Чугун

Чугун

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления металлических форм Цель изобретения - повьшение кавитационно-эрозионной стойкости в интервале . температур 293-1100 К. Новый чугун содержит компоненты в следующем соотношении , мас.%: С 3,0-3,6, Si 1,8- 2,6; Мп 0,7-1,5; Ti 0,15-0,4; Zr 0,12-0,4; Са 0,01-0,08; Nb 0,23-0,35; Sb 0,12-0,2; N 0,02-0,18;бориды иттрия 0,03-0,li бориды лантана 0,OF)- 0,15; Mo 0,12-0,51; Си 0,38-0,85; А1 0,03-0,12; Ва 0,12-0,32 и Fe ос-. тальное. Дополнительный ввод в состав чугуна Но, Си, А1 и Ба обеспечивает повышение кавитационно-эрозионной стойкости в 1,55-2,1 раза при температуре 293 К и в 1,96-2,7 раза при 1100 К. 2 табл. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (sg 4 С 22 С 37/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4185589/31-0? (22) 23.01.87 (46) 88. Бюл. Р- 25 (71) Всесоюзный заочный политехнический институт (72) Б.К.Святкин, M.È.Êàðïåíêo, Е.И.Марукович, Ю,Г.Серебряков и М.И.Дудорова (53) 669 ° 15-196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 730859, кл. С 22 С 3?/10, 1980.

Авторское свидетельство СССР

И 1214778, кл. С 22 С 37/00, 1986. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления металлических форм. Цель

„„SU„„1407988 А 1 изобретения - повьппение кавитационно-эрозионной стойкости в интервале температур 293-1100 К. Новый чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас.7: С 3,0-3,6; Si 1,82,6; Мп 0,7-1,5; Т 0,15-0,4; Zl

0,12-0,4; Са 0,01-0,08; Nb 0,23-0,35;

БЪ 0,12-0,2; И 0,02-0,18;бориды иттрия 0,03-0,1, бориды лантана О;Об0,15; Мо 0,12-0,5); Си 0,38-0,85;

А1 0,03-0,12; Ва 0,12-0,32 и Fe oc. тельное ° Дополнительный ввод в состав чугуна Мо, Cu, Al и Ва обеспечивает повышение кавитационно-эрозионной стойкости в 1,55-2,1 раза при температуре 293 К и в 1,96-2,7 раза при 1100 К. 2 табл.

1407988

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для изготовления металлических ферм.

Цель изобретения — пов»|шение кавитационно-эрозионной стойкости в интервале температур 293-1100 К, Выбор граничных пределов компонентов в "î òàâå предложенного чугуна 10 обусловлен следующ: м.

Долог нителт ное введение молибдена в количестве 0,12-0,51 мас,7. микролегирует металлическую основу, упрочняет ее, увеличивая сспротив- 15 ляемость эрозии и кавитации и :товышает корроэионную усталость, микротвердость и термическую стойкость, что обеспечивает существенное повышение кавитационно-эрозионной и эксплу- 20 атационной стойкости при температурах

293-1100 К. При концентрации молибдена до 0,1? мас. упрочнение металлической основы и увеличение сопротивляемости эрозии и кавитации недостаточны, а при концентрации более 0,51 мас.И увеличивается выделение боридон и нитридов по границам зерен, их коагуляция и снижение пластических свойств и сопротивляемости кавитации. 30

Дополнительное введение бария в количестве 0,12-0,32 мас,7 повышает стабильность структуры в широком интервале температур и компактность (фактор формы) углерода уменьшает содержание неметаллических включений и загрязненность границ зерен, увеличивает сопротивляемость чугуна напряжениям и знакопеременным динамическим нагрузкам, что обеспечивает 40 повышение кавитационной стойкости, ударной вязкости и эксплуатационной стойкости при повышенных температурах. При концентрации бария менее

0,12 мас.7, повьппения стабильности 45 структуры, кавитационной стойкости и эксплуатационных свойств чугуна не достигается, а при содержании его более 0,32 мас.% отмечается усиление графитизирующего влияния бария на

50 структуру металла, выделение крупных пластин углерода в литом металле и снижение кавитационно-эрозионных и обычных механических свойств как при обычных, так и при повышенных темпе55 ратурах,.

Дополнительное введение меди в количестве 0,38-0,85 мас. измельчает структуру, увеличивает прокаливаемость и твердость чугуна, оказывает влияние на природу упрочняющих фаз и их термическую стойкость, что способствует снижению износа и повышенноо кавитационно-эрозионной стойкости. Содержание меди принято от концентрации, при которой начинает ска зываться влияние на структуру отливок и кавитационную стойкость, а верхний предел меди (0,85 мас. ) обусловлен снижением предела выносливости стрелы прогиба и пластических свойств ввиду снижения растворимости ее в металлической основе при более высоких концентрациях и увеличения ликвации в отливках, что снижает сопротивляемость эрозии и кавитации.

Дополнительное введение алюминия в количестве 0,03-0,12 мас.7. способствует измельчению включений графита, повышению эксплуатационной стой-кости, трещиностойкости, износостойкости и кавитационно-эрозионной стойкости чугуна при повышенных температурах. Нижний предел концентрации алюминия принят от значения, с которого начинает сказываться его влияние на размеры и форму графита и сопротивляемость кавитации и эрозии. При концентрации алюминия более

0,12 мас., возрастает угар металла, увеличивается количество неметалли ческих включений по границам зерен, снижаются пластические и эксплуатационные свойства чугуна при нагреве и охлаждении, в условиях кавитации и эрозии.

Содержание углерода, марганца, кремния в чугуне выбрано с учетом практики производства термостойких отливок с повьппенной стабильностью стойкости и кавитации и эрозии, эксплуатационных и механических свойств.

При увеличении их концентрации вьппе верхних пределов стабильность прочности, предела выносливости и характеристики упруго-пластических свойств снижаются, а при снижении ниже нижних пределов недостаточны литейные свойства, прочность и эксплуатационная стойкость при высоких температурах в условиях кавитации и эрозии.

Титан (0,15-0,4 мас. ), ниобий (0,23-0,35 мас.7), цирконий (0,12

0,4 мас. ) и азот (0,02-0,19 мас. ) упрочняют и микролегируют матрицу, повышают ее термостойкость и кавита1407988

Бориды иттрия в количестве 0,030,1 мас.% упрочняют металлическую основу и повышают ее микротвердость и прочность, увеличивают износостойкость чугуна в отливках, термическую и фрикционную теплостойкость при повышенных температурах, что обеспечи= 45 вает существенное повышение кавитационно-эрозионной стойкости при термическом и фрикционном разогреве до

1100 К. При содержании боридов итт- рия до 0,03 мас.% увеличение микротвердости и эксплуатационной стой50 кости при фрикционном разогреве незначительное, а при концентраци боридов иттрия более 0,1 мас ° увеличивается количество включений, расположенных по границам литьгс зерен, снижается динамическая прочность чугуна, кавитационно-эрозионная стойкость °

40 ционно-эрозионную стойкость при температурах до 1100 К. При снижении их содержания ниже нижних пределов сопротивляемость эрозии и кавитации

5 низкая, а при увеличении выше верхних пределов повышается хрупкость и снижается сопротивляемость кавитации.

Введение сурьмы измельчает графит, снижает коэффициент термическоI o расширения и повышает сопротивляемость эрозии и термомеханическим воздействиям, что обеспечивает повышение эксплуатационной стойкости чугуна при нагреве., При концентрации сурьмы до 0,12 мас. сопротивляемость эрозии и термомеханическим воздействиям и эксплуатационная стойкость чугуна недостаточны, а при концентрации сурьмы более 0,2 мас„7, снижается .термическая стойкость и сопротивляемость чугуна ударам, знакопеременным нагрузкам, кавитации и эрозии.

Введение кальция в количестве 25

0,01-0,08 мас. раскисляет и модифицирует расплав, очищает границы зерен, повышает эксплуатационную стойкость в условиях теплосмен, кавитации и эрозии. Верхний предел ограничен недостаточной растворимостью каль" ция в чугуне, а при концентрации кальция менее 0,01 мас.% модифицирующий эффект недостаточен, что приводит к снижению эксплуатационной стойкости кокилей, сопротивляемости кавита35 ции и эрозии.

Бориды лантана в количестве 0,060,15 мас.l микролегируют металлическую основу, увеличивают ее стабильность до более высоких температур и повышают стабильность предела выносливости, что обеспечивает снижение износа при кавитации и фрикционном разогреве до 1100 К, Нижний предел концентрации боридов лантана принят от значений (0,06 мас ° 7), когда за.1етно повышается микротвердость . матрицы и стабильность предела выносливости при нагреве до 1100 К, а верхний предел концентрации боридов лантана (0,15 мас,7.) обусловлен снижением сопротивляемости эрозии и фрикционной теплостойкости при температурах до 1100 К при более высоких концентрациях боридов лантана.

Пример. Опытные плавки проводят в дуговой электропечи емкостью

1,5 т с кислой футеровкой. Ферромолибден вводят вместе с шихтой. Микролегирование медью производят в печи за 3-6 мин до выпуска в ковш.

Перегрев чугуна составляет 17001750 К, Бориды иттрия, лантана, алюминий, сурьму, церий и модификаторы вводят в ковш. Разливку металла производят н сухие жидкостекольные формы при температуре 1650-1680 К.

В табл.! приведены химические составы чугунов опытных плавок.

В табл.2 приведены результаты механических и эксплуатационных испъ таний чугунов, полученные на заготовках и пробах в литом состоянии.

Усвоение молибдена составляет

96-997, меди 81-84%, алюминия 7375 и бария 73-777.

Установлено, что предложенный чугун может быть использован для изготовления металлических форм и деталей технологической оснастки, работающей в условиях эрозии и кавитации.

Как видно из табл,2, предложенный чугун обладает более высокой кавитационно-эрозионной стойкостью в усповиях периодических нагревов и охлаждений в 1,55-2,1 раза при 293 К и в ),96-2,76 р; за при 1100 К.

Формулаизобретения

Чугун,сод ръаший углерод, кремний, марганец, титан, цирконий, каль

1407988

3,0-3,6

1,8-2,6

0,7-1,5

Углерод

Кремний

Марганец

Таблица 1

3,0

3,4

3,6

2,8

3,7 глерод

1,8

1,9

2,3

Кремний

2,6

1,7

2,7

Марганец

0,7

0,7

1,5

l 8

0,5

0,4

Титан

Цирконий

0,15

0,3

0,4

0,1

0 5

0,4

0,12

0,3

0,4

0,1

0,5

0,01

0,1

0,05

0,08

Кальций

О, 007

0,1

0,23

0,29

0,2

0,35

Ниобий

0,15

0,4

0,1

0,12

0 15

0,08

0,2

Сурьма

Азот

0,22

0,02

0,1

0,12

0,13

0,01

0,2

Бориды лантана

0,06

0,05

0,08

0,15

0,02

0,18

Бориды иттрия

0,08

0,03

0,06

0,1

0,02

0,12

Молибден

Медь

0,12

0,37

0,51

0,06

0,61

0,85

0,38

0,63

0,3

0,94

Алюминий

0,03

0,07

0,12

0,02

0,15

0,26

0,12

Барий

0,32

0,08

0,35

Железо

ОстальОстальОсталь- Осталь- ОстальОстальное ное ное ное ное ное ний, ниобий, сурьму, азот, бориды иттрия, бориды лантана и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения канитационно-эрозионной стойкости в интервале температур 293-1100 К, он дополнительно содержит молибден, медь, алюминий и барий при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Титан

Цирконий

Кальций

Ниобий

Сурьма

Азот

Бориды иттрия

Бориды лантана

Молибден

Медь

Алюминий

Барий

Железо

0,15-0,4

0,12-0,4

0,01-0,08

0,23-0,35

0,12-0,2

0,02-0,18

0,03 0,1

0,06-0,15

0,12 0)51

0,38-0,85

0 ° 03-0,12

0 12-0,32

Остальное

1407988

Т а б л и ц а 2

Предел прочности при растяжении, МПа 560

830

815

760

Предел выносливости при знакопеременных нагрузках, МПа, при

293 К

567

585

521

390

Термическая стойкость, цикл

3830 3980

3420

2100

Линейный износ мг/(см гс) ъ

0 5

0,8

1,3

5,1

Кавитационноэрозионная стойкость, ч при температуре, К:

293

210

264

285

135

172

800

155

190

148

900

130

165

120

1100

144

102

Стойкость кокилей, заливок

700

1780

2106 2360

Со ст а в ит ел ь Н, Ко с торной

Редактор Г. Волков а Техред М. Ходанич

Корректор А,Обручар

Заказ 3276/29 Тираж 594 о

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4