Лигатура
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву
{22) Заявлено 200378(21) 2594474/22-02 с присоединением заявки № (23) Приоритет
Союз Советских
Социалистических
Республик п»697588
Ж
/ (51)М. Кл.2
С 22 С 35/00
Государственный комитет
СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК б 69. 15-198(088 .8) Опубликовано 151 17 9, нзллетень ¹ 42
Дата опубликования описания 20,11.79 (72) Авторы В.Г. Горенко, И.Г. Раздобарин, В.Л. Конопацкий, ИЗОЯрЕтЕНЯЯ B . .И. Корниенко, В. Ф. Злобин, B . .E . Яковчук и В.П. Артеменко (71) ЗаяВИтЕЛИ Институт проблем литья AH Украинской CCP и Киевский завод им. Лепсе (5 4 ) ЛИГАТУРА
Изобретение относится к черной металлургии и литейному производству, в частности к производству лигатур для получения износостойкого чугуна для отливок гильз двигателей.
Известна лигатура для чугуна (1). следующего состава, вес.%:
Углерод О, 1-2,5
Кремний 10,0-20,0 1
Хром 15,0-20,0
Ванадий 20,0-45,0
Никель 15 0-35,0
Медь 0,1-10i О
Железо . Остальное.
1S
К основным недостаткам этой лигатуры относятся высокая температура плавления, средняя степень усвоения и сравнительно слабое влияние на .микроструктуру и свойства обрабатываемого чугуна. При изготовлении отливок типа гильз двигателей в металлических формах зта лигатура не предотвращает выпадение структурно-свободного цементита и не обеспечивает получение высоких антифрикционных свойств.
Целью изобретения является разработка состава лигатуры, обеспечивающего уменьшение температуры ее плавления и повышения степени усвоения, улучшения формы и уменьшения размеров графитовых включений, предотвращения выпадения структурно-свободного цементита и повьзцения физико-механических свойств металла, особенно антифрикционных.
Поставленная цель достигается тем, что предлагаемая лигатура допол нительно содержит марганец, сурьму, барий, стронций и редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов. вес.%:
Хром 8,0-20,0
Кремний . 18,5-22,5
Никель 6,5-15,0
Медь 5 0-12,5
Углерод 0,3-3 5
Марганец 0,5-10,5
Сурьма 2,0-10,0
Барий 0,05-1,5
Стронций 0,05-1,25
Редкоземельные металлы 0,05-1,5
Железо Остальное
Ввод в с ос тав лигатуры марганца способствует уменьшению температуры ее плавления и повькаению дисперсности перлита. При содержании марганца
697588
VII VIII IX
24,7
15 3 7,6
18,9 8,2 16,4 6,3
1,7 2,8
0,67 0,64
0,92
3,11
0,04
0,09
0,03
21,4
1.1, 4
8,5
9,4
5,0
0,30
10 26
2,0
1,25
0,31
0,05
14,7
22,5
6,5
7 1
0,98
8,31
5,87
0,05
0,57
1,5
Хром
Кремний
Никель
8,0 18,4
15,0
9,6
0 81
10 5
2,84
0,78
0,05
17,6
20, 0
14,3
12,8
11,4
2,5
21,2
17 4
9,3
7,8
12,5
1,42
5,04
8,14
33,2
15,3
6,8
3,2
Медь
0,8
0,4
0,42.Углерод ! марганец
0,5
1,0
10,3
0,31 .1, 28. 1,52
Сурьма
Барий
0,16
1,25
0,84
0,11
0,92
Стронций
РЗМ
0,26
0,,43
Ванадий 22, 6
Железо
Остальное меньше 0,5% он не оказывает влияния на микроструктуру и свойства чугунар а при повышении его содержания больше 10,5% заметного улучшения микроструктуры не наблюдается и интифрикционные свойства чугуна начинают уменьшаться.
Оптимальное содержание в лигату,ре сурьмы способствует перлитиэации металлической матрицы микрострукту- ры, образованию сложной карбидосурьмянистофосфористой эвтектики, приводящей к повышению антифрикционных свойств чугуна ° Ввод в состав чугуна меньше 2,0% сурьмы не оказывает заметного влияния на температуру ее плавления и усвоения, мало влияет. на улучшение микроструктуры и повышение свойств чугуна. При увеличении содержания сурьмы больше 10,0% значительно увеличивается количество эвтектики, чугун становится хрупким и снижаются его прочностные и антифрикционные свойства.
Барий, стронций и редкоземельные металлы (РЗМ) вводятся в состав лигатуры с целью повышения ее модифицирующего действия и подавления выпадения структурно-свободного цементита. Нижний предел по содержанию бария 0,05% определяется началом его модифицирующего действия. При содержании бария больше 1,5% его влияние на форму и размеры графитовых включений значительно уменьшаются, что практически приводит к малому изменению прочностных и антифрикционных свойств.
Содержание стронция меньше 0,05% не оказывает влияния на микроструктуру и свойства чугуна. Оптимальным содержанием стронция, обеспечивающим подавление выпадения структурно свободного цементита, улучшение микроструктуры и повышение свойств чугуна, является 0,05-1,25%. При большем содержании стронция его влияние на свойства чугуна практически не ощущается.
Ввод в состав лигатуры РЗМ, наряду с положительным их влиянием на стабилизацию перлита и подавлением образования структурно-свободного цемента, приводит к уменьшению размеров карбидосурьмянистофосфористой эвтектики, При содержании РЗМ в количествах меньших 0,05% влияния на микроструктуру и свойства чугуна не обнаруживается. При повышении содержания РЗМ больше 1,5% его действия на уменьшение размеров включений эвтиктики уменьшается и в результате наблюдается уменьшение прочностных и антифрикционных свойств.
Пример. Выплавку лигатур различного состава проводят в индукционной печи марки МГП-102. Хими25 ческий сос"ав, температура плавления и степень усвоения исследуемых лигатур различного состава приведены в табл. 1. Иэ данных табл. 1 видно, что лигатуры 1 и 11 соответствуют по
3Q „составу известной лигатуре. Лигатура ill содержит меньше, чем в предлагаемом составе, хрома, кремния, никеля, меди, бария и РЗМ,а лигатура
1X — больше хрома, никеля, суры4ю и РЗМ и меньше марганца. Лигатуры с обозначением 1V-Vill соответствуют по составу лигатуре предлагаемого состава с различным содержанием входяших в нее элементов.
Таблица 1
697588 Продолжение табл. 1
Эле сво
Температура плавления, С 1390 1385 1400
1360 1365 1340 1335 1340 1375
Степень усвоения чугуном при
1350 1380оС
Ъ 72-76 70-75 6874,5
79, 5- 8086 87,5
8085,5
6975
76,5- 7982 82,5
После расплавления чугун перегревают до температуры 1440 10 С, заЯ тем порциями по 100-120 кг выливают- в ковш, при переливе из которого в более мелкий ковш чугуна с температурой 1375-1,390 С проводят его обработку лигатурами различного состава. Для обработки чугуна используют 1,0; 2,0 и 3,0% лигатур.
Из данных табл. 1 видно, что лигатура предлагаемого состава имеет по сравнению с известняк более низкую температуру плавления и это обеспечивает повышение процента ее усвоения с 70-76%, до 76,5-87,5Ъ.
Для исследования влияния. лигатур всех составов на микроструктуру и свойства исходного чугуна в печи
ДСП-0,5 выплавляют чугун следующего химического состава, вес.Ъ:
3,27-3,32 углерода, 1,64-1,67 кремния, 0,82-0,86 марганца, 0,11-0,14 хрома, 0,06-0,08 никеля, 0,05-0,09 меди, 0,07-0,08 фосфора и 0,035-0,042 серы.
Влияние различных количеств лигатур составов l-1Х на величину отбела клиньев, микроструктуру и физикомеханические свойства чугуна приведено в табл. 2.. :Т а б л и ц а.2 теристикрострукЛиг туpB
Исход алый чугун
185
П-85, Г06
Гр7, ГФ5,Гд6
1,0
9,0
15,3
21,6
П-95 Г 06
Грб,Гф5,Гд5
8,0
187
1,06
0 5
l,0
6,0
190
4,5
8,0
195
1,5 н 0,5
П-95, Г06
Грб, Гф5, Гд5
190
198
l,,0
1,5
195
В 1,0
П-95, Г06
Гр6, Гф5, Гд5
195
1,5
197
2,0
П-95,Г04
Гр5, Гф4, Гд5
1,0 I,5
195
206
1,2
1,29
207
25,4
2,0
21 9
22,3
23;4
21,8
22,1
22,9
21,8
22,4
23,1
23,6
24,7
15,4
15 8
16,4
15,3
15,6
l6 1
15,4
15,8
16,5
16,3
10,9
18,1
1 09
1,17
1,05
1 07
l 10
1,06
1,08
1,12
1,14
1,25
6,5
5,0
8,0
6,3
4,6 5,0
3,3
697588
Продолжение табл
Характеристика микроструктуры
Величина отбеЛига- Растур- ход алые лига туры ел Физико-механические свойства лос- чугула ла по
Относитель- клину, ная иэносо- мм стойкость
c/MM2ïðåäåë те- Твердость кучести НВ, В,,кгс/мм кгe/ìì
2 й / 1,0 23,2
1,13.
192
16,1
5,2
П-95, Г04"
Гр4, Гф4, Гд5
1,5
16,4
17 8
16,2
24 3
25,0
23,5
197
1,23
4,5
1,4
2,0
200
1,26
195
1,15
1,28
1,34
1,0
П-95, Г04
ГрЗ, ГфЗ, Гд5
5,2
16,8
1,5
24,6
200
3,2
1,6
5,2
18,0
25,3
23,5
24,.7
25,6
23,7
25,1
26,2
23,4
24,2
205
2,0
Щ 1,0
16,4
195
1,16
П-95, Г04
Гр4, ГфЗ, Гд5
16,8
200
1,28
1,52,7
18,3
16,4
2,0
1,0
1,5
205
1,33
1,17
1,27
1,38
1,2
5,0
2,8
П-95, Г04
ГрЗ, ГфЗ, Гд5
Vlil
197
17,3
18,5
16,3
202
2,0
212
1,6
192
1,12
1,0
1,5
П-95, Г06
Гр4, Гф5, Гд5
6,3
16,5
17,1
197
1,19
1,25
5 1
4,2
202
2,0 25,3
Формула изобретения
Из дал алых т абл ° видно, что . оптимальный расход лигатуры лаходится в пределах 1, 5-2, ОЪ. При большем расходе заметного улучшения микроструктуры и повышения свойств чугуна не происходит.
Сравнение полученных данных показывает, что применение лигатуры предлагаемого состава позволяет по сравнению с известной лигатурой уменьшить величину отбела на клине с 8-4,5 до
5,2-2,6 мм, получить более мелкопластинчатый .графит, увеличить предел прочности при растяжении с 21,8-23,4 до 23,2-26,2 кгс/мм, увеличить предел условной текучести с 15,3-16,4 до 16,1-18,5 кгс/мм2, повысить твер дость с 184-195 до 192-212 кгс/му и относительную износостойкость с
1,06-1,12 до 1,13-1,38.
Согласно предварительному расчету экономическая эффективность от повышения процента усвоения лигату-. ры предлагаемого состава и повышения свойств, особенно антифрикционных, чугуна составит 1,38-2,16 руб. на 1 т годных отливок типа гильз двигателей ° )
Исследования показывают, что предложенная лигатура, в частности, может быть использована в виде механической смеси сплавов, содержащих в необходимом количестве все входящие в состав лигатуры элементы. На пример, механическая смесь сплавов может состоять из: ферросиликохрома
35 марок ФСХ18-ФСХЗО 27,5 - 42,5, . силикомарганца марок СМп 14-СМп-17-20,0-35,0 и одного или нескольких сплавов (22,5«42,5), содержащих в необходимых количествах никель, 4р медь, сурьму, барий, стронций, РЗМ и примеси.
Предварительный расчет показывает, что за счет уменьшения расхода легирующих элементов, повышения усвоения лигатуры и повышения физикомеханических свойств экономическая эффективность составит 3,62-4,18 руб на 1 т годных отливок.
Лигатура, содержащая хром, кремний, никель, медь, углерод и железо, отличающаяся тем„ что, с целью снижения температуры плавления, повышения степени. ее усвоения, предотвращения выпадения структурносвободного цементита и повышения физико-механических свойств чугуна, 60 она дополнительно содержит марганец, сурьму, барий, стронций и редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Хром 8-.20
65 Кремний 18, 5-22, 5
697588
Редактор С. Аыжова
Заказ 6544/8 Тираж 727 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
Никель
Медь
Углерод
Марганец
Сурьма
Барий
Стронций
6, 5-15 0
5 0-12,5
0,3-3,5
0,5-10,5
0,2-10,0
0,05-1,5
0,05-1,25
Редкоземельные металлы 0 05-1,5
Железо Остальное
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
9 417520, кл. С 22 С 35/00, 1974.
Составитель T. Платицина
Техред O. Андрейко Корректор М. Шарсши