Лигатура для чугуна Советский патент 1992 года по МПК C22C35/00 

сл

С

Изобретение относится к лигатурам для модифицирования чугуна для литых дета лей. Целью изобретения является повышение модуля упругости и технологических свойств чугуна. Лигатура содержит, мае.%: медь 8-11; алюминий 8-17; углерод 0,5-7,2; бориды марганца 9,5-14,2; церий 3,11-7,0; нитриды кремния 5,2-8,2; висмут 7,0-11,3; железо остальное. Ковшевая обработка предлагаемой лигатурой доэвтектического чугуна позволяет повысить его модуль упругости до 137-146 ГПа, при этом повышаются прочностные и пластические свойства, ударная вязкость возрастает более чем в 2 раза, эксплуатационная стойкость повышается до 895-956 ч, предел коррозионной усталости - до 486-495 МПа. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к лигатурам для модифицирования чугуна для литых деталей, работающих- в условиях статических и динамических нагрузок.

Известна лигатура, содержащая, мас.%: марганец 5-10; кремний 15-35; кальций 0,5-1,5; РЗМ 5-10; алюминий 0,1-6; циркбг ний 0,1-5; медь 5-10; берилий 5-10; СТРОНЦИЙ 2-10; тантал 0,1-3; барий 0,1-2; железо остальное.

Лигатура обеспечивает уменьшение от- бела и получение изотропной структуры чугуна в отливках, однако вызывает большое шлакообразование и недостаточно повышает технологические свойства.

Известна лигатура, содержащая, маё}%: углерод 0,7-1,1; хром 20,0-30,0; молибден 4,0-8,5; кобальт 2,6-6,0; ванадий ,5; ниобий 2,5-4,0; алюминий 0,05-0,3; железо остальное.

Однако известная лигатура для ее использования требует высокого перегрева чугуна, увеличивает отбел, уменьшает ударную вязкость и технологические свойства чугуна.

Наиболее близкой к изобретению является лигатура следующего химического состава. мас.%: медь 30-45; алюминий 20-30; фосфор 5-10; углерод 0,2-4; железо остальное.

Микролегирование чугуна известной лигатурой проводят при 1350-1360°С путем погружения на дно ковша раздробленной до фракций не более 20 мм лигатуры в количестве 1 % от массы обрабатываемого расплава. Это обеспечивает повышение временного сопротивления на разрыв на 30 МПа и твердости на 25 Н В микролегированного чугуна по сравнению с серым чугуном.

Однако известная лигатура не обеспечивает существенного повышения техноло 4CS О О

гических свойств и модуля упругости чугуна в отливках.

Цель изобретения - повышение модуля упругости и технологических свойств чугуна в отливках, работающих в условиях статических и динамических нагрузок.

Поставленная цель достигается тем, что лигатура для чугуна, содержащая медь, алюминий, углерод, железо, дополнительно содержит церий, бориды марганца, нитриды кремния и висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%: медь 8,0-11; алюминий 8,0-17,0; углерод 0,5-7,2; б.ориды марганца 9,5-14,2; церий 3,11-7,0; нитриды кремния 5,2-8.2; висмут 7,0-11,3; железо остальное.

.. Дополнительное введение в состав лигатуры нитридов кремния обеспечивает по- вышение дисперсности .структуры и стабильности технологических свойств чугуна в отливках, трещиностойкости и прочностныхсвойств, что обеспечивает существенное увеличение его модуля упругости и эксплуатационной стойкости. При концентрации нитридов кремния до 5,2 мас.% стабильность структуры, модуль упругости, технологические свойства и эксплуатационная стойкость недостаточны, а при повышении содержания (более 8,2 мас.%) снижаются ударная вязкость, пластические свойства и эксплуатационная стойкости чугуна в отливках.

Церий модифицирует структуру, понижает термодинамическую активность углерода, увеличивает, степень сфероидизации графита и неметаллических включений, что повышает технологические .и механические свойства чугуна. Его модифицирующий и стабилизирующий эффект начинает сказываться с содержания 3.11 мас. %, но при увеличении его концентрации (более 7 мас.%)снижаются технологические свойства и модель упругости чугуна.

Бориды марганца перлитизуют и ИЗ - мельчают структуру, повышают модуль упругости и трещиностойкости, но при концентрации их более 14,2 мас.% снижаются однородность структуры, пластические, технологические и эксплуатационные свойства обработанного этим элементом чугуна. При концентрации боридов марганца менее 9,5 мас.% стабильность структуры, модуль упругости, эрозионная стойкость и технологические свойства чугуна недостаточны.

Углерод и алюминий оказывают графи- тизирующее влияние, снижают коррозионную усталость, износостойкость и технологические свойства. Поэтому их концентрация ограничена соответственно пределами-0,50-7,2 и 8-17мас.%. При меньших значениях концентрации снижается модуль упругости.

В лигатуру дополнительно вводят

висмут в количестве 7-11,3 мас.%, что способствует повышению дисперсности структуры, технологических свойств, образованию аустенита и зернистого перлита, повышению коррозионной стойкости и мо0 дуля упругости чугуна. Аустенитообразую- щее и отбеливающее влияние висмута и повышение дисперсности структуры, эрозионной стойкости и модуля упругости начинает сказываться с концентрации 7 мас.%, а

5 при увеличении его содержания (более 11,3 мас.%) снижаются стабильность структуры, эрозионная и эксплуатационная стойкость чугуна в отливках, ухудшаются модуль упругости и технологические свойства.

0 Пример. Опытные плавки лигатур проводят в индукционных печах с тиглями емкостью 150 кг с использованием ферросплавов, стального лома, электролитической меди, нитридов кремния, метал5 лического церия, боридов марганца висмута. Сначала в индукционной печи расплавляют стальной лом и медь, перегревая расплав до 1320-1350°С, затем вводят фер- роцерий и электрическую медь. После вы0 держки в течение 2-3 мин вводят бориды марганца и нитриды кремния, а перед выпуском расплава в разливочные ковши - металлический висмут. Разливку производят при 1340±10°С в сухие песчаные литейные

5 формы и получают плоские плитки толщиной 15-16 мм.

Лигатуру в измельченном виде вводят в раздаточные литейные ковши в расплав чугуна доэвтектического состава, содержаще0 го, мас.%: углерод 2,6; кремний 1,21; марганец 0,37; фосфор 0,05; хром 0,05; никель 0.16; сера 0,05; азот 0,03; титан 0,01; железо остальное.

Лигатуру .вводят в количестве 0,3% от

5 массы расплава.

В табл.1 приведены химические составы лигатур опытных плавок.

Испытания чугуна, полученного с использованием лигатуры, на ударную вяз0 кость проводят на образцах размером 10x10x55 мм с V-образным надрезом. Остаточное содержание нитридов кремния и соответственно степень их усвоения определяют по методике количественного диф5 ференцированного химического анализа сталей и сплавов, содержащих окислы,.бориды и нитриды.

В табл.2 приведены технологические, механические и эксплуатационные свойства модифицированного чугуна, обработанного

лигатурами известного и предлагаемого составов.

Технологические свойства определяют на стандартных решетчатых технологических пробах, испытания на коррозионную усталость - на цилиндрических образцах VIII на базе io7 циклов при циклическом нагружении.

Исследование прочностных свойств определяют на цилиндрических образцах Ш

мм. : . : .. ; - -. :

Как видно из табл.2, предлагаемая лига- тура обеспечивает более высокие модуль упругости, механические свойства чем известная.

О

5

Формула изобретения Лигатура для чугуна, содержащая медь, алюминий, углерод, железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения модуля упругости и технологических свойств чугуна, она дополнительно содержит церий, бориды марганца, нитриды кремния и висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Медь8-11

Алюминий8-17

Углерод0,5-7,2

Бориды марганца9,5-14,2

Церий3,11-7,0

Нитриды кремния5,2-8,2

Висмут7,0-11,3

ЖелезоОстальное.

. О

Таблица 1

Таблица 2