SU1705391A1 - Alloying additive for cast iron - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к лигату- . рам дл  износостойких чугунов. С целью повышени  микротвердости и эксплуатационных свойств чугуна она дополнительно содержит церий, карбонит- риды ферробора, нитриды ванади  и карбиды титана при следующем соотношении компонентов, масД: медь 12-15; алюминий 6-8; углерод 0,2-1,0; церий 6-11; карбонитриды ферробора 10-15; нитриды ванади  22-27; карбиды титана 7-12;. фосфор 5-Ю; железо остальное . Ковшева  обработка предлагаемой лигатурой доэвтектоидного чугуна позвол ет получить Gft 875-962 МПа, г 338-3 6 МПа, «икротвердость 5760-5995 МПа, при этом износостойкость повышаетс  более чем на kO%, а эксплуатационна  стойкость составл ет 1530-1635 ч. 2 табл. 3 елThis invention relates to ligat-. frames for wear-resistant cast iron. In order to increase the microhardness and operational properties of cast iron, it additionally contains cerium, ferroboron carbonitrides, vanadium nitrides and titanium carbides in the following ratio of components, masD: copper 12-15; aluminum 6-8; carbon 0.2-1.0; cerium 6-11; ferroboron carbonitrides 10-15; vanadium nitrides 22-27; titanium carbides 7-12; phosphorus 5-U; iron else. The bucket treatment with the proposed neuutectoid cast iron ligature yields Gft 875-962 MPa, g 338-3 6 MPa, "hardness 5760-5995 MPa, while the wear resistance increases by more than kO%, and the service resistance is 1530-1635 h. 2 tab. 3 ate

Description

H3o6pefeHne относитс  к области литейного производства, в частности к лигатурам дл  износостойких и высокопрочных чугунов с повышенными характеристиками микротвердости, механических свойств и модул  упругости.H3o6pefeHne relates to the field of foundry, in particular to master alloys for wear-resistant and high-strength cast irons with enhanced microhardness characteristics, mechanical properties and modulus of elasticity.

Известна лигатура, содержаща , мас.%:Known ligature, containing, wt.%:

Кремний30-70 Ванадий -20 Магний 3-20 Кальций 3-20 Титан 0,5-Ю Хром 0,5-Ю Железо Остальное Высокое содержание карбидообразу- ощих элементов (ванадий, марганец, хром, титан, магний) обуславливает неоднородность структуры и по влени Silicon30-70 Vanadium -20 Magnesium 3-20 Calcium 3-20 Titanium 0.5-U Chromium 0.5-Yu Iron Else A high content of carbide-forming elements (vanadium, manganese, chromium, titanium, magnesium) causes heterogeneity of the structure and occurrences

в структуре металлической основы карбидов данных металлов и свободного цементита , что снижает однородность структуры, трещиноустойчивость и модуль упругости чугуна, дл  которого использована известна  лигатура.in the structure of the metal base of the carbides of these metals and free cementite, which reduces the homogeneity of the structure, crack resistance and the elastic modulus of cast iron, for which a known ligature is used.

Известна лигатура, содержаща , мае.%:Known ligature, containing, in May.%:

Хром 0-50 Никель 20-30 Кремний 6-10 Азот 1-4 Марганец 3-6 Углерод 0,05-0, Титан 2-6 Церий 0,2-100 Железо Остальное Эта лигатура обладает недостаточной микролегирующей способностью иChromium 0-50 Nickel 20-30 Silicon 6-10 Nitrogen 1-4 Manganese 3-6 Carbon 0.05-0, Titanium 2-6 Cerium 0.2-100 Iron Rest This ligature has insufficient micro-doping capacity and

JJ

ОABOUT

елate

со соwith so

317 не обеспечивает существенного повышени  свойств чугунных отливок, полученных с ее использованием.317 does not provide a significant improvement in the properties of iron castings obtained with its use.

Наиболее близкой по технологической сущности и достигаемому эффекту к предложенной  вл етс  лигатура следующего состава, мас.%:The closest in technological essence and the achieved effect to the proposed is a ligature of the following composition, wt.%:

Медь30- 5 Алюминий 20-30 Фосфор 5-Ю Углерод 0,2- Железо Остальное Микролегирование чугуна известной лигатурой провод т при 13 0-1ЗбО°С путем погружени  на дно ковша лигатуры в качестве 1% от массы расплава. Это обеспечивает повышение временного сопротивлени  на 30 МПа и твердосCopper30-5 Aluminum 20-30 Phosphorus 5-U Carbon 0.2- Iron Else Cast iron micro-doping with known ligature is carried out at 13 0-1 W / ° C by immersing the ligature on the bottom of the ladle as 1% of the melt mass. This provides an increase in temporal resistance of 30 MPa and solid

ти на 25 НВ. Микротвердость модифици-2о мельчают структуру, повышают твер35ti on 25 HB. The microhardness of the modified-2o shrinks the structure, increases the solid

рованного чугуна 900-5780 МПа.cast iron 900-5780 MPa.

Однако известна  лигатура не обеспечивает существенного повышени  эксплуатационных свойств чугуна.However, the known ligature does not provide a significant increase in the performance properties of cast iron.

Цель изобретени  - повышение мик- $ ротвердости и эксплуатационных свойств чугуна.The purpose of the invention is to increase the microhardness and performance properties of cast iron.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что лигатура дл  чугуна, содержаща  медь, алюминий, фосфор, угле- зо род и железо, дополнительно содержит церий, карбиды титана, карбонитриды ферробора, нитриды ванади  при следующем соотношении компонентов, масД: Медь12-15 Алюминий 6-8 Углерод 0,2-1,0 Церий 6-11 Карбонитриды ферро- бора1 10-15 Нитриды ванади  22-27 Карбиды титана 7-12 Фосфор 5-Ю Железо Остальное Дополнительное введение в состав 5 лигатуры карбонитридов ферробора обеспечивает повышение прочности, микротвердости .и эксплуатационных свойств чугуна в отливках, коррозионной стойкости и прочностных свойств, измель- чение структуры, что обеспечивает существенное увеличение стабильности и износостойкости. При концентрации карбонитридов ферробора до 10 мас.% твердость, стабильность структуры, технологические свойства и эрозионна  стойкость недостаточны, а при повышении содержани  их более 15 мас. снижаютс  предел выносливости при изги40This goal is achieved by the fact that the master alloy for cast iron, containing copper, aluminum, phosphorus, carbon and iron, additionally contains cerium, titanium carbides, ferroboron carbonitrides, vanadium nitrides in the following ratio of components, mass: Copper 12-15 Aluminum 6-8 Carbon 0.2-1.0 Cerium 6-11 Ferroboron carbonitrides1 10-15 Vanadium nitrides 22-27 Titanium carbides 7-12 Phosphorus 5-U Iron Remaining Additional addition of 5 ferroboron carbonitrides to the composition provides increased strength, microhardness .and performance properties of cast iron in the mold Kah, corrosion resistance and strength properties izmel- chenie structure that provides a significant increase in stability and durability. When the concentration of ferroboron carbonitrides is up to 10 wt.%, The hardness, stability of the structure, technological properties and erosion resistance are insufficient, and with an increase in the content of more than 15 wt. reduced bend strength40

5555

дость и эрозионную стойкость, но пр концентрации их более 12 мас.% сниж етс  однородность структуры, пласти ческие, технологические и эксплуата ционные свойства. При концентрации карбидов титана менее 7 мас.% микро твердость, предел выносливости при изгибе и эксплуатационна  стойкость недостаточны.durability and erosion resistance, but their concentration is more than 12 wt.%, the homogeneity of the structure, plastic, technological and operational properties decrease. When the concentration of titanium carbides is less than 7 wt.%, The micro hardness, the limit of bending endurance and operational durability are insufficient.

Фосфор в составе лигатуры обеспе чивает повышение твердости, микротвердости , износостойкости и эксплу атационных свойств. При концентраци фосфора до 5 масД увеличиваетс  тв дость, микротвердость, износостойкость недостаточна, а при концентра ции более 10 мас.3; снижаетс  одноро ность структуры, увеличиваетс  коли чество усадочных раковин, снижаютс  микротвердость и износостойкость.Phosphorus in the composition of the alloy provides an increase in hardness, microhardness, wear resistance and operational properties. When the concentration of phosphorus is up to 5 mPh, the hardness, microhardness, wear resistance are insufficient, and at a concentration of more than 10 wt. 3; the uniformity of the structure decreases, the number of shrink holes increases, the microhardness and wear resistance decrease.

ii

Углерод и алюминий оказывают граCarbon and aluminum render gras

фитизирующее вли ние, снижают твердость , износостойкость и технологические свойства. Поэтому их концент раци  ограничена соответственно пре делами 0,2-1,0 масД и 6-8 мас.1. П таких кoнцeнtpaци x алюминий и угле род оказывают раскисл ющее и модифи цирующее вли ние, существенно не сн жа  эрозионную стойкость и эксплуа ционные свойства.the fitment effect reduces hardness, wear resistance and technological properties. Therefore, their concentration is limited, respectively, by the limits of 0.2–1.0 masD and 6–8 wt.1. In such an x-finish, aluminum and carbon have a deoxidizing and modifying effect without significantly reducing erosion resistance and exploitation properties.

В лигатуру дополнительно введены нитриды ванёди  в количестве 22- 27 мае.% при снижении концентрации ди до 12-15 мае/- ., что способствует повышению технологических свойств, образованию аустенита и зс-рнистого перлита, повышению кс Р1дми - ниои. ЭРVanadium nitrides were additionally introduced in the amount of 22–27 May% with a decrease in the concentration of di to 12–15 May / -., Which contributes to an increase in the technological properties, the formation of austenite and c-perlite perlite, and an increase in cc of P1dmi-nioi. ER

5five

бе, ударна  в зкость, пластические свойства и эксплуатационна  стойкость.free impact strength, plastic properties and operational durability.

Церий модифицирует структуру, понижает термодинамическую активность углерода, увеличивает степень сфе- роидизации графита и неметаллических включений, что повышает технологические , механические свойства и эксплуатационные свойства. Его модифицирующий и стабилизирующий эффект начинает сказыватьс  с содержани  6,0 мэсД, но при увеличении его концентрации более 11 мас.% увеличиваетс  угар и содержание неметаллических включений по границам зерен и снижа- ЮТСР микротпердость.технологические и эрозионные свойства.Cerium modifies the structure, lowers the thermodynamic activity of carbon, increases the degree of spiroidization of graphite and non-metallic inclusions, which increases the technological, mechanical properties and operational properties. Its modifying and stabilizing effect begins to manifest itself with a content of 6.0 masD, but with an increase in its concentration of more than 11% by mass, the waste and the content of nonmetallic inclusions at the grain boundaries and lowering of microtransference are increased. Technological and erosion properties.

Карбиды титана перлитизируют и из5Titanium carbides perlite and from5

5 five

00

5five

дость и эрозионную стойкость, но при концентрации их более 12 мас.% снижаетс  однородность структуры, пластические , технологические и эксплуатационные свойства. При концентрации карбидов титана менее 7 мас.% микротвердость , предел выносливости при изгибе и эксплуатационна  стойкость недостаточны.Density and erosion resistance, but at a concentration of more than 12 wt.%, the homogeneity of the structure, plastic, technological and operational properties decrease. When the concentration of titanium carbides is less than 7 wt.%, Microhardness, bending endurance and operational durability are insufficient.

Фосфор в составе лигатуры обеспечивает повышение твердости, микротвердости , износостойкости и эксплуатационных свойств. При концентрации фосфора до 5 масД увеличиваетс  твердость , микротвердость, износостойкость недостаточна, а при концентрации более 10 мас.3; снижаетс  однородность структуры, увеличиваетс  количество усадочных раковин, снижаютс  микротвердость и износостойкость.Phosphorus in the composition of the ligature provides increased hardness, microhardness, wear resistance and performance properties. When the concentration of phosphorus is up to 5 mPd, the hardness, microhardness, wear resistance is insufficient, and at a concentration of more than 10 wt. 3; structure homogeneity decreases, the number of shrink holes increases, microhardness and wear resistance decrease.

ii

Углерод и алюминий оказывают графитизирующее вли ние, снижают твердость , износостойкость и технологические свойства. Поэтому их концентраци  ограничена соответственно пределами 0,2-1,0 масД и 6-8 мас.1. При таких кoнцeнtpaци x алюминий и углерод оказывают раскисл ющее и модифицирующее вли ние, существенно не снижа  эрозионную стойкость и эксплуатационные свойства.Carbon and aluminum have a graphitizing effect, reduce hardness, wear resistance and technological properties. Therefore, their concentration is limited, respectively, by the limits of 0.2-1.0 masD and 6-8 mas.1. With such a concentration x, aluminum and carbon exert a deoxidizing and modifying effect without significantly reducing erosion resistance and performance properties.

В лигатуру дополнительно введены нитриды ванёди  в количестве 22- 27 мае.% при снижении концентрации меди до 12-15 мае/- ., что способствует повышению технологических свойств, образованию аустенита и зс-рнистого перлита, повышению кс Р1дми - ниои. ЭРОзионной и эксплуатационной стойкости, Аустенитообразующее и отбеливающее вли ние нитридов ванади  и повышени  твердости и эрозионной стойкости начи нает складыватьс  с концентрации 22%, а при увеличении их содержани  более 21% снижаетс  стабильность структуры , эрозионной и эксплуатационной стойкости чугуна в отливках, ухудша- ютс  технологические свойства.Vanadium nitrides were additionally introduced in the amount of 22–27 May% with a decrease in the copper concentration to 12–15 May / -., Which contributes to an increase in the technological properties, the formation of austenite and 3-fold perlite, and an increase in cc of P1dmi-nioi. Erosion and operational durability, Austenitic-forming and whitening effect of vanadium nitrides and increasing hardness and erosion resistance begins to develop at a concentration of 22%, and with an increase in their content of more than 21%, the stability of the structure, erosion and operational durability of cast iron in castings decreases, technological deterioration properties.

Пример. Опытные плавки лигатур провод т в индукционных печах с тигл ми емкостью 150 кг с использованием ферросплавов, стального лома, карбонитридов ферробора, электролитической меди, нитридов ванади , металлического цери  СеМ-2, карбидов, титана. Сначала в индукционной печи расплавл ют стальной лом, фосфор и медь, перегрева  расплав до 1350°С, затем ввод т карбонитриды ферробора , нитриды ванади . После выдержки расплава в течение 2-3 мин в него ввод т алюминий, а перед выпуском в различные ковши - металлический церий . Разливку производ т при ±10°С в сухие литейные формы дл  получени  плоских плиток толщиной 15- 16 мм.Example. Experimental melts of master alloys were carried out in induction furnaces with crucibles with a capacity of 150 kg using ferroalloys, steel scrap, ferroboron carbonitrides, electrolytic copper, vanadium nitrides, cerium metal CeM-2, carbides, titanium. First, steel scrap, phosphorus and copper are melted in an induction furnace, the melt is overheated to 1350 ° C, then ferroboron carbonitrides and vanadium nitrides are introduced. After holding the melt for 2-3 min, aluminum was introduced into it, and before being released into various ladles, cerium metal. Casting is performed at ± 10 ° C in dry casting molds to obtain flat tiles with a thickness of 15-16 mm.

Лигатуру в измельченном виде ввод т в раздаточные ковши при температуре расплава 1НО-Й50°С в чугун, содержащий, мас„$: углерод 2,53; кремний 0,53; марганец 1,2; хром 0,30; никель 0,8; сера 0,02; фосфор 0,06; кальций 0,01 и железо - остальное . Лигатуру ввод т в количестве 0,7 масД от количества расплава.The ligature in crushed form is introduced into the dispensing buckets at a melt temperature of 1NO-50 ° C in cast iron containing, wt. $: Carbon 2.53; silicon 0.53; manganese 1,2; chromium 0.30; nickel 0.8; sulfur 0.02; phosphorus 0.06; calcium 0.01 and iron - the rest. The ligature is introduced in the amount of 0.7 masd from the amount of the melt.

В табл. 1 приведены химические составы лигатур опытных плавок.In tab. 1 shows the chemical compositions of ligatures experienced bottoms.

Испытание на ударную в зкость провод т на образцах размером ЮНО 55 мм с-образным надрезом. Эта величина должна быть не менее 130 кДж/м2 (1,3 кгс.м/см2).The impact strength test was carried out on specimens with an UNO size of 55 mm with a c-shaped notch. This value should be at least 130 kJ / m2 (1.3 kgf.m / cm2).

Провер ют химический состав чугуна , остаточное Содержание нитридов кремни  и, соответственно, степень их усвоени  определ ют по методике количественного дифференцированного химического анализа сталей и сплавов, содержащих окислы и нитриды. Контроль качества модифицированного иу- гуна определ ют проверкой микрострук туры на технологических пробах и заготовках дл  образцов, Стабильность процесса модифицировани  выражена в % от общего объема исследованных образцов и проб и представл ет количество образцов и проб,которые по характеристикам структуры соответствовали техническим услови м.The chemical composition of cast iron, the residual content of silicon nitrides and, accordingly, their degree of assimilation are determined by the method of quantitative differential chemical analysis of steels and alloys containing oxides and nitrides. The quality control of the modified Juugun is determined by checking the microstructure on the process samples and blanks for the samples. The stability of the modification process is expressed in% of the total volume of the samples and samples examined and represents the number of samples and samples that, according to the characteristics of the structure, corresponded to the technical conditions.

В табл. 2 приведены механические и эксплуатационные свойства микролегированного чугуна, обработанного лигатурами известного и предложенного составов.In tab. 2 shows the mechanical and operational properties of micro-alloyed iron, treated with master alloys of known and proposed compositions.

Износостойкость определ ют на образцах 10 мм по методу испытание при ударе через абразивную ленту в паре с образцами из стали 5Л после закалки ее с в воду и отпуска при 200°С, а испытани  на коррозионную усталость - на цилиндрических образцах УШ на базе 107 циклов при циклическом нагружении. Микротвердость определ ют на микротвердомере ПМТ-3. Исследование прочностных свойств определ ют на цилиндрических образцах 10 мм.Wear resistance is determined on samples of 10 mm according to the test method for impact through an abrasive belt paired with samples of steel 5L after quenching it with water and tempering at 200 ° C, and testing for corrosion fatigue on cylindrical samples of Ush on the basis of 107 cycles at cyclic loading. Microhardness is determined on a PMT-3 microhardness meter. The study of strength properties is determined on cylindrical samples of 10 mm.

Как видно из табл. 2, предложенна  лигатура обеспечивает более высокие эксплуатационные и механические свойства чем известна .As can be seen from the table. 2, the proposed ligature provides higher operating and mechanical properties than is known.

((

ф ормула изобретени formula of invention

Лигатура дл  чугуна, содержаща  медь, алюминий, фосфор, углерод и железо , отличающа с  тем, что, с целью повышени  микротвердости эксплуатационных свойств чугуна, она дополнительно содержит церий, карбонитриды ферробора, нитриды ванади  и карбиды титана при следующем соотношении компонентов, мас.$:The ligature for cast iron, containing copper, aluminum, phosphorus, carbon and iron, is characterized in that, in order to increase the microhardness of the performance properties of cast iron, it additionally contains cerium, ferroboron carbonitrides, vanadium nitrides and titanium carbides in the following ratio of components, wt. :

5 five

00

МедьCopper

АлюминийAluminum

УглеродCarbon

ФосфорPhosphorus

ЦерийCerium

КарбонитридыCarbonitrides

ферробораferroboro

Нитриды ванади Vanadium nitrides

Карбиды титанаTitanium carbide

ЖелезоIron

12-1512-15

6-86-8

0,2-1,00.2-1.0

5-Ю5-U

6-116-11

10-15 22-2710-15 22-27

7-12 Остальное7-12 Else

ТаблицаTable

Временное сопротивление , МПа Предел выносливости при изгибе,МПа Износостойкость, ммTemporary resistance, MPa Endurance limit at bending, MPa Wear resistance, mm

Микротвердость, МПаMicrohardness, MPa

Повышение предела коррозионной усталости , МПа Эксплуатационна  стойкость, чIncreasing the limit of corrosion fatigue, MPa Operational resistance, h

Таблица 2table 2

962580810581962580810581

3U52963172853U5296317285

0,,0680,0550,0750, 0680.0550.075

58865235525550155886523552555015

165110116 ,80165110116, 80

161811811 21167161811811 21167

Claims (1)

Формула изобретенияClaim Лигатура для чугуна, содержащая медь, алюминий, фосфор, углерод и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения микротвердости эксплуатационных свойств чугуна, она дополнительно содержит церий, карбонитриды ферробора, нитриды ванадия и карбиды титана при следующем соотношении компонентов, мас.%:Ligature for cast iron, containing copper, aluminum, phosphorus, carbon and iron, characterized in that, in order to increase the microhardness of the operational properties of cast iron, it additionally contains cerium, ferroboron carbonitrides, vanadium nitrides and titanium carbides in the following ratio of components, wt.%: Медь Copper 12-15 12-15 Алюминий Aluminum 6-8 6-8 Углерод Carbon 0,2-1,0 0.2-1.0 Фосфор Phosphorus 5-Ю 5th Церий Cerium 6-11 6-11 Карбонитриды Carbonitrides ферробора ferroboron 10-15 10-15 Нитриды ванадия Vanadium Nitrides 22-27 22-27 Карбиды титана Titanium carbides 7-12 7-12 Железо Iron Остальное Rest ΊΊ Таблица 1Table 1 Лигатура Ligature Содержание компонентов (железо остальное), мас.% The content of components (iron rest), wt.% Медь Copper Алюминий Aluminum Фосфор Phosphorus Нитриды ванадия Vanadium Nitrides Карбонитриды ферробора Ferroboron Carbonitrides Карбиды титана Titanium carbides Углерод Carbon Цери Ceri 1 1 12 12 6 6 5 5 22 22 10 10 7 7 0,2 0.2 6 6 2 2 13 thirteen 7 7 8 8 25 25 12 12 11 eleven о;б about 9 9 3 3 15 fifteen 8 8 10 10 27 27 15 fifteen 12 12 1,0 1,0 11 eleven 4 4 10 10 5 5 12 12 21 21 9 9 6 6 0,1 0.1 5 5 5 5 16 16 7 7 3 3 28 28 16 16 13 thirteen 1,1 1,1 12 12 6(изв.)35 6 (conv.) 35 9 9 7 7 - - - - - - 0,3 0.3 - - 1 1 Таблица 2 table 2 Показатели Indicators Образцы лигатур Samples of ligatures 1 1 2 2 3 3 4^5 I6(изв. 4 ^ 5 I6 (Izv. Временное сопроти-Temporary Resistance вление, МПа phenomenon, MPa 875 875 920 920 962 962 580 580 810 810 581 581 Предел выносливости при изгибе,МПа Bending endurance, MPa 338 338 346 346 345 345 296 296 317 317 285 285 Износостойкость, мм Wear resistance mm 0,048 0,048 0,041 0,041 0,043 0,043 0,068 0,068 0,055 0,055 0,075 0,075 Микротвердость, МПа Microhardness, MPa 5760 5760 5995 5995 5886 5886 5235 5235 5255 5255 5015 5015 Повышение предела коррозионной усталости, МПа Increasing the limit of corrosion fatigue, MPa 130 130 168 168 165 165 110 110 116 , 116, 80 80 Эксплуатационная стойкость, ч Operational Resistance, h 1530 1530 1635 1635 1618 1618 1181 1181 1442 1442 1167 1167