Чугун с шаровидным графитом для отливок Советский патент 1991 года по МПК C22C37/10 

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов сплавов с повышенными эксплуатационными свойствами.

Цель изобретения - повышение жаростойкости и прочности в отливках с толщиной стенки 20-50 мм.

Для достижения поставленной цели чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, алюминий, медь, кальций, магний и железо, дополнительно содержит церий, фосфор и олово при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3,0-3,8; кремний 1,5-3,0; марганец 0,1-0,6; алюминий 0,5-1,0; хром

0,5-1,0; медь 0,5-1,0; олово 0,04-0,14; фосфор 0,15-0,3, кальций 0,002-0,015; церий 0,013-0,042; магний 0,03-0,10; железо остальное. При этом соотношение кальция к фосфору равно (1,,):1, а коэффициент формы графита равен 0,076-0,11.

Введение в состав чугуна кремния в количестве 1,5-3,0 мас.% обеспечивает получение перлитоферритной структуры сплава без карбидов. Содержание кремния в количестве менее 1,5 мае % приводит к образованию в структуре чугуна большого количества цементита, что снижает прочность при растяжении на разрыв и жаростойкость. Содержание кремния в количестве

Ov

о о ел а со

более 3,0 мас.% пр иводит к повышенной хрупкости отливок из-за появления в структуре силикокарбидов.

Содержание марганца в количестве 0,1-0,6 мас.% практически не оказывает влияния на структурообразование. Содержание марганца менее 0,1 мас.% связано с трудностью получения такого его содержания в чугуне. Повышение содержания марганца свыше 0,6 мас.% приводит к образованию легкоплавких окислов, что приводит к снижению жаростойкости.

Введение алюминия в количестве 0,5- 1,0 мас.% обеспечивает жаростойкость чугуна за счет образования при нагревании плотной окисной пленки на поверхности, так как диффузия сквозь окисную пленку алюминия происходит значительно медленнее, чем в окислах железа, Пленка из окислов алюминия прочно связана с поверхностью металла, что снижает интенсивность окисления.

Введение алюминия в количестве менее 0,5 мас.% не обеспечивает получение необходимой жаростойкости из-за отсутствия плотной окисной пленки, а увеличение содержания алюминия свыше 1,0 мас.% приводит к повышенному пленкообразова- нию, что снижает механические свойства чугуна и вызывает трудности с получением тонкостенных отливок.

Содержание хрома в количестве 0,5-1,0 мас.% обеспечивает повышение сопротивляемости окислению металлической основы за счет повышения температуры образования вюститной фазы в окисном слое и повышение механических свойств.

Уменьшение содержания хрома менее 0,5 мас.% снижает механические свойства чугуна и сопротивляемость окислению металлической основы. Увеличение количества хрома свыше 1,0 мас.% приводит к нестабильности размеров отливок при эксплуатации из-за распада цементита, а также к снижению прочностных свойств чугуна.

Присадка меди в количестве 0,5-1,0 мас.% обеспечивает повышение жаростойкости за счет образования оксидной пленки, которая компактна и прочно связана с поверхностью чугуна, а также уменьшает рост чугунных отливок при температуре эксплуатации.

При введении меди в количестве менее 0,5 мас.% не обеспечивается образование компактной и крепко связанной с поверхностью чугуна оксидной пленки,обеспечивающей стойкость к окислению, а увеличение количества меди свыше 1,0 мас.% сказывается на ухудшении формы графита, что снижает жаростойкость и прочностные свойства,

Содержание олова в количестве 0,04- 0,14 мас.% обеспечивает повышение жаростойкости и прочности чугуна с шаровидным графитом. При содержании олова менее 0,04 мас.% снижается жаростойкость, а при введении олова в количестве более 0,14 мас,% происходит резкое ухудшение шаровидной формы графита, т.е. появление пластинчатого графита, что сказывается на механических свойствах и жаростойкости.

Содержание фосфора в количестве 0,15-0,3 мас,% обеспечивает повышение

жаростойкости чугуна с шаровидным графитом без значительного снижения механических свойств. Повышение жаростойкости объясняется появлением окисной пленки за счет высокой активности фосфора, а также

образования фосфидной сетки и вытеснения его вглубь зерна.

Снижение количества фосфора менее 0,15 мас,% не обеспечивает повышения жа-- ростойкости, так как на поверхности чугуна

не образуется окисная пленка. Увеличение содержания фосфора свыше 0,3 мас.% приводит к снижению жаростойкости, так как появляется большое количество тройной фосфидной эвтектики. С увеличением размеров колоний тройной фосфидной эвтектики различают три ее фазы: аустенит, фосфид и графит, которые окисляются различно. Это приводит к нарушению сплошности оксидной пленки и ускорению распространения окисления вглубь металла.

Ввод кальция, который присаживается в виде силикокальция в количестве 0,002- 0,015 мас.% способствует образованию фосфидов в виде сетки, что благоприятно

сказыаается на жаростойкости. Кроме того, кальций способствует вытеснению фосфора с границ вглубь зерна. Вследствие этого форма включений фосфидов становится бо- ее благоприятной.

Кальций и фосфор берут в соотношении (1,3- ,0 1. При этом при содержании кальция 0,002 мас.% отношение кальция к фосфору соответствует 1,3-10 2:1, а при 0,015 мас.% кальция это соотношение

0 равно 5,0- .

Уменьшение содержания кальция менее 0,002 мас,% не обеспечивает вытеснения фосфора с границ вглубь зерна и образования фосфидов в виде сетки и их

5 коагуляции. Увеличение содержания кальция более 0,015 мас.% связано с большой трудностью его ввода в расплав.

Содержание церия в количестве 0,012- 0,042 мас.% позволяет нейтрализовать

вредное влияние олова и меди на форму графита, а также оказывает благоприятное влияние на механические свойства и жаростойкость. Введение церия в количестве менее 0,012 мас.% не позволяет нейтрали- зовать вредное влияние олова и меди, а увеличение содержания церия свыше 0,042 мас.% способствует образованию в структуре чугуна цементита, что ухудшает механические свойства...

Ввод магния в количестве 0,03-0,11 мас.% обеспечивает получение шаровидной формы графита в чугуне. При этом коэффициент формы графита должен быть равен 0,076-0,11. Этот коэффициент определяет- ся по формуле

1 ,, ОЬ

(1).

К С Е - Ссь v 3,5 Н В

Уменьшение содержания магния ниже 0,03 мас.% не позволяет получить графит шаровидной формы с необходимым коэффициентом, а увеличение содержания магния свыше 0,10 мас.% приводит к перемодифицированию чугуна, ухудшению шаровидной формы графита и снижению механических свойств и жаростойкости.

Из предлагаемого чугуна изготавливают колосники с толщиной стенки до 30 мм и массой 4 кг.

Составы и свойства чугунов приведены в табл. 1. .

Результаты исследования жаростойкости, которое проводилось весовым методом, при различных температурах приведены в табл. 2 (составы 2-3 - предлагаемые, 4 и 5 -запредельные, 6 - известный).

Из результатов табл. 2 следует, что предлагаемый чугун в 1,55-3,5 раза при 500°С, в 1,5-4,0 раза при700°С и в 1,38-1,97 раза при 800°С при длительности испытания 150 ч по жаростойкости превосходит известный. Таким образом, предлагаемый чугун по сравнению с известным имеет более высокую жаростойкость и механические свойства.

Формула изобретения

1.Чугун с шаровидным графитом для отливок, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, алюминий, медь, магний, кальций, фосфор и железо, отличающийся тем, что, с целю повышения жаростойкости и прочности в отливках с толщиной стенки 20-50 мм, он дополнительно содержит церий и олово при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3,0-3,8; кремний 1,5-3,0; марганец 0,1-0,6; хром 0,5-1,0; алюминий 0,5-1,0; медь 0,5- 1,0; магний 0,03-0,1.;-кальций 0.002-0,015; фосфор 0,1.5-0,3; церий 0,012-0,042; олово 0,04-0,14; железо остальное.

2.Чугун по п. 1, отличающийся тем, что соотношение кальция и фосфора равно(1,3-5,0).

3.Чугун по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент формы графита равен 0,076-0,11.

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов сплавов с повышенными эксплуатационными свойствами. Цель изобретения - повышение жаростойкости и прочности в отливках с толщиной стенки 20-50 мм. Чугун с шаровидным графитом содержит углерод, ем- ний, марганец, хром, алюминий, медь, магний, кальций, железо и дополнительно церий, фосфор и олово при следующем соотношении компонентов, мае %: углерод 3,0-3,8; кремний 1,5-3,0; марганец 0,1-0,6; алюминий 0,5-1,0; хром 0,5-1,0; медь 0,5- 1,0; олово 0,04-0,14, фосфор 0,15-0,3; кальций 0,002-0,015; церий 0,012-0,042; магний 0,03-0,10, железо остальное. Отношение содержания кальция к фосфору составляет (1,3 х 10 2-50х 102).1. Коэффициент формы графита составляет 0,076-0,110. 2 з.п.ф-лы, 2 табл