Чугун для изготовления кокилей Советский патент 1992 года по МПК C22C37/10 

сл С

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве чугунных металлических форм - кокилей. Цель изобретения - повышение сопротивления термической усталости и эксплуата- ционной стойкости кокилей. Чугун содержит, мас.%: С 2,8-2,9; Si 1,5-2,4; Мп 0.1-0,6; Сг 0,05-0,10; AI 0,4-0,8; Мд 0,01- 0,03; Се 0,02-0,07; Са 0,01-0,04; TI 0,01- 0,10; Zr 0,01-0,05 и Fe остальное. Дополнительный ввод в состав предлагаемого чугуна Са, Ti и Zr позволяет повысить термическую стойкость в 1,33-1,61 раза, эксплуатационную стойкость кокилей - в 1,26-1,52 раза. 1 табл..

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может быть использовано при изготовлении постоянных металлических форм, предназначенных для изготовления отливок из чугуна.

Цель изобретения - повышение сопротивления термической усталости постоянных металлических форм и повышение их эксплуатационной стойкости.

Пределы содержания элементов в составе чугуна установлены исходя из благоприятного сочетания структуры и свойств чугуна. Содержание углерода и кремния определено условиями кристаллизации сплава по мета- стабильной диаграмме. Минимальное их содержание обеспечивает получение в чугуне междендритного графита, максимальное содержание углерода и кремния обусловлено снижением ростоустойчивости и термостойкости.

Нижние пределы содержания марганца (0,1 мас.%) и хрома (0,5 мас.%) определены исходя из технологических условий плавки чугуна и их содержания в.шихтовых материалах. При добавках марганца более 0,6 мас.% и хрома выше 0,1 мас.% эти элементы значительно тормозят графитизацию, повышая склонность чугуна к отбелу, и снижают его теплопроводность.

Алюминий при содержании в количествах 0,4-0,8 мас.% является сильным графити- затором сплава и способствует образованию междендритного графита, что повышает теплопроводность сплава.

Магний и церий введены в чугун с целью видоизменения графитной фазы. При добавках магния 0,01-0,03 мас.% и церия 0,02-0,07 мас.% они способствуют образованию вермикулярной формы графита, что снижает температурный коэффициент расширения, повышает теплопроводность и сопротивление окислению.

4

го

оо со

Кальций при добавках 0,01-0,04 мас.% способствует очищению границ зерен от серы и кислорода, локализует процессы обезуглероживания, окисления и роста металла, что повышает окалиностойкость чугуна и его теплопроводность.

Титан из-за большого сродства к сере и кислороду оказывает графитизирующее действие на чугун, что выражается в измельчении структуры сплава и увеличении количества феррита. Верхний предел содержания титана в чугуне (0,1 мас.%) ограничен отсутствием эффекта прироста графитизирующего воздействия и образованием карбидов и карбонитридов титана, снижающих теплопроводность.

Цирконий, располагаясь по границам зерен, блокирует доступ кислорода к металлической матрице и включениям графита, что повышает сопротивление сплава окислению и препятствует образованию сетки разгара. Верхний предел его содержания в чугуне (0,05 мас.%) ограничен образованием карбидов циркония, что приводит к снижению сопротивления термической усталости. Нижний предел содержания циркония (0,01 мас.%) соответствует отсутствию графитизирующего эффекта и не дает повышения окалиностойкости, теплопроводности и эксплуатационной стойкости.

Выплавку чугунов производят в индукционной печи. В качестве шихты применяют литейный чугун ЛК.1 и стальной лом. Содержание углерода варьируется присадками углеродного боя, остальные компоненты сплава корректируются добавками ферросплавов.

Испытания на термостойкость проводят на образцах диаметром 30 мм и толщиной 5 мм, собранных в пакет, периодически погружаемый в ванну с расплавом свинца, затем охлаждаемый в проточной воде. Термостойкость оценивают по количеству циклов до разрушения образцов, количеству

трещин по краю образцов в зависимости от числа циклов.

Испытания на окалиностойкость проводят в соответствии с ГОСТ 6130-71 периоди- ческим взвешиванием образцов - цилиндров диаметром 10 и высотой 20 мм. Окалиностойкость оценивают по удельному приросту массы образцов (мг/м ) после. 10-часовой выдержки при 820°С.

Испытания на ростоустойчивость производят на образцах диаметром 20 и длиной 100 мм при 820°С путем измерения длины образцов после 10-часовой выдержки.

Эксплуатационную стойкость кокиля оценивают по количеству заливок до появления трещин сетки разгара.

В таблице представлен химический состав и результаты испытаний чугуна.

Как видно из данных таблицы, термо- стойкость кокилей из чугуна предлагаемого состава в 1,5-2,0 раза выше термостойкости кокилей, изготовленных из известного сплава, и в 2 раза выше эксплуатационная стойкость. . Формула изобретения

Чугун для изготовления кокилей, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, алюминий, магний, церий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения сопротивления термической усталости и эксплуатационной стойкости кокилей, он дополнительно содержит кальций, титан и цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод2,8-3,9

Кремний1,5-2,4

Марганец0,1-0,6

Хром0,05-0,1

Алюминий0,4-0,1

Магний0,01-0,03

Цезий0,02-0,07

Кальций0,01-0,04

Титан0,01-0,10

Цирконий0,01-0,05

ЖелезоОстальное