close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY5870

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 5870
(13) C1
(19)
7
(51) C 22C 37/08
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
(21) Номер заявки: a 20000016
(22) 2000.01.04
(46) 2004.03.30
(71) Заявитель: Институт технологии
металлов НАНБ (BY)
ЧУГУН
(72) Авторы: Марукович Евгений Игнатьевич; Карпенко Михаил Иванович;
Шпаковский Владимир Иванович;
Чудаков Сергей Романович; Земцов
Валерий Александрович; Мельдзюк
Артур Казимирович; Соловей Александр Геннадьевич (BY)
(73) Патентообладатель: Институт технологии металлов НАНБ (BY)
BY 5870 C1
(57)
Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, алюминий, кальций, азот, фосфор и железо, отличающийся тем, что дополнительно содержит хром, никель и серу при
следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
3,58-3,86
кремний
1,8-2,95
марганец
0,50-0,65
медь
0,09-0,15
алюминий
0,01-0,07
кальций
0,002-0,007
азот
0,002-0,006
фосфор
0,11-0,19
хром
0,08-1,13
никель
0,04-0,18
сера
0,01-0,08
железо
остальное.
(56)
SU 1548245 A1, 1990.
SU 1803456 A1, 1993.
SU 979520, 1982.
SU 1694680 A1, 1991.
DE 3111477 A1, 1982.
JP 05302141 A, 1993.
BY 5870 C1
Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов высокопрочных чугунов со стабильными технологическими свойствами.
Известен чугун (патент Японии 12264, МПК С 22С 37/10, 1970) следующего химического состава, мас. %:
углерод
1,7-3,8
кремний
до 2,5
марганец
до 1,0
титан
до 0,15
цирконий
до 0,3
железо и необязательные компоненты остальное.
В качестве необязательных компонентов данный чугун может содержать хром, никель,
молибден, ванадий, вольфрам, кобальт, алюминий, бериллий, теллур, ниобий и тантал.
Известный чугун обладает высокими характеристиками прочности, твердости и жидкотекучести, но недостаточными упругопластическими свойствами. При низких концентрациях углерода и кремния на литых тонкостенных заготовках обнаруживается отбел.
Известен также чугун (патент Великобритании 1158149, С7А, 1969), содержащий,
мас. %:
углерод
2,0-4,0
кремний
до 2,0
марганец
1,6-6,0
молибден
до 1,0
медь
до 2,5
железо
остальное.
Высокое содержание марганца увеличивает отбел, при низких концентрациях углерода
и кремния снижаются технологические свойства, а твердость достигает 500 НВ и более.
По технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близким к предложенному является чугун (А.с. СССР 1543245, МПК С 22С 37/10, 1990), содержащий, мас. %:
углерод
3,4-3,9
кремний
1,7-2,1
марганец
0,1-0,3
медь
0,02-0,07
алюминий
0,01-0,07
кальций
0,002-0,010
церий
0,002-0,007
фосфиды марганца
0,012-0,075
азот
0,002-0,006
железо
остальное.
Известный чугун обладает следующими механическими, технологическими и эксплуатационными свойствами:
жидкотекучесть, см
79,5-82,0
остаточные напряжения в отливках, МПа
7,1-12,5
твердость, НВ
200-287
трещиностойкость, см
9,0-15
105-132
электроэрозионная стойкость, г/м2⋅гс
кольцевая прочность при изгибе, МПа
320-415
относительное удлинение при растяжении, %
0,5-2,1
2
динамическая прочность, Дж/см
13,0-22
контактно-усталостная долговечность, МПа
570-790.
К недостаткам данного чугуна можно отнести его низкие и нестабильные упругопластические свойства и кольцевую прочность, что затрудняет его использование при изготовлении труб, трубных заготовок и тонкостенных профилей и снижает контактно-усталостную
долговечность литых заготовок.
2
BY 5870 C1
Технической задачей, которую решает данное изобретение, является повышение кольцевой прочности и упругопластических свойств чугуна в отливках и их стабильности.
Поставленная задача достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, алюминий, кальций, азот, фосфор и железо, дополнительно содержит хром,
никель и серу при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
3,58-3,86
кремний
1,8-2,95
марганец
0,50-0,65
медь
0,09-0,15
алюминий
0,01-0,07
кальций
0,002-0,007
азот
0,002-0,006
фосфор
0,11-0,19
хром
0,08-1,13
никель
0,04-0,18
сера
0,01-0,08
железо
остальное.
Существенными отличиями предложенного чугуна является дополнительное введение
0,08-1,13 % хрома, 0,04-0,18 % никеля и 0,01-0,08 % серы и повышение концентрации меди до 0,09-0,15 %, марганца до 0,5-0,65 % и фосфора до 0,11-0,19 %, что обусловливает
значительное повышение кольцевой прочности и упругопластических свойств и их стабильности. Церий повышает угар металла и отбел отливок, поэтому он исключен из состава чугуна.
Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предложенного состава
обусловлен следующим.
Дополнительное введение хрома обусловлено повышением дисперсности структуры,
упругопластических свойств и кольцевой прочности. При концентрации хрома до 0,08 %
его влияние на структуру и свойства чугуна незначительные, а при увеличении его содержания более 1,13 % увеличивается отбел и снижается стабильность упругопластических
свойств.
Введение 0,01-0,08 % серы связано со стабилизирующим влиянием на структуру и
кольцевую прочность чугуна в отливках. Сера, как и хром является отбеливающим компонентом, но менее дефицитным и дорогим, но уже при концентрации серы более 0,08 %
увеличивается отбел, что снижает ударную вязкость и другие пластические свойства чугуна. При содержании серы до 0,01 % ее влияние на структуру и кольцевую прочность
проявляется слабее, а для производства чугуна требуются более качественные исходные
материалы.
Дополнительное введение никеля (0,04-0,18 %) обусловлено его эффективным микролегирующим влиянием на структуру и на стабильность механических и технологических
свойств чугуна. Стабильность свойств начинает проявляться с концентрации никеля
0,04 %, а при содержании его более 0,18 % повышается твердость отливок и снижаются
его пластические свойства.
Медь (0,09-0,15 %) и алюминий (0,01-0,07 %) являются графитизирующими микролегирующими компонентами, повышающими стабильность структуры в литом состоянии,
механические, технологические и эксплуатационные свойства. Их графитизирующее и
стабилизирующее влияние начинает сказываться с концентраций выше нижних пределов,
а при увеличении концентрации меди более 0,15 % и алюминия более 0,07 % снижаются
кольцевая прочность, упругопластические свойства и их стабильность.
3
4
Известный
Предлож.
1
2
3
4
5
Чугун
3,58
3,77
3,86
3,41
3,9
Предлагаемый
1
2
3
4
5
1,8
2,35
2,95
1,6
3,05
2,1
Кремний
0,5
0,58
0,65
0,3
0,81
0,3
21
25
29
28
17
15
381
405
431
447
392
450
0,09
0,11
0,15
0,07
0,21
0,07
Медь
0,01
0,04
0,07
0,003
0,09
4,2
3,7
2,1
1,8
3,3
2
-
6
9
12
15
3
10
Трещиностойкость, см
0,002
0,005
0,007
0,001
0,015
0,007
0,002
0,005
0,006
0,001
0,010
0,08
0,61
1,13
0,06
1,23
-
Хром
0,04
0,11
0,18
0,02
0,21
-
Никель
0,01
0,073
0,08
0,008
0,09
-
Сера
-
-
-
-
РЗМ
Таблица 2
Магний
Таблица 1
7,8
8,7
12,7
13,5
9,1
11,5
827
831
790
757
803
782
83-92
80-87
106-134
122-134
97-103
112-127
ЭлектроэрозионОстаточные наКонтактнопряжения в отлив- усталостная долго- ная стойкость,
ках, МПа
вечность, МПА
г/м2⋅гс
0,11
0,15
0,19
0,07
0,22
0,006
0,01
0,075
(фосфиды)
0,07
Азот
АлюмиКальций Церий Фосфор
ний
Химический состав, мас. % (железо - остальное)
Относительное
удлинение, %
Марганец
Кольцевая проч- Ударная вязность,
кость, Дж/см2
МПа
3,9
Углерод
Известный
Чугун
BY 5870 C1
BY 5870 C1
BY 5870 C1
Кальций (0,002-0,007 %) является эффективным раскислителем и модифицирующей структуру добавкой. При концентрации его менее нижних пределов стабильность
упругопластических свойств и технологические свойства чугуна низкие. При повышении концентрации его выше верхнего предела увеличивается угар и стабильность
структуры и свойств чугуна. Верхний предел концентрации кальция (0,007 %) снижен в
сравнении с прототипом и соответствует пределу его растворимости в чугуне.
Содержание углерода (3,58-3,86 %) и кремния (1,8-2,95 %) обеспечивает исключение образования эвтектического цементита в структуре, отсутствие отбела в отливках и
повышенную стабильность упругопластических свойств. При концентрациях углерода
и кремния менее нижних пределов появляется отбел, снижается пластичность чугуна, а
при концентрации более верхних пределов укрупняется структура чугуна в отливках и
снижаются трещиностойкость, динамическая и кольцевая прочность.
Азот в количестве 0,002-0,006 % способствует повышению дисперсности структуры благодаря образованию нитридов и ее стабильности, повышению пластичности и
ударной вязкости чугуна. Нижний предел принят на прежнем уровне, когда начинает
проявляться его влияние на структуру и упругопластические свойства, верхний предел
концентрации азота повышен до 0,01 % в связи с повышенной концентрацией введенного нитридообразующего элемента - хрома.
Для повышения упругопластических свойств и их стабильности концентрация
фосфора повышена до 0,11-0,19 %. При содержании фосфора до 0,11 % кольцевая
прочность и ударная вязкость и их стабильность недостаточны, а при повышении концентрации фосфора более 0,19 % наблюдается выделение фосфидов по границам зерен
литого металла, что снижает упругопластические свойства.
Опытные плавки чугуна проведены в индукционной печи модели ИСТ-0,16. В качестве шихтовых материалов использовались литейные чугуны, стальной и чугунный
лом, возврат производства, ферромарганец, медь, никель НЗ, феррохром, феррофосфор
и другие ферросплавы. Температура чугуна перед выпуском в разливочные чайниковые
ковши - 1500-1520 °С. Модифицирование чугуна силикокальцием, ферроцерием проводят в ковшах при температуре 1450-1470 °С. Разливку чугуна при температуре 13201370 °С проводят на установке полунепрерывного литья труб ∅ 100 мм.
В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок, а в табл. 2 - результаты механических и технологических испытаний.
Испытания кольцевой прочности на изгиб производились на кольцевых пробах шириной 25 ± 0,5 мм, отрезанных от гладких концов труб, по стандартной методике.
Кольцевые пробы при испытании поддерживались двумя диаметрально расположенными опорами и загружались посредством этих опор изнутри. Испытания динамической прочности проводились на копре на образцах 55 × 55 × 10 мм типа 8 по методике в
соответствии с ГОСТ 9454-78.
Усталостные испытания проводились на машине УРМ-2000 при частоте нагружения 40 Гц.
Испытания на остаточные термические напряжения чугуна в отливках и их трещиностойкость проводились на стандартных технологических пробах.
Электроабразивную стойкость определяли на цилиндрических 16 мм образцах на
электроэрозионной установке с использованием переменного тока короткого замыкания от 250 до 280 А и частоты короткого замыкания 60 мин-1.
Как видно из табл. 2, предлагаемый чугун обладает более высокими и стабильными
характеристиками механических и технологических свойств.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
140 Кб
Теги
by5870, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа