Чугун для металлических форм Советский патент 1992 года по МПК C22C37/10 

(Л

С

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве металлоформ. Чугун содержит, мас.%: углерод 2,7-3,1; кремний 2,6-3,2; марганец 0,2-0,7; никель 1,4-2,2; ванадий 0,02-0,2; молибден 1,1-2,7; хром 0,03-0,3; бор 0,003- 0,015; медь 0,32-0,85; магний 0,03-0,07; церий 0,02-0,05; цирконий 0,18-0,75; кальций 0,002-0,027; барий 0,002-0,005; железо остальное. Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна циркония, бора и бария позволяет повысить оь в 1,36-1,4 раза, термостойкость в 2,4-2,7 раза, д в 3,4-3,6 раза, ап в 2,1-2,3 раза.

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам высокопрочных чугу- нов, используемых для изготовления деталей технологической оснастки, работающей в условиях теплосмен: пресс-форм, кокилей и др.

Известен высокопрочный чугун, содержащий, мас.%: углерод 3,0-4,5; кремний 1,5-3,0; марганец 1,0-1,5; магний 0,02-0,08; медь или олово и/или сурьма 0,03-0,08; железо остальное.

Известный чугун обладает недостаточной термической стойкостью и низкой тре- щиностойкостью. Стойкость кокилей из такого чугуна при литье медных сплавов при нагреве до 850°С не превышает 8-12 ч.

Известен высокопрочный чугун следующего химического состава, мас.%: углерод 3,5-3,7; кремний 2,3-2,5; марганец 0,2-0,3; фосфор до 0,025; сера до 0,015; магний 0,04- 0,06; сурьма 0,004-0,006; железо остальное.

Микроструктура отливок из этого чугуна имеет недостаточные однородность и стабильность, что снижает пластические свойства. В отливках отмечается большое содержание неметаллических включений. Чугун имеет низкие упруго-пластические свойства, стойкость к тепловым ударам и эксплуатационную стойкость в условиях теплосмен при нагреве до 600-850°С.

Наиболее близким к изобретению является высокопрочный чугун, содержащий, мас.%: углерод 3,3-3,8; кремний 1,3-2,5; марганец 0,5-1,0; никель 0,6-1,2; хром 0,1- 0,3; медь 0,3-1,2; кальций 0,01-0,08; магний 0,01-0,035; редкоземельные металлы 0,01- 0,1; алюминий 0,05-0,4; молибден 0,1-0,3; ванадий 0,08-0,5; олово 0,04-0,12; железо остальное.

В качестве примесей чугун может содержать фосфор до .0,18 мас.% и серу до 0,03 мас.%.

xj ю ь

«ч

Ј

о

Данный высокопрочный чугун в литых изделиях обеспечивает следующие механические свойства после отпуска и стабилизации структуры при 580-600°С в течение б ч.: Временное сопротивление при растяжении, МПа490-590

Твердость, НВ248-269

Сопротивление задиру, МПа 18,3-21,6 Относительное удлинение, % 1,7-2,3 Износостойкость при 600°С, мг/м2 гс245-315

Трещиностойкость (эталон ВЧ-40), %82-89

Теплопрочность, °С480-600

Сопротивляемость тепловым ударам при нагреве до 850°С, циклы800-1280

Загрязненность неметаллическими включениями, х 103 %5,2-9,0

Ударная вязкость, кДж/м2 50-200 Недостатком чугуна является низкая сопротивляемость тепловым ударам в условиях термоциклирования при нагреве до 600-850°С, недостаточная износостойкость. При повышении содержания меди в чугуне усиливается ликвация, снижаются фактор формы графита и теплопрочность.

Цель изобретения - повышение механических свойств и термостойкости чугуна, а также улучшение стойкости металлических форм.

Поставленная цель достигается тем, что высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, алюминий, никель, хром, молибден, ванадий, РЗМ, медь, кальций, магний и железо, дополнительно содержит цирконий, бор и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2,7-3,1; кремний 2,6-3,2; марганец 0,2-0,7; никель 1,4-2,2; цирконий 0,18-0,75; молибден 1,1-2,7; ванадий 0,02- 0,2; алюминий 0,02-0,08; магний 0,03-0,07; медь 0,32-0,85; хром 0,03-0,3; бор 0,003- 0,015; церий 0,02-0,05; кальций 0,002- 0,027; барий 0,002-0,005; железо остальное. Легирование чугуна бором и цирконием и модифицирование барием значительно повышает сопротивляемость тепловым ударам и эксплуатационные свойства в условиях теплосмен.

Дополнительное введение циркония обусловлено тем, что он обладает эффектом измельчения и инвертирования структуры, оказывает микролегирующее воздействие, повышает стабильность структуры в условиях тепловых ударов и ее термическую и экс- плуатационную стойкость, что обеспечивает существенное повышение сопротивляемости высокопрочного чугуна

термическим ударам. При повышении концентрации циркония (более 0,75 мас.%)увеличивается количество дефектов кристаллической решетки металлической

основы, неметаллических включений по границам зерен, ухудшается фактор формы гра- фитных включений, повышаются термические напряжения, что снижает технологическую пластичность, трещиностой0 кость и сопротивляемость термическим ударам. Нижний предел концентрации циркония (0,18 мас.%) обусловлен его недостаточным микролегирующим влиянием на структуру и низкими эксплуатационными

5 свойствами чугуна в условиях термических ударов.

Дополнительное введение бора обусловлено его модифицирующим воздействием, улучшением морфологии структуры,

0 повышением упругопластических свойств, термической стойкости, что способствует увеличению сопротивляемости чугуна тепловым ударам. При концентрации бора до 0,003 мас.% модифицирующий эффект и по5 вышение сопротивляемости тепловым, ударам недостаточны, а при концентрации его более 0,015 мас.% увеличивается количество неметаллических включений по границам зерен, снижаются упругопластические

0 свойства, сопротивляемость термическим ударам и эксплуатационная стойкость.

Барий повышает стабильность структуры, способствует упрочнению матрицы, очи5 щает границы зерен, снижает загрязненность чугуна неметаллическими включениями, служит поверхностно-активной добавкой, повышает термическую стойкость, эксплуатационную и пластические

0 свойства. При концентрации до 0,002 мас.% модифицирующий эффект недостаточен, а при повышении содержания (более 0,005 мас.%)увеличивается содержание неметаллических включений и неоднородность

5 структуры, снижаются технологическая пластичность, динамическая прочность, термическая стойкость и эксплуатационные свойства.

Граничные параметры содержания уг0 лерода (2,7-3,1 мас.%) и кремния (2,6-3,2 мае. %) определены исходя из практики производства высокопрочных чугунов с повышеннымипластическимииэксплуатационными свойствами, износо5 стойкостью и термической стойкостью. При концентрации углерода более 3,1 мас.% и кремния более 3,2 мас.% снижаются предел выносливости, термическая стойкость, ударная вязкость и другие механические и эксплуатационные свойства чугуна, а при концентрации углерода до2,7 мас.% и кремния до 2,6 мас.% возрастают термические напряжения, снижаются трещиноустрйчи- вость, термическая стойкость, ударная вязкость и другие пластические свойства в отливках, что снижает эксплуатационную стойкость чугуна в условиях теплосмен при нагреве до 850°С.

Ванадий вводят как эффективный микролегирующий и упрочняющий компонент, усиливающий эффект измельчения матрицы и графитных включений, обеспечивающий однородность структуры и повышение термической и эксплуатационной стойкости и упруго-пластических свойств и их стабильности. Верхний предел концентрации вана- дня (0,2 мае .%) обусловлен усилением отбела, снижением технологической пластичности чугуна и увеличением склонности к трещинам при более высоком его содержании, что снижает эксплуатационные и уп- руго-пластические свойства. При уменьшении концентрации ванадия (менее 0,02 мас.%) укрупняется структура и снижается динамическая прочность, предел текучести, термическая и эксплуатационная стойкость.

Содержание легирующих добавок, в количестве, мас.%: марганец 0,2-0,7; медь 0,32-0,85; молибден 1.1-.7; никель 1,4-2,2; хром 0,03-0,2 обусловлено существенным повышением термической стойкости, технологической пластичности и прочности и ограничено пределами, ниже которых теплопрочность, технологическая пластич- ность и прочностные свойства недостаточные, а выше которых увеличиваются термические напряжения и снижаются пластические свойства, термическая стойкость, предел выносливости при изгибе, ударная вязкость и эксплуатационные свойства.

Введение церия в количестве 0,02-0,05 мас.%, алюминия 0,02-0,08 мас.%. кальция 0,002-0,027 мас.% и магния 0,03-0,07 мас.% обусловлено их высокой модифици- рующей эффективностью и поверхностной активностью, которые в этих количествах обеспечивают очистку границ зерен, повышение пластических свойств, трещино- устойчивости, стойкости в условиях теплосмен и технологической пластичности. Их содержание обусловлено пределами, обеспечивающими получение дисперсной и однородной структуры в отливках, шаровидного графита в чугуне и не- обходимых эксплуатационных и механических свойств, а также стабильной перлитной структуры после термической обработки и в процессе эксплуатации. При увеличении их концентрации снижаются

эксплуатационные свойства и увеличивается их угар.

Олово в отливках увеличивает отбел, нестабильность структуры и снижает фактор формы графита, термическую стойкость, эксплуатационную стойкость, технологическую пластичность и упруго-пластические свойства, поэтому оно исключено из состава предлагаемого высокопрочного чугуна.

Опытные плавки чугунов проводят в индукционных печах с использованием в каче-. стве шихтовых материалов литейных чугунов, полуфабрикатного и марганцовистого никеля, чугунного и стального лома, ферробора, феррованадия, ферромолибдена, ферроциркония, силикокальция и других ферросплавов. Микролегирование чугуна феррованадием, ферроцирконием, силико- марганцем проводят в электропечи в конце плавки при 1500-1520°С, а модифицирование ферроцерием, ферробором, сплавами бария и магния - непосредственно в раздаточных литейных ковшах. Для определения отбела заливают ступенчатые и клиновые технологические пробы. Ударную вязкость определяют на образцах Юн 10х 55 мм с полукруглым надрезом. Заливку производят при 1420-1450°С.

Содержание компонентов в высокопрочном чугуне определяют методами спек- трального и дифференцированного химического анализа. Эксплуатационную стойкость определяют при литье бронзы Бр.05С17 в чугунные металлические формы с нагревом до 850°С.

Механические свойства и термическую стойкость определяют на стандартных образцах, а сопротивляемость термическим ударам на образцах, вырезанных из отливок, после изотермической выдержки при 380-420°С.

Термическая стойкость, механические свойства и сопротивляемость термическим ударам у предлагаемого чугуна выше, чем у известного высокопрочного чугуна.

Хорошее сочетание свойств предлагаемого высокопрочного чугуна обеспечивает повышение эксплуатационной стойкости кокилей и пресс-форм, работающих в условиях теплосмен при литье медных сплавов.

Формула изобретения

Чугун для металлических форм, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, кальций, магний, церий, алюминий, молибден, ванадий, медь и железо, от л и ч а н щ и и с я тем, что, с...целью повышения механических свойств и термостойкости чугуна, а также улучшения стойкости металлических форм, он .дополнительно, содержит цирконий, бор и барий при следующем со717247168

отношении компонентов, мас.%: углерод0,05; алюминий 0,02-0,08; молибден 1,12,7-3,1; кремний 2,6-3.2; марганец 0,2-0,7;2,7; ванадий 0,02-0,2; медь 0,32-0.85; цирникель 1,4-2,2; хром 0,03-0,3; кальцийконий 0,18-0,75; бор 0,003-0,015; барий

0,002-0,027; магний 0,03-0,07; церий 0,02-0,002-0,005; железо остальное.