Чугун
Иллюстрации
Реферат
Изобретение относится к черйой металлургии, в частности к чугунам. используемым для отливки изложниц, работающих в условиях знакопеременных термических напряжений. Целью изобретения является повышение термостойкости и снижение модуля упругости . Предложенный чугун содержит, мас.%: углерод 3,8-4,3; кремний 0,6- 1,2; марганец 0,3г1,0; фосфор 0,1- 0,3; титан 0,01-0,15; ванадий 0,01- 0,1; барий 0,001-0,01; железо - остальное . При использовании предложенного чугуна возрастает сопротивление термическому удару и образованию сетки разгара соответственно в среднем на 46 и 13%, модуль упругости снижается на 14%, ударная вязкость сохраняется на том же уровне . 1 табл. I (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4100806/23-02 (22) 22.07.86 (46) 07.04.88. Бюл. У 13 (71) Уральский научно-исследовательский институт черных металлов (72) Г. Г. Михайлова, Т. С. Ветрова, E. В. Зеленцова, Н. А. Бухвалова, В. С. Радя, А. К. Шефер, К. О. Омашев и А. Н. Блинов (53) 669.15-196(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
В 735652, кл. С 22 С 37/10, 1978.
Авторское свидетельство СССР
У 1129263,.кл. С 22 С 37/00, 1982. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к черной металлургии, в частности к чугунам, „„SU„„ I 386672 А 1 используемым для отливки изложниц, работающих в условиях энакопеременных термических напряжений. Целью изобретения является повышение термостойкости и снижение модуля упругости. Предложенный чугун содержит, мас.X: углерод 3,8-4,3; кремний 0,61,2; марганец 0,3-.1,0; фосфор 0,10,3; титан 0,01-0,15; ванадий 0,01О,1; барий 0,001-0,01; железо - остальное. При использовании предложенного чугуна возрастает сопротивление термическому удару и образованию сетки разгара соответственно в среднем на 46 и 13Х модуль упругости снижается на 14Х ударная вязкость сохраняется на том же уров<О не. 1 табл.
Увеличение содержания кремния сверх указанного предела приводит к выделению крупного первичного гра" фита, а также к повышению неравномерности распределения кремния в металлической основе вследствие его ликвации, которая может усиливаться при термоциклировании в процессе эксплуатации изложниц. В результате наблюдается снижение термостойкости чугуна.
При содержании марганца ниже
0,3 мас.% в расплаве остается несвязанным значительное количество серы, которая препятствует графитизации в период кристаллизации, При повышении содержания марганца в чугуне более 1 мас.% проявляется его карбидостабилизирующее действие, увеличивается количество цементита, образующегося при эвтектическом и эвтектоидном превращении. Это приводит к повышению модуля упругости чугуна и отрицательно сказывается на его трещиноустойчивости.
1 13866
Изобретение относится к черной ! металлургиир в частности к чугунам, используемым для отливки изложниц, работающих в условиях знакоперемен5
Ных термических напряжений, Цель изобретения - повышение терМостойкости и снижение модуля упру ости чугуна.
Чугун содержит углерод, нремний, р арганец, титан, Фосфор, ванадий, арий и железо при следующем соотн ошении компонентов, мас,%:
Углерод, 3,8-4р3
Кремний 0,6-!,2 15
Марганец 0,3-1,0
Титан 0,01-0, 15 . ! Фосфор О, 1-0,3
Барий 0 001-0,01
Ванадий 0 01-0,10 20
Железо Остальное
При легировании чугуна ванадием в нем формируются комплексные карбонитриды ванадия и титана, что обеспечивает выведение азота из распла- 25 ,ва (деазотацию) и, как следствие, уменьшение переохлаждения при кристаллиэации.
Модифицирование барием также уменьшает переохлаждение расплава, 30 при этом углерод, пересыщающий расплав на заключительной стадии крис"
:. таллизации, выделяется в этом слу"
: чае в виде цемента, а в виде пласти нокк графита, что увеличивает равно мерностьь распределения графита в, чугуне. Отмеченное явление наблюда", ется только при модифицировании барием и в отличие от известного чугуна не наблюдается в присутствии 40 кальция.
Таким образом, за счет влияния бария и деаэотизации расплава на кинетику кристаллизации чугуна структура отливок формируется в условиях меньшего переохлаждения. Превращение в эвтектоидном интервале в предлагаемом чугуне также происходит при меньшем переохлаждении.
В результате в структуре чугуна массивных отливок включения графита
50 приобретают благоприятную форму, а их распределение становится более равномерным, уменьшается структурная обособленность эвтектических колебаний. В составе матрицы появляется 15-20Х феррита. Размеры включений фосфидной эвтектики - основной охрупчивающей составляющей - эначительное уменьшение главным образом благодаря тому, что они не содержат массивных пластин цементита. Указанные структурные особенности способствуют повьппению термостойкости и снижению модуля упругости чугуна.
Содержание углерода в чугуне менее 3,8 мас.Х приводит к увеличению доли первичного аустенита, к появлению более мелкого графита с междендритным расположением, к уменьшению количества графита в структуре. В результате повьппается модуль упругости чугуна, снижается сопротивление термическому удару.
Увеличение в составе чугуна содержания углерода сверх указанного предела снижает прочность, ударную вязкость и стойкость чугуна против образования сетки разгара в результате его загрязнения шлакографитовой спелью и наличия в структуре крупных включений игольчатого графита, распределенного неравномерно.
Снижение содержания кремния в чугуне менее 0,6 мас.% неблагоприят но отражается на его пластических свойствах, а при повьппенных содержаниях марганца (до 1,0 мас.%) и фосфора (до 0,3 мас.%) приводит к резкому падению трещиноустойчивости чугуна.
1386672
При содержании фосфора менее
0,1 мас.% понижается температура эвтектоидного превращения, что может привести, как показали исследования, к перлитизации матрицы и снижению сопротивления термическому удару, При повышенном содержании фосфора (более 0,3 мас.7) в структуре чугуна наблюдается большое количество включений фосфидной эвтектики, образующих сплошную сетку по границам эвтектических зерен, при этом специальные добавки не могут нейтрализовать вредное влияние фосфора. 15
При низком содержании ванадия и титана (менее 0,01 мас.7) влияние их на структуру чугуна не проявляется.
Содержание в чугуне ванадия более 0,1 мас.7 заметно увеличивает его 20 твердость и снижает трещиноустойчивость, что объясняется возрастанием доли связанного в карбиды углерода.
Повышенное содержание титана (более
0,15 мас.%) отрицательно сказывает- 25 ся на форме и распределении графита: происходит его иэмельчение, увеличивается тенденция к междендритному расположению, что снижает трещиноустойчивость. 30
При введении в чугун бария ниже указанного предела не замечено его модифицирующего влияния. Введение в чугун бария сверх 0,01 мас.% экономически нецелесообразно, Пример. Чугуны различных сос" тавов выплавляют в высокочастотной индукционной печи. В качестве .шихты используют передельный доменный чугун следующего состава, мас.%:
С 4,25; Si 0,81; Мп 0,50; P 0,13 и рафинированный чугун следующего состава, мас.%: С 3,8-4,2; Si — следы; Мп 0,10, P 0,04. Подшихтовку производят ферромарганцем, ферроти таном.
Ванадий вводят в шихту в виде предельного ванадиевого чугуна с содержанием ванадия 0,4 мас.7, что при количестве чугуна в металлоза" валке 2,5-20 мас.7 и коэффициенте усвоения ванадия 98-99% обеспечивает содержание в чугуне 0,01-0,08 мас.% ванадия. Дополнительно производится. подшихтовка феррованадием содержащим 35 мас.% ванадия. Коэффициент усвоения ванадия 927., количество вводимого феррованадия 0,067. от металлозавалки, что позволяет получить содержание ванадия в чугуне до
0,1 мас.X
Барий вводят в ковш в виде ферро" силиция с барием, содержащим 15 мас.7. бария. Коэффициент усвоения бария составляет в среднем 177., количество вводимого ферросплава 0,04-0,47. от массы жидкого чугуна, что обеспечивает содержание бария в пределах
0,001-0,01 мас.X.
Чугун перегревают до 1420 С, мо" дифицируют в ковше размельченной лигатурой, заливают при 1320 С в сухую песчано-глинистую форму для получения 100-килограммовой отливки (9 250 мм, h = 290 мм). Иэ полученных отливок вырезают темплеты для исследования микроструктуры и определения химического состава, а также образцы для определения физико-механических и специальных свойств.
Химический состав исследованных сплавов и результаты испытаний при-. ведены в таблице.
Ударную вязкость определяют по стандартной методике, модуль упругости " методом резонансных частот.
Для определения термостойкости против образования трещин I рода (сопротивления термическому удару) образцы специальной формы подвергают термоциклированию по следующему режиму: нагрев в печи до 630 С, выдержка 15 мин, охлаждение в воде.
Термостойкость оценивают по количеству циклов до появления первой трещины от кромки отверстия до торца обода. Термостойкость против обра" зования трещин III рода (сетки разгара) определяют на цилиндрических образцах диаметром 20 мм и высотой
20 мм. Образцы нагревают в печи до
700 С, выдерживают 15 мин, охлаждают в воде. Термоциклирование повторяют до появления на образцах хорошо видимой сетки трещин.
Чугун предлагаемого химического состава имеет в структуре мелкое эвтектическое зерно, достаточно равномерно распределенный прямолинейный графит (180-360 мкм), компактные мелкие равномерно распределенные включения фосфидной эвтектики без пластин цементита. На границах эвтектических колоний наблюдаются выделения графита.
1386672 зо, о т,л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения термостойкости и снижения модуля упругости, он
5 дополнительно содержит ванадий и барий при следующем соотношении компонентов, мас.7:
Углерод 3,8 " 4,3
Кремний 0,6 - 1,2
Марганец 0,3 - 1,0
Фосфор 0,1 - 0,3
Титан 0,01 - 0 15
Ванадий 0i01 - 0,1
Барий 0,001 - 0,01
Железо Остальное
Предпв» . г веют
3 7 0 5 0 g 0 05 0 005 0 005 0 0005
2,0
2,6
3,8 0,6 0,3 0,1 0,01 0,01 0,001
4@0 Оэ9 Оеб Ов2 Ов08 Ое05 Ое005
3,0
4,3 1,2 1,0 0,3 0,15 0 Dl
2,8
4в4 1 ° 3 1 ° l Оэ4 0 ° 17 0el2 Ов012
1,9
И9Вест» вмй
4 1 1 0 0,9 0,3 . 0,08 . 0,007 13
2,0
108 . 9 2
Fe - оствпваое.
Составитель Н. Шепитько
Редактор В. Петраш Техред М.Ходанич Корректор А, Тяско
Заказ 1471/31 . . Тираж 594 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
Предлагаемый чугун по сравнению с известным обладает повышенными свойствами.
Как следует из приведенных в таблице данных, термостойкость I u III рода - сопротивление термическому удару и образованию сетки разгаравозрастает соответственно в среднем на 46 и 13%, модуль упругости снижается на 147, ударная вязкость сох! раняется на том же уровне.
Формула изобретения
Чугун, содержащий углерод, крем; ний, марганец, титан, фосфор и желе102 9 0
115 8,2
128 7,6
123 7,9
95 8,8