close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 04436

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 4436
(13)
C1
(51)
(12)
7
C 22C 37/10
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
(21) Номер заявки: a 19981167
(22) 1998.12.23
(46) 2002.06.30
(71) Заявители:
Физико-технический
институт
Национальной академии наук Беларуси;
Открытое Акционерное Общество Минский
завод отопительного оборудования (BY)
ЧУГУН
(72) Авторы: Гуринович В.И.; Писаренко Л.З.;
Савицкая Е.В.; Лукашевич С.Ф. (BY)
(73) Патентообладатели:
Физико-технический
институт
Национальной
академии
наук
Беларуси; Открытое Акционерное Общество
Минский завод отопительного оборудования
(BY)
(56)
SU 1712451 A1, 1992, RU 2017854 C1, 1994, Чугун легированный для отливок со специальными свойствами. ГОСТ 7769-82.
(57)
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в производстве тиглей для отжига изделий из ковкого чугуна, литейных форм, печной арматуры и др. Задача изобретения: повышение жаро- и
термической стойкости чугуна, эксплуатирующегося при температурах ~900 °С. Предложенный чугун содержит, мас. %: углерода 2,6-3,6; кремния 3,6-4,5; алюминия 3,6-4,5; хрома 0,3-0,8; марганца 0,4-0,8; титана
или циркония 0,15-0,5; кальция 0,2-1,0; бария 0,2-1,0; редкоземельных металлов 0,05-0,1; магния 0,03-0,08;
примесей: серы ≤0,01; фосфора ≤0,06; остальное железо.
Ввод в состав чугуна хрома и приведенное выше соотношение компонентов позволяет повысить жаростойкость в 2-2,5 раза и термическую стойкость в 10-15 раз.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к изысканию жаростойких чугунов для работы при температурах до 900 °С.
В случаях, когда приходится использовать отливки из жаростойких чугунов, в условиях переменных резких нагревов и охлаждений, степень чувствительности чугуна к разрушению вследствие термических ударов
оказывается более важной характеристикой длительности работы отливок, чем их жаростойкость и ростоустойчивость. Естественно, что такие чугуны наряду с высокими механическими свойствами, жаростойкостью и ростоустойчивостью должны отличаться и высокой термической стойкостью.
Известны жаростойкие алюминиевые чугуны (чугали), содержащие углерод, кремний, марганец, алюминий, в которых содержание алюминия варьируется от 5,5 до 24 % по массе [1]. Например, чугун следующего
состава, мас. %: углерод 2,5-3,2; алюминий 5,5-7,0; кремний 1,6-2,3; марганец 0,6-0,8; железо и примеси остальное.
Алюминиевые чугуны обладают высокой коррозионной стойкостью, жаростойкостью и ростоустойчивостью. В то же время механические свойства их низки, что ограничивает их применение в отливках, испытывающих напряжения и ударные нагрузки. Кроме того, технология выплавки чугунов, содержащих
повышенное количество алюминия, требует раздельной плавки алюминия и чугуна для получения "здоровых" отливок из этих сплавов из-за выделения большого количества тугоплавкого шлака-пены и выделения
избыточного углерода в виде спели.
Известны хромоалюминийкремнистые чугуны с повышенной окалиностойкостью следующего химического состава [2], мас. %:
углерод
3,35
кремний
2,15-2,3
марганец
0,38-0,48
хром
0,30-1,0
алюминий
1,95-3,35
железо
остальное,
и чугун [3], содержащий, мас. %:
BY 4436 C1
углерод
2,2-3,7
кремний
0,5-3,0
марганец
0,8-3,0
хром
0,16-1,0
алюминий
2,0-7,0
титан
0,1-1,0
железо и примеси
остальное.
Механические свойства сплавов: σв = 18-24 кГс/мм2, НВ = 222-246.
Недостатками этих чугунов являются низкие жаро- и термостойкость, а также механические свойства,
что затрудняет их практическое применение в качестве жаростойких материалов при циклически повторяющихся высоких температурах. Например, для тиглей, использующихся для отжига изделий из ковкого чугуна, или литейных форм для литья под давлением, работающих при высоких температурах под воздействием
силовых факторов.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является чугун [4], содержащий, мас. %:
углерод
3,3-3,7
кремний
2,2-3,8
алюминий
0,01-0,04
марганец
0,2-0,8
титан
0,04-0,08
цирконий
0,01-0,05
кальций
0,005-0,02
барий
0,01-0,05
РЗМ
0,05-0,08
магний
0,002-0,008
сера
0,05-0,1
фосфор
0,2-0,4
железо
остальное.
Недостатками этого чугуна являются низкая жаростойкость и низкое сопротивление термическим нагрузкам.
Задачей настоящего изобретения является повышение жаро- и термической стойкости чугуна при высоких температурах (порядка 900 °С).
Поставленная задача достигается тем, что в чугун, содержащий углерод, кремний, алюминий, марганец,
титан или цирконий, кальций, барий, редкоземельные металлы, магний, железо и примеси серы и фосфора,
дополнительно вводится хром при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
2,6-3,6
кремний
3,6-4,5
алюминий
3,6-4,5
хром
0,3-0,8
марганец
0,4-0,8
титан или цирконий
0,15-0,5
кальций
0,2-1,0
барий
0,2-1,0
редкоземельные металлы
0,05-0,1
магний
0,03-0,08
примеси:
сера
≤0,01
фосфор
≤0,06
железо
остальное.
Приведенные соотношения компонентов обеспечивают совокупность высоких свойств чугуна - жаростойкость и сопротивление циклическим термическим воздействиям при температурах 900 °С, а также высокие механические и технологические свойства.
Химические составы чугунов представлены в табл. 1, результаты испытаний - в табл. 2.
2
BY 4436 C1
Таблица 1
№
С
Si
Cr
Mn
Al
Ca
Ba
Ti
Mg
PЗM
1
2,8
5,5
0,2
0,7
0,3
0,03
0,038
2
3,0
0,8
0,7
0,7
4,2
0,37
0,40
0,40
0,05
0,032
3
2,9
3,7
1,2
0,8
4,0
0,35
0,42
0,32
0,08
0,039
4
2,8
3,8
0,8
0,4
4,3
1,0
1,5
0,36
0,06
0,048
5
3,08
3,64
0,65
0,8
3,7
0,3
0,35
0,03
0,071
6
3,19
3,47
0,6
0,78
3,9
0,7
0,39
0,03
0,042
7
2,3
3,0
0,4
0,4
3,5
0,2
0,16
0,18
0,06
0,045
8
3,4
3,8
0,6
0,6
4,5
0,65
0,18
0,2
0,04
0,044
9
2,7
3,6
0,3
0,5
3,6
0,2
0,2
0,5
0,08
0,057
10
3,0
4,2
0,6
0,6
3,8
0,12
1,0
0,04
0,098
11
3,2
4,5
0,4
0,8
4,0
0,8
0,2
0,25
0,07
0,064
12
2,8
3,8
0,8
0,6
4,2
0,6
0,24
0,24
0,05
0,055
13
2,5
3,7
0,5
1,0
4,0
0,5
0,3
0,8
0,08
0,040
14
3,0
3,0
0,4
0,5
4,5
0,2
1,0
0,4
0,08
0,081
15
3,2
4,2
0,8
0,6
5,0
0,3
0,24
0,39
0,05
0,056
16
3,0
4,0
0,2
0,8
4,6
0,3
0,35
0,37
0,03
0,032
17
2,8
4,9
0,6
0,5
3,2
1,1
0,33
0,2
0,04
0,054
18
3,8
4,8
0,4
0,8
4,7
0,35
0,42
0,10
0,03
0,039
19
3,4
4,5
1,2
0,7
0,28
3,9
0,3
0,17
0,05
0,073
20
3,6
4,6
0,3
0,8
4,8
0,24
0,4
0,18
0,04
0,087
21
2,4
5,5
0,6
0,5
1,5
0,3
0,65
0,15
0,05
0,036
22
3,5
3,5
0,7
0,02
0,005
0,004
0,003
0,005
0,06
Железо и примеси остальное (сера ≤0,01, фосфор ≤0,06)
Опытные плавки проводились в индукционной печи с основной футеровкой. В качестве шихтовых материалов
использовались: синтетический чугун, полученный науглероживанием армко-железа древесным углем, чушковый алюминий А99, ферросилиций ФС75, феррохром ФХ01А, силикокальций ГОСТ 4762-71, силикобарий
ФМ60Ба22, редкоземельная лигатура ФС30РЗМЗО, титаносодержащий ферросилиций МФС10, цирконийсодержащая лигатура "циркинок" норвежской фирмы "Элкем", магнийсодержащая лигатура ФСМг-5.
Ферросилиций, ферротитан, "циркинок", РЗМ лигатуру подшихтовывают в чугун. Алюминий вводят в тигель в расплавленном состоянии перед модифицирующим процессом. Силикобарий и магниевая лигатура загружаются на дно специального ковша с перегородкой, предназначенного для модифицирования.
Таблица 2
№
Предел прочности на растяжение, σb, МПа
Твердость по
Бринеллю, НВ
Привес массы на единицу поверхности (жаростойкость 900 °С 100 ч), µ,
г/м2 ч
Рост, %
Число циклов
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
290
510
550
450
546
528
360
450
580
500
420
480
500
380
320
360
380
340
360
400
420
480
290
274
298
274
255
252
269
302
267
218
296
302
283
330
332
336
320
345
280
342
260
230
0,2
0,036
0,06
0,02
0,2
0,28
0,028
0,032
0,033
0,036
0,018
0,020
0,024
0,026
0,020
0,018
0,030
0,024
0,025
0,024
0,360
0,280
0,2
0,18
0,09
0,08
0,19
0,26
0,16
0,08
0,12
0,21
0,08
0,08
0,09
0,12
0,06
0,11
0,14
0,07
0,08
0,07
0,20
0,32
5
45
34
66
47
32
48
63
64
48
75
74
72
60
58
56
58
42
58
42
32
3
3
BY 4436 C1
Температура перегрева 1420-1450 °С, температура заливки должна составлять 1380-1420 °С и осуществляться не позднее 10-15 мин после окончания процесса модифицирования.
Образцы для испытаний отливали в сухие песчаноглинистые формы. По стандартным методикам на
стандартных образцах определяли предел прочности на растяжение (σв), твердость по Бринеллю (НВ). Жаростойкость определяли гравиметрическим методом при испытании образцов диаметром 10 мм и высотой
20 мм по известной методике при 900 °С в течение 100 ч. Ростоустойчивость определяли на образцах диаметром 30 и длиной 150 мм по изменению длины (в процентах) за 100 ч испытаний при температуре 900 °С.
Для устранения влияния толщины окислившегося слоя на размеры в торцы образцов были ввинчены штифты из жаростойкой стали. Склонность к отбелу оценивали по клиновой пробе, отливаемой в сухие песчаноглинистые формы. Термическую стойкость определяли на образцах 75х30х15 мм с концентратором
напряжений в виде отверстия диаметром 4 мм. Образцы подвергали циклическим нагревам при температуре
900 °С и выдержке в течение 15 мин с последующим охлаждением в воде до появления трещин. Появление
трещин определяли визуально.
Для определения оптимального соотношения компонентов в чугуне проводилось сравнение свойств
предлагаемого чугуна и чугуна, взятого за прототип. Химический состав сплавов приведен в табл. 1. Пределы содержания углерода ограничены исходя из необходимости предотвратить отбел, уменьшить усадку и
улучшить обрабатываемость чугуна. При содержании углерода ниже 2,5 % возможно появление в структуре
чугуна выделений цементита, что вызывает снижение механических свойств. При содержании углерода выше 3,6 % механические свойства также ухудшаются вследствие большого количества графитной фазы.
Пределы по содержанию марганца (0,4-0,8 %) обусловлены технологией производства чугунов, кроме того, марганец в интервале содержания 0,8 % увеличивает чувствительность чугуна к возникновению внутренних напряжений, что плохо сказывается на термической стойкости чугуна.
Хром повышает жаростойкость чугуна. Введение хрома в количествах больших, чем 0,8 %, вызывает отбел, что ведет к снижению характеристик прочности. Введение хрома ниже 0,3 % снижает жаростойкость.
Введение в состав чугуна алюминия и кремния приводит к возрастанию жаростойкости. Однако при содержании алюминия и кремния ниже нижних пределов (3,6 %) жаростойкость недостаточна. Введение этих
элементов выше их верхних пределов приводит к снижению пластических свойств.
Введение в состав чугуна титана или циркония в количестве 0,15-0,5 % необходимо для измельчения
графитной фазы в чугуне. При содержаниях ниже 0,15 % - эффект измельчения незначителен. При содержаниях выше 0,5 % - заметного изменения свойств не наблюдается.
Введение кальция и бария необходимо для очищающего и рафинирующего действия на расплав, а также
для создания заметного барьерного слоя на границе окалинный слой - подложка, образующегося в процессе
эксплуатации при высокой температуре. Содержание этих элементов должно быть выше 0,2 %, так как они
входят в состав сложных окислов наряду с окислами кремния. Комплексы образуются на базе решеток
Ме2O3 и Me3O4 и способны испытывать переход из кристаллического состояния в жидкое и затем снова в
кристаллическое при температурах, близких к 900 °С. Стеклующийся слой располагается на границе окалинный слой - подложка и способствует повышению жаро- и термической стойкости. Введение этих элементов
более чем 1,0 % не вызывает дополнительного повышения жаро- и термостойкости.
Введение РЗМ в количествах 0,05-0,1 % необходимо для рафинирующего действия и повышения жаростойкости. РЗМ наряду с Ti и Zr служат элементами-блокаторами, замедляющими диффузионные процессы.
Магний в количестве 0,03 % необходим для получения шаровидной формы графита и обеспечения уровня механических свойств и жаростойкости. Введение его выше 0,08 % нецелесообразно, так как удорожает
сплав и не вызывает роста свойств.
Из анализа результатов испытаний, приведенных в табл. 2, следует, что чугун предлагаемых составов обладает высокой жаростойкостью (µ900 °С<0,1 г/м2 ч), а его термическая стойкость превышает термостойкость
известных чугунов в 10-15 раз.
Предполагается внедрение чугуна на ОАО "Минский завод отопительного оборудования".
Источники информации:
1. Бобро Ю.Г. Жаростойкие и ростоустойчивые чугуны. М.: Машгиз, 1960. - С. 148-157.
2. Патент ПНР 92048, МПК С22С 37/10, 1977.
3. А.с. СССР 502971, МПК С22С 37/10, 1974 г.
4. SU 1712451 А1, 1992.
4
BY 4436 C1
Чугун, содержащий углерод, кремний, алюминий, марганец, титан или цирконий, кальций, барий, редкоземельные металлы, магний, железо и примеси серы и фосфора, отличающийся тем, что дополнительно содержит хром при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
2,6-3,6
кремний
3,6-4,5
алюминий
3,6-4,5
хром
0,3-0,8
марганец
0,4-0,8
титан или цирконий
0,15-0,5
кальций
0,2-1,0
барий
0,2-1,0
редкоземельные металлы
0,05-0,1
магний
0,03-0,08
примеси:
сера
≤0,01
фосфор
≤0,06
железо
остальное.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
136 Кб
Теги
04436, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа