Патент на изобретение №2149914
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ЧУГУН
(57) Реферат: Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составам чугуна, предназначенного для изготовления отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и ковкого чугуна на ферритной основе и других видов отливок. Предложен чугун при следующем содержании компонентов, мас.%: углерод 3,5-4,5; кремний 0,51-1,0; марганец 0,01-0,1; фосфор 0,010-0,060; сера 0,005-0,015; титан 0,01-0,025; хром 0,005-0,010; медь 0,001-0,020; ванадий 0,01-0,03; свинец 0,005-0,01; кобальт 0,001-0,003; селен 0,0005-0,001; цинк 0,0005-0,001; висмут 0,0005-0,001; железо остальное. Техническим результатом изобретения является получение кремнистого низкосернистого чугуна с благоприятной формой графитовых включений. Включения графита в предложенном чугуне более мелкие и изолированные друг от друга. Структура по сечению отливки более однородная. Количество сульфидных включений понижено. 2 з.п. ф-лы, 1 табл. Изобретение относится к металлургии, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, предназначенным для изготовления отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и ковких чугунов на ферритной основе и других видов отливок, представляет собой высококачественный чугун с пониженным содержанием вредных примесей. Из уровня техники известен чугун, содержащий компоненты в следующем соотношении (в мас.%): Углерод – 3,0 – 4,3 Кремний – 0 – 2,5 Марганец – 0 – 0,3 Сера – 0 – 0,05 Фосфор – 0 – 0,1 Хром – 0 – 0,08 Титан – 0 – 0,1 Ванадий – 0 – 0,1 Свинец – 0 – 0,005 Медь – 0 – 0,2 Железо – Остальное (см. DT 1483304, A, 22.10.70, C 22 C 37/04 – прототип). Повышение качества производимой продукции и удовлетворение все возрастающего спроса на стали высокой чистоты находится в центре внимания металлургических компаний. С этой целью основные усилия направляются на снижение содержания нежелательных элементов на всех стадиях производства, начиная с выплавки чугуна, путем улучшения технологии, применяемой на действующих агрегатах и установках, и разработки новых технологий. Содержание кремния в чугуне оказывает большое влияние на себестоимость и эффективность в сталеплавильном переделе, поэтому важной задачей считают поддержание кремния в чугуне в оптимальных пределах соответственно характеристикам конвертеров и маркам выполняемых сталей. В последние годы придают значение не только снижению абсолютного содержания кремния, но и уменьшению разброса содержания. Это важно и с позиции себестоимости, и для синхронизации процессов в доменном, сталеплавильном и прокатном производствах. При производстве чугунных отливок качество исходного чугуна имеет определяющее значение для обеспечения требуемых физико-механических свойств отливок. Особенно сказываются наследственные свойства чугуна при получении отливок, так как крупные графитовые включения не успевают полностью раствориться и понимают механические свойства изделий. Содержащиеся в чугуне, кроме Fe и C, примеси Si, S, Mn, P существенно влияют на структуру и свойства чугуна. Особенно сказывается влияние этих элементов на форму и размеры графитовых выделений, которые в значительной мере определяют свойства отливок. Технической задачей является получение кремнистого и низкосернистого чугуна более благоприятной формы графитовых включений (более мелкие и изолированные), а также получение однородной структуры по сечению отливки и уменьшение количества сульфидных включений. Технический результат достигается тем, что в чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, железо, титан, хром, медь, ванадий, свинец дополнительно вводят кобальт, селен, цинк и висмут при следующем содержании компонентов, мас.%: Углерод – 3,5 – 4,5 Кремний – 0,51 – 1,0 Марганец – 0,01 – 0,1 Фосфор – 0,010 – 0,060 Сера – 0,005 – 0,015 Титан – 0,01 – 0,025 Хром – 0,005 – 0,010 Медь – 0,005 – 0,020 Ванадий – 0,01 – 0,03 Свинец – 0,005 – 0,01 Кобальт – 0,001 – 0,003 Селен – 0,0005 – 0,001 Цинк – 0,0005 – 0,001 Висмут – 0,0005 – 0,001 Железо – Остальное Он дополнительно содержит алюминий, никель, сурьму, бор, теллур, мышьяк, свинец, олово, молибден в сумме, не превышающей 0,024 мас.%. Чугун содержит алюминий, никель, сурьму, бор, теллур, мышьяк, олово, молибден при следующем содержании компонентов, мас.%: Алюминий – 0,001 – 0,006 Никель – 0,001 – 0,005 Сурьма – 0,001 – 0,003 Бор – 0,001 – 0,004 Теллур – 0,0005 – 0,002 Мышьяк – 0,001 – 0,002 Олово – 0,0005 – 0,001 Молибден – 0,0005 – 0,001 Благоприятная форма выделений чугуна, в котором основное количество графита находится в связанном состоянии, а углерод в виде графита выделяется в форме мелких включений, оказывает положительное влияние доменного чугуна на качество отливок в литейном производстве. Для изучения структуры и свойств предлагаемого материала выплавили чугуны, содержащие компоненты на различных уровнях, а также для сравнительных испытаний известный сплав с содержанием компонентов на среднем уровне. Изобретение иллюстрируется примерами конкретного применения (см таблицу 1). Содержание выбранных компонентов установлено экспериментально. Нижний предел по содержанию углерода (3,5%), кремния (0,51%), марганца (0,01%) гарантирует получение ферритной металлической основы. Повышение содержания углерода (более 4,5%) и кремния (1,0%) ухудшает пластические свойства материала. Это связано с повышением хрупкости легированного кремнием феррита, а также уменьшением живого сечения металла в связи с увеличением количества графита в структуре. Увеличение марганца более 0,1% приводит к образованию перлита в областях с низким содержанием кремния, которые образуются ввиду его ликвации в неравновесных условиях кристаллизации. Содержание титана (0,01 – 0,025), хрома (0,005 – 0,01), меди (0,005 – 0,02), ванадия (0,01 – 0,03), свинца (0,005 – 0,01) выбраны в чугуне экспериментально. Анализ результатов проведенных данных испытаний сплава показывает, что при вводе в состав чугуна титана, хрома, меди, ванадия, свинца, кобальта, селена, цинка и висмута: – графитовые включения в выплавляемом чугуне, в значительной степени определяющие механические свойства, имеют более благоприятную форму, они более мелкие и изолированные, чем в известном чугуне; – структура выплавляемого чугуна однородная по сечению отливки. Высококремнистый чугун имеет в своей структуре пластинчатый графит, благодаря чему он хорошо обрабатывается резанием, применяется для машиностроительного литья. Для улучшения литья ответственных классов лучше использовать менее кремнистый чугун для отливок повышенной прочности, износостойкости и жаростойкости. Чистые по примесям чугуны выплавляются в доменных печах из особо чистых шихтовых материалов. Чугун с низкой S  0,015 при производстве отливок по сравнению с обычным чугуном имеет меньше неметаллических включений и пониженную склонность к усадке, снижается расход модификаторов, уменьшается брак по дефектам типа черных пятен. Чугун высокого качества идет на ответственное литье изделий машиностроения и за счет минимального содержания примесей обеспечивает без дополнительной внепечной обработки высокопрочную структуру при максимальных нагрузках. Преимущества использования указанных чугунов – это отсутствие дополнительных затрат на операцию по производству высокопрочных и долговечных изделий из них.
Применение заявляемого чугуна по сравнению с обычным чугуном более перспективно вследствие высокой чистоты по сере, отсутствия спелей и низкого содержания микропримесей и меньшей газонасыщенностью имеется прямая связь между исходной концентрацией серы и степенью сфероидизации графита.
Были получены следующие составы чугунов (см. таблицу).
В чугуне с шаровидным графитом влияние неметаллических включений на механические свойства проявляется в гораздо большей степени, чем в чугуне с пластинчатым графитом, т.к. его металлическая основа менее ослаблена графитными включениями.
Черные пятна в высокопрочном чугуне устраняются при высокой чистоте исходного чугуна по сере.
Изучение свойств серого чугуна с S 0,001 – 0,015% показало, что с понижением содержания серы наблюдаются коренные изменения кинетики процесса структурообразования: структура графита становится более тонкой, предел прочности и сопротивления усталости повышаются, возрастает предел прочности и жидкотекучесть чугуна.
Решающее влияние на структуру и механические свойства чугуна в отливке оказывает химический состав.
Не менее важным вопросом является требование к структуре чушек литейного чугуна, количеству и характеру включений графита. Наличие спели и крупных включений первичного графита в доменном чугуне находится в прямой зависимости от содержания углерода. Микропримеси, несмотря на их низкое содержание в чугуне (сотые и тысячные доли процента), оказывают существенное влияние на структуру и свойства отливок.
Различают различные группы элементов по их влиянию на структуру чугуна, Ti, Al, P относятся к демодификаторам. Кроме указанных демодификаторов в высокопрочном чугуне ограничивают содержание карбидообразующих (Cr, V) и некоторых других элементов (Ni, Cu, Mo и B).
Применение заявляемого чугуна обеспечивает повышенную прочность и пластичность высокопрочного чугуна.
Формула изобретения
Углерод – 3,5 – 4,5 Кремний – 0,51 – 1,0 Марганец – 0,010 – 0,1 Фосфор – 0,010 – 0,060 Сера – 0,005 – 0,015 Титан – 0,010 – 0,025 Хром – 0,005 – 0,010 Медь – 0,001 – 0,020 Ванадий – 0,01 – 0,03 Свинец – 0,005 – 0,01 Кобальт – 0,001 – 0,003 Селен – 0,0005 – 0,001 Цинк – 0,0005 – 0,001 Висмут – 0,0005 – 0,001 Железо – Остальное 2. Чугун по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий, никель, сурьму, бор, теллур, мышьяк, олово, молибден в сумме, не превышающей 0,024%. 3. Чугун по п. 2, отличающийся тем, что он содержит алюминий, никель, сурьму, бор, теллур, мышьяк, олово, молибден при следующем содержании компонентов, мас.%: Алюминий – 0,001 – 0,006 Никель – 0,001 – 0,005 Сурьма – 0,001 – 0,003 Бор – 0,001 – 0,004 Теллур – 0,0005 – 0,002 Мышьяк – 0,001 – 0,002 Олово – 0,0005 – 0,001 Молибден – 0,0005 – 0,001 РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 07.01.2002
Номер и год публикации бюллетеня: 13-2003
Извещение опубликовано: 10.05.2003
|
||||||||||||||||||||||||||
