрий 0,002-0,03

железо остальное. Предложенный чугун имеет кавитационную стойкость при 700°С 8,3-12,6 мг/гс, при 900°С 15,7-21,5 мг/гс и вязкость разрушения К_IC при 700°С 252-270 кгс^.мм^-3/2, при 900°С 232-249 кгс^.мм^-3/2. 2 табл.