RU2415949C2 - Procedure for production of cast iron with spherical graphite and austenite-ferrite metal matrix - Google Patents
Procedure for production of cast iron with spherical graphite and austenite-ferrite metal matrix Download PDFInfo
- Publication number
- RU2415949C2 RU2415949C2 RU2009118210/02A RU2009118210A RU2415949C2 RU 2415949 C2 RU2415949 C2 RU 2415949C2 RU 2009118210/02 A RU2009118210/02 A RU 2009118210/02A RU 2009118210 A RU2009118210 A RU 2009118210A RU 2415949 C2 RU2415949 C2 RU 2415949C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cast iron
- iron
- austenite
- temperature
- austenitic
- Prior art date
Links
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 65
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 25
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title claims description 21
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title claims description 21
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title abstract description 16
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 title abstract description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 title description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 12
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 9
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 8
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 6
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 6
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 5
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 4
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims description 4
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- OOJQNBIDYDPHHE-UHFFFAOYSA-N barium silicon Chemical compound [Si].[Ba] OOJQNBIDYDPHHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 abstract 1
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 6
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 6
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 5
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 5
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 5
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 3
- 102220479482 Puromycin-sensitive aminopeptidase-like protein_C21D_mutation Human genes 0.000 description 2
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 2
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 235000000396 iron Nutrition 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 2
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 229910001141 Ductile iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001037 White iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CSSYLTMKCUORDA-UHFFFAOYSA-N barium(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Ba+2] CSSYLTMKCUORDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- -1 molybdenum carbides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007528 sand casting Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке способов получения чугунов с шаровидной формой графита, и может быть использовано при производстве изделий с высокими свойствами ударной вязкости, пластичности и хладостойкости.The invention relates to metallurgy, in particular to the development of methods for producing cast iron with spherical graphite, and can be used in the manufacture of products with high impact strength, ductility and cold resistance.
Известен способ [1, с.44-45] повышения уровня прочностных и пластических свойств, а также снижения порога хладноломкости чугуна с шаровидным графитом за счет использования операции термоциклирования. К недостаткам способа относится использование длительного, многостадийного и высокотемпературного режима термической обработки, который значительно удлиняет технологический процесс, повышает себестоимость изделий и требует для осуществления специального оборудования. В результате использования способа термоциклирования происходит рост графитных включений, который неблагоприятно влияет на уровень механических и эксплуатационных характеристик.The known method [1, p. 44-45] to increase the level of strength and plastic properties, as well as lowering the cold-brittleness threshold of nodular cast iron by using the operation of thermal cycling. The disadvantages of the method include the use of a long, multi-stage and high-temperature heat treatment, which significantly lengthens the process, increases the cost of products and requires special equipment for implementation. As a result of using the thermal cycling method, the growth of graphite inclusions occurs, which adversely affects the level of mechanical and operational characteristics.
Известен способ [2] получения отливок из половинчатого чугуна с аустенитно-бейнитной структурой. Способ включает выплавку в электропечах, легирование, двойное модифицирование, получение отливки в песчаную форму, извлечение ее из формы при температуре 900-1000°C, перемещение в печь с температурой 950-1000°C и последующее регулируемое охлаждение в изотермической ванне при температуре 300-320°C, при этом используют чугун, содержащий (в мас.%):A known method [2] for producing castings from half cast iron with austenitic-bainitic structure. The method includes smelting in electric furnaces, alloying, double modification, obtaining a sand casting, removing it from the mold at a temperature of 900-1000 ° C, moving to a furnace with a temperature of 950-1000 ° C and subsequent controlled cooling in an isothermal bath at a temperature of 300- 320 ° C, using cast iron containing (in wt.%):
Недостатками способа являются: сложность технической реализации способа для крупногабаритных деталей; плохая обрабатываемость деталей; низкие пластические свойства; нестабильность структуры, а присутствие в металлической матрице чугуна мартенсита и карбидов снижает ударную вязкость.The disadvantages of the method are: the complexity of the technical implementation of the method for large parts; poor machinability of parts; low plastic properties; instability of the structure, and the presence of martensite and carbides in the metal matrix of cast iron reduces toughness.
Наиболее близким, принятым в качестве прототипа, является способ получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом [3]. Чугун содержит (в мас.%):The closest, adopted as a prototype, is a method of producing high-strength cast iron with spherical graphite [3]. Cast iron contains (in wt.%):
Внепечная обработка чугуна производится модифицирующей смесью, содержащей силикобарий, плавиковый шпат и магнийсодержащую лигатуру. После охлаждения отливки подвергаются термической трехэтапной обработке, состоящей из гомогенизирующего и ферритизирующего отжига, а также искусственного старения.Out-of-furnace treatment of cast iron is carried out with a modifying mixture containing silicobarium, fluorspar and magnesium-containing ligature. After cooling, the castings are subjected to a three-stage thermal treatment consisting of homogenizing and ferritizing annealing, as well as artificial aging.
Недостатком способа является то, что сложно обеспечить в чугуне остаточное содержание бария и кальция в тех процентных концентрациях, которые указаны в составе. Указанные элементы при модифицировании интенсивно взаимодействуют с кислородом и переходят в шлак. При попадании оксидов кальция и бария в чугун они образуют неметаллические включения, которые ослабляют металлическую матрицу и снижают пластические и прочностные свойства чугуна. Трехэтапная термическая обработка удлиняет технологический процесс и повышает себестоимость готовых изделий.The disadvantage of this method is that it is difficult to provide in cast iron the residual content of barium and calcium in those percentage concentrations that are indicated in the composition. When modified, these elements intensively interact with oxygen and pass into slag. When calcium and barium oxides get into cast iron, they form non-metallic inclusions that weaken the metal matrix and reduce the plastic and strength properties of cast iron. Three-stage heat treatment lengthens the process and increases the cost of finished products.
Целью изобретения является разработка способа получения изделий из чугуна с шаровидным графитом и аустенитно-ферритной металлической матрицей, которая обеспечивает изделиям высокий уровень пластичности и ударной вязкости при достаточно высокой прочности.The aim of the invention is to develop a method for producing articles of cast iron with spherical graphite and an austenitic-ferritic metal matrix, which provides products with a high level of ductility and toughness with a sufficiently high strength.
Для достижения указанной цели, чугун выплавляют в индукционной электропечи, расплав при сливе в ковш модифицируют при температуре 1370-1400°C комплексной лигатурой, состоящей из силикобария (20-30% от массы лигатуры) и магнийсодержащего модификатора (70-80%), первоначально литьем в сырую песчано-глинистую форму получают отливки из половинчатого чугуна с аустенитно-мартенситной матрицей, для обеспечения аустенитно-ферритной структуры в чугуне проводят графитизирующий отжиг при температуре 980-1100°C с выдержкой 3-5 час и последующим охлаждением с печью до комнатных температур, при этом используют чугун следующего химического состава, (в мас.%):To achieve this goal, cast iron is smelted in an induction furnace, the melt, when drained into a ladle, is modified at a temperature of 1370-1400 ° C with a complex ligature consisting of silicobarium (20-30% by weight of the ligature) and a magnesium-containing modifier (70-80%), initially casting in a crude sandy-clay form produces castings from half cast iron with an austenitic-martensitic matrix, to ensure an austenitic-ferritic structure in cast iron, graphitizing annealing is carried out at a temperature of 980-1100 ° C for 3-5 hours, followed by cooling from the oven th to room temperature, the cast iron used having the following chemical composition (in wt.%):
В результате получается аустенитно-ферритная структура чугуна с мелкодисперсной графитной фазой шаровидной формы, которая обеспечивает изделиям, изготовленным из этого материала, высокую пластичность и ударную вязкость при сравнительно высокой прочности.The result is an austenitic-ferritic structure of cast iron with a finely dispersed spherical graphite phase, which provides products made from this material with high ductility and toughness with relatively high strength.
Заданная структура в чугуне получается в результате использования двух технологических операций. После применения первой операции из литого состояния получается половинчатый чугун с шаровидным графитом и аустенитно-мартенситной металлической матрицей. Вторая операция - термическая обработка обеспечивает диссоциацию карбидов, дополнительное выделение дисперсных графитовых включений и получение требуемой аустенитно-ферритной металлической матрицы.The given structure in cast iron is obtained as a result of using two technological operations. After applying the first operation, a cast iron with spherical graphite and an austenitic-martensitic metal matrix is obtained from the cast state. The second operation - heat treatment provides the dissociation of carbides, the additional selection of dispersed graphite inclusions and obtaining the required austenitic-ferritic metal matrix.
Содержание углерода, ограниченное 3,1-3,3%, обеспечивает получение из литого состояния половинчатого чугуна. При превышении концентрации углерода в чугуне увеличиваются размеры графитовых включений, что неблагоприятно сказывается на механических и эксплуатационных свойствах. Углерод является сильным графитизирующим элементом и при превышении указанной концентрации будет препятствовать формированию цементита в структуре чугуна. При уменьшении содержания углерода в чугуне менее 3,1% возрастает вероятность полного подавления процесса первичной графитизации, что приводит к формированию структуры белого чугуна, которая удлиняет процесс графитизирующего отжига и приводит к неравномерному распределению графитовых включений.The carbon content, limited to 3.1-3.3%, provides half cast iron from the cast state. When the carbon concentration in iron is exceeded, the sizes of graphite inclusions increase, which adversely affects the mechanical and operational properties. Carbon is a strong graphitizing element and, if this concentration is exceeded, it will prevent the formation of cementite in the structure of cast iron. With a decrease in carbon content in cast iron of less than 3.1%, the likelihood of complete suppression of the primary graphitization process increases, which leads to the formation of a structure of white cast iron, which lengthens the process of graphitizing annealing and leads to an uneven distribution of graphite inclusions.
Кремний наряду с углеродом способствует графитизации чугуна. Процентное соотношение этих элементом в чугуне определяется углеродным эквивалентом: Cэ=С (%)+0,3 Si (%), который должен соответствовать эвтектическому составуSilicon along with carbon promotes graphitization of cast iron. The percentage of these elements in cast iron is determined by the carbon equivalent: C e = C (%) + 0.3 Si (%), which should correspond to the eutectic composition
Сэ=[4,3-4,4]. При соблюдении такого условия возрастает количество эвтектических графитовых и цементитных колоний, и структура чугуна по сечению изделия получается более однородной. При графитизирующем отжиге кремний способствует диссоциации карбидных включений. Снижение содержания кремния менее 3,0% приводит к образованию белых чугунов, а при увеличении его содержания выше допустимого уровня в структуре чугуна образуются силикокарбиды, резко повышающие хрупкость и снижающие вязкость термообработанного чугуна.C e = [4.3-4.4]. Under such conditions, the number of eutectic graphite and cementite colonies increases, and the structure of cast iron over the cross section of the product is more uniform. During graphitizing annealing, silicon promotes the dissociation of carbide inclusions. A decrease in the silicon content of less than 3.0% leads to the formation of white cast irons, and with an increase in its content above the acceptable level, silicocarbides are formed in the structure of cast iron, which sharply increase brittleness and lower the viscosity of heat-treated cast iron.
Основным карбидообразующим элементом в составе чугуна, обеспечивающим получение половинчатой структуры, является молибден. Содержание в чугуне молибдена в интервале 1,5-1,7 способствует получению в структуре легированного цементита (Fe, Мо)3С. Повышение концентрации Мо свыше указанной концентрации приводит к возникновению карбидов молибдена - Мо2С, которые при графитизирующем отжиге не диссоциируют и сохраняются в структуре, понижая уровень ударной вязкости.The main carbide-forming element in the composition of cast iron, which provides a half structure, is molybdenum. The content of molybdenum in the range of 1.5-1.7 promotes the production of doped cementite (Fe, Mo) 3 C in the structure. An increase in the Mo concentration above this concentration leads to the formation of molybdenum carbides - Mo 2 C, which do not dissociate during graphitizing annealing remain in the structure, lowering the level of toughness.
Комплексное легирование Ni и Мо повышает устойчивость аустенита в верхней температурной области термокинетической диаграммы его превращения, что позволяет избежать появления в конечной структуре чугуна продуктов перлитного превращения. Легирование чугуна этими элементами увеличивает прокаливаемость чугуна, что способствует выравниванию структуры по сечению отливки.Complex alloying of Ni and Mo increases the stability of austenite in the upper temperature range of the thermokinetic diagram of its transformation, which avoids the appearance of pearlite transformation products in the final structure of cast iron. Alloying cast iron with these elements increases the hardenability of cast iron, which helps to align the structure along the cross section of the casting.
Содержание никеля в указанных пределах способствует появлению в конечной структуре чугуна аустенита. При кристаллизации никель в основном концентрируется в аустените, который при последующем охлаждении отливки в литейной форме частично трансформируется в мартенсит. Графитизирующий отжиг обеспечивает частичную гомогенизацию аустенита. В связи с тем что никель обладает ограниченной подвижностью в гранецентрированной решетке аустенита, в структуре сохраняются области с повышенной концентрацией этого элемента, что позволяет стабилизировать аустенитную структуру при охлаждении и сохранить ее в конечной металлической матрице чугуна. Кроме того, при кристаллизации никель, также как углерод и кремний, способствует графитизации чугуна, и несоблюдение указанных пределов концентрации приведет к получению на первой стадии структуры белых или графитизированных чугунов, которая неблагоприятно влияет на распределение структурных составляющих после термической обработки.The nickel content within the specified limits contributes to the appearance of austenite in the final structure of cast iron. During crystallization, nickel is mainly concentrated in austenite, which, upon subsequent cooling of the casting in the mold, partially transforms into martensite. Graphitizing annealing provides partial homogenization of austenite. Due to the fact that nickel has limited mobility in the face-centered austenite lattice, regions with an increased concentration of this element are retained in the structure, which makes it possible to stabilize the austenitic structure upon cooling and preserve it in the final metal matrix of cast iron. In addition, during crystallization, nickel, as well as carbon and silicon, promotes graphitization of cast iron, and non-observance of the indicated concentration limits will result in the first stage of the structure of white or graphitized cast irons, which adversely affects the distribution of structural components after heat treatment.
Легирование чугуна производится в электропечи при его выплавке, при этом обеспечивается наилучшее усвоение легирующих элементов из вводимых лигатур и точное получение заданного химического состава. Никель и молибденсодержащая лигатура загружаются в печь с исходными шихтовыми материалами, а ферросилиций вводится в конце плавки, перед выпуском расплава из печи, что усиливает инокулирующий эффект.Doping of cast iron is carried out in an electric furnace during its smelting, while ensuring the best assimilation of alloying elements from the introduced alloys and the exact receipt of a given chemical composition. Nickel and a molybdenum-containing ligature are loaded into the furnace with the initial charge materials, and ferrosilicon is introduced at the end of the smelting, before the melt is discharged from the furnace, which enhances the inoculating effect.
Магний в чугуне обеспечивает получение сфероидальной формы графита при кристаллизации и способствует образованию шаровидной формы графитовых включений при графитизирующем отжиге. Использование для модифицирования комплексной лигатуры, состоящей из силикобария (20-30% от массы лигатуры) и магнийсодержащего модификатора (70-80%), позволяет получить мелкодисперсные графитные включения в процессе кристаллизации чугуна. Дополнительное использование в комплексной лигатуре силикобария повышает графитизирующую способность расплава. Процентное соотношение вводимой в расплав комплексной лигатуры к массе обрабатываемого металла при модифицировании должно соответствовать 0,04-0,06% остаточного содержания магния в отливках.Magnesium in cast iron provides a spheroidal form of graphite during crystallization and promotes the formation of a spherical shape of graphite inclusions during graphitizing annealing. Using for modifying the complex ligature, consisting of silicobarium (20-30% by weight of the ligature) and a magnesium-containing modifier (70-80%), it is possible to obtain finely dispersed graphite inclusions in the process of cast iron crystallization. The additional use of silicobarium in the complex master alloy increases the graphitizing ability of the melt. The percentage ratio of the complex ligature introduced into the melt to the mass of the metal to be treated during modification should correspond to 0.04-0.06% of the residual magnesium content in the castings.
Содержание серы ограничено 0,01-0,012%, что обусловлено, во-первых, требуемой концентрацией остаточного содержания магния, и во-вторых, в структуре не допускает получение крупных сульфидных включений, которые снижают пластические свойства чугуна.The sulfur content is limited to 0.01-0.012%, which is due, firstly, to the required concentration of the residual magnesium content, and secondly, the structure does not allow the production of large sulfide inclusions, which reduce the plastic properties of cast iron.
Концентрация марганца принята на уровне примеси, количество которого в чугуне обеспечивается исходными шихтовыми материалами.The concentration of manganese is taken at the level of impurity, the amount of which in cast iron is provided by the initial charge materials.
Фосфор в чугуне является вредной примесью. При повышении его содержания свыше 0,06% возможно образование фосфидной эвтектики, которая снижает пластические свойства и ударную вязкость чугуна. Помимо этого фосфор, являясь сильноликвирующей примесью, может в процессе кристаллизации приводить к возникновению участков микроструктуры, насыщенных карбидообразующими элементами. В таких участках формируется легированный цементит и специальные карбиды, обладающие высокой устойчивостью, которые сохраняются в конечной структуре изделий после графитизирующего отжига.Phosphorus in cast iron is a harmful impurity. With an increase in its content over 0.06%, the formation of a phosphide eutectic is possible, which reduces the plastic properties and toughness of cast iron. In addition, phosphorus, being a highly liquid impurity, during crystallization can lead to the appearance of microstructure regions saturated with carbide-forming elements. In such areas, alloyed cementite and special carbides with high stability are formed, which are retained in the final structure of the products after graphitizing annealing.
Сравнительно низкая температура сфероидизирующего модифицирования 1370-1400°С способствует получению в чугуне дисперсной графитной фазы. Низкотемпературная разливка в сырые песчано-глинистые формы обеспечивает существенное переохлаждение на начальной стадии кристаллизации, что приводит к формированию половинчатых структур чугуна.The relatively low temperature of the spheroidizing modification of 1370-1400 ° C promotes the production of a dispersed graphite phase in cast iron. Low-temperature casting into raw sandy-clay forms provides significant supercooling at the initial stage of crystallization, which leads to the formation of half-iron structures.
Получение на начальной стадии из литого состояния половинчатой структуры очень важно, так как последующая стадия термической обработки заготовок формирует дифференцированные концентрационные области в структуре чугуна. Разное содержание основных легирующих элементов (Ni, Mo и Si) в металлической матрице приводит к формированию аустенитно-ферритных структур после термической обработки. В областях с повышенным содержанием никеля, которые ранее были заняты аустенитом, и после термообработки сохраняется аустенитная металлическая матрица. В областях, возникающих в местах диссоциации карбидов и мартенсита, образуется феррит. Диссоциация карбидов, происходящая при графитизирующем отжиге, приводит к выделению мелкодисперсных включений графита компактной и шаровидной формы, которые понижают плотность чугуна, и в связи с малыми размерами способствуют увеличению ударной вязкости.Obtaining a half structure from the cast state at the initial stage is very important, since the subsequent stage of heat treatment of the preforms forms differentiated concentration regions in the structure of cast iron. The different contents of the main alloying elements (Ni, Mo and Si) in the metal matrix leads to the formation of austenitic-ferritic structures after heat treatment. In areas with a high nickel content, which were previously occupied by austenite, and after heat treatment, an austenitic metal matrix is retained. In areas arising in the areas of dissociation of carbides and martensite, ferrite is formed. The dissociation of carbides occurring during graphitizing annealing leads to the release of finely dispersed inclusions of compact and spherical graphite, which reduce the density of cast iron and, due to their small size, increase the impact strength.
Графитизирующий отжиг необходимо проводить в термических печах с нейтральной или восстановительной атмосферой, в таком случае структура получается более однородной по сечению.Graphitizing annealing must be carried out in thermal furnaces with a neutral or reducing atmosphere, in which case the structure is more uniform in cross section.
Технический результат, реализуемый при осуществлении изобретения, заключается в получении заготовок со структурой, состоящей из дисперсных графитных включений сфероидальной формы и аустенитно-ферритной матрицы, которые в сочетании с перечисленными технологическими приемами и составом чугуна обеспечивают высокую пластичность и ударную вязкость при сравнительно высокой прочности. Отливки, полученные этим способом, отличаются стабильностью свойств по сечению и могут широко использоваться в различных отраслях машиностроения.The technical result realized during the implementation of the invention is to obtain blanks with a structure consisting of dispersed graphite inclusions of a spheroidal shape and an austenitic-ferritic matrix, which, in combination with the above technological methods and composition of cast iron, provide high ductility and impact strength with relatively high strength. Castings obtained by this method are distinguished by the stability of their cross-sectional properties and can be widely used in various engineering industries.
Способ может быть осуществлен с использованием следующих технологических приемов и средств.The method can be carried out using the following technological methods and means.
Плавку чугуна проводят в индукционных плавильных электропечах, а его модифицирование комплексной лигатурой, при сливе расплава в ковш. Отливки получают путем заливки расплава чугуна в сырые песчано-глинистые формы. Отливки охлаждают до комнатных температур и выбивают из форм. Далее их подвергают графитизирующему отжигу в термических печах с нейтральной или восстановительной атмосферой.Cast iron is melted in induction melting furnaces, and its modification with a complex alloy is used when the melt is drained into a ladle. Castings are obtained by pouring molten iron into raw sand and clay forms. The castings are cooled to room temperature and knocked out of the molds. Then they are subjected to graphitizing annealing in thermal furnaces with a neutral or reducing atmosphere.
Указанные технические средства и технологические приемы обеспечивают получение качественных отливок с заявленными микроструктурой и свойствами.The specified technical means and technological methods provide high-quality castings with the declared microstructure and properties.
Пример. В индукционной электропечи расплавляли шихтовые материалы и получали легированный чугун. При температуре расплава 1390°C его сливали в 25-ти кг ковш, в который предварительно засыпали мелкофракционную комплексную лигатуру (2,5% от массы расплава), состоящую из 70% магнийсодержащего модификатора ФСМг-7 (ТУ 14-5-134-86) и 30% силикобария SIBAR22 (ТУ 082-001-72684889-06). Лигатуру в ковше для предотвращения всплытия и снижения шлакообразования нагружали стальной высечкой.Example. In an induction electric furnace, charge materials were melted and alloyed cast iron was obtained. At a melt temperature of 1390 ° C, it was poured into 25 kg bucket, into which the finely fractional complex ligature (2.5% of the mass of the melt), which consisted of 70% FSMg-7 modifier (TU 14-5-134-86 ) and 30% silicobarium SIBAR22 (TU 082-001-72684889-06). The ligature in the bucket was loaded with steel die cutting to prevent ascent and reduce slag formation.
Из модифицированного чугуна получали пробные заготовки с различной толщиной стенки по сечению от 10 до 45 мм, путем заливки его в сырые песчано-глинистые формы.From modified cast iron, test blanks with various wall thicknesses in the cross section from 10 to 45 mm were obtained by pouring it into raw sand and clay forms.
После трех исследований химического состава различных заготовок было определено, что чугун имел следующее содержание элементов, (в мас.%):After three studies of the chemical composition of various preforms, it was determined that cast iron had the following element content (in wt.%):
Из заготовок изготавливались шлифы, по которым изучали микроструктуру. Исследование показало, что во всех исследуемых шлифах наблюдается структура половинчатого чугуна с равномерно распределенными эвтектическим цементитом и мелкими графитными включениями шаровидной формы (средний диаметр включений 10-20 мкм). Металлическая матрица состояла из 45-55% аустенита и 45-55% мартенсита.Sections were made from the blanks, according to which the microstructure was studied. The study showed that in all the polished sections under investigation a half-cast iron structure with evenly distributed eutectic cementite and small spherical graphite inclusions (average diameter of inclusions 10–20 μm) is observed. The metal matrix consisted of 45-55% austenite and 45-55% martensite.
После этого производили графитизирующий отжиг заготовок в печи при температуре 1000°C с выдержкой 4,5 час и последующим охлаждением в печи вплоть до комнатных температур. Исследование микроструктуры показало, что во всех частях заготовок после термической обработки произошла диссоциация цементита и сформировалась аустенитно-ферритная структура с мелкодисперсными графитными включениями.After that, graphitizing annealing of the billets in a furnace was carried out at a temperature of 1000 ° C with a holding time of 4.5 hours and subsequent cooling in a furnace up to room temperature. The study of the microstructure showed that in all parts of the preforms after heat treatment, dissociation of cementite occurred and an austenitic-ferrite structure with finely dispersed graphite inclusions formed.
За счет уменьшения длительности термической обработки удалось сократить технологический процесс производства на 3-4 часа по сравнению с прототипом, что благоприятно сказалось и на снижении себестоимости полученных заготовок.By reducing the duration of the heat treatment, it was possible to reduce the manufacturing process by 3-4 hours compared with the prototype, which favorably affected the reduction in the cost of the obtained blanks.
Механические свойства чугуна с аустенитно-ферритной матрицей: σв=560-610 МПа; σ0,2=420-450 МПа; δ=22-28%; КС+20°C =150-170 Дж/см2; 277-286 НВ.Mechanical properties of cast iron with an austenitic-ferritic matrix: σ in = 560-610 MPa; σ 0.2 = 420-450 MPa; δ = 22-28%; COP + 20 ° C = 150-170 J / cm 2 ; 277-286 HB.
Механические свойства ферритного чугуна, принятого в качестве прототипа: σв=510-660 МПа; δ=21-25%; KCU+20°C - 125-140 Дж/см2.Mechanical properties of ferritic iron, adopted as a prototype: σ in = 510-660 MPa; δ = 21-25%; KCU + 20 ° C - 125-140 J / cm 2 .
Как видно из сравнения характеристик, пластические свойства чугуна с аустенитно-ферритной матрицей превосходят свойства чугуна прототипа с упрочненной ферритной матрицей.As can be seen from a comparison of characteristics, the plastic properties of cast iron with an austenitic-ferritic matrix are superior to those of cast iron with a hardened ferritic matrix.
Кроме того, заявляемый способ в отличие от прототипа позволяет получить дифференцированную мелкодисперсную микроструктуру, что положительно сказывается на эксплуатационных свойствах чугуна. Присутствие в структуре метастабильного аустенита позволяет при эксплуатации изделий из такого чугуна использовать эффект деформационного упрочнения остаточного аустенита, для улучшения прочностных показателей.In addition, the claimed method, in contrast to the prototype, allows to obtain a differentiated fine microstructure, which positively affects the performance properties of cast iron. The presence of metastable austenite in the structure makes it possible to use the effect of strain hardening of residual austenite during the operation of products from such cast iron to improve the strength properties.
Источники информацииInformation sources
1. Отливки из чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом / Захарченко Э.В., Левченко Ю.Н., Горенко В.Г. Вареник П.А. - Киев: Наук. думка, 1986. - 248 с.1. Castings from cast iron with spherical and vermicular graphite / Zakharchenko E.V., Levchenko Yu.N., Gorenko V.G. Varenik P.A. - Kiev: Science. Dumka, 1986 .-- 248 p.
2. Способ получения отливок из половинчатого чугуна с аустенитно-бейнитной структурой. Макаренко К.В. Патент №2250268 РФ. Бюл. №11, 20.04.2005. МКИ C21C 1/10, C22C 37/04, C21D 5/00.2. A method of obtaining castings from half cast iron with austenitic-bainitic structure. Makarenko K.V. Patent No. 2250268 of the Russian Federation. Bull. No. 11, 04/20/2005. MKI C21C 1/10, C22C 37/04, C21D 5/00.
3. Чугун, способ его получения и способ термической обработки отливок из него. Сильман Г.И., Камынин В.В., Харитоненко С.А. Патент №2267542 РФ. Бюл. №01 10.01.2006. МКИ C21C 1/10, C21D 5/00.3. Cast iron, its production method and method of heat treatment of castings from it. Silman G.I., Kamynin V.V., Kharitonenko S.A. Patent No. 2267542 of the Russian Federation. Bull. No. 01 10.01.2006. MKI C21C 1/10, C21D 5/00.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009118210/02A RU2415949C2 (en) | 2009-05-13 | 2009-05-13 | Procedure for production of cast iron with spherical graphite and austenite-ferrite metal matrix |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009118210/02A RU2415949C2 (en) | 2009-05-13 | 2009-05-13 | Procedure for production of cast iron with spherical graphite and austenite-ferrite metal matrix |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009118210A RU2009118210A (en) | 2010-11-20 |
| RU2415949C2 true RU2415949C2 (en) | 2011-04-10 |
Family
ID=44052299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009118210/02A RU2415949C2 (en) | 2009-05-13 | 2009-05-13 | Procedure for production of cast iron with spherical graphite and austenite-ferrite metal matrix |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2415949C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1289627A (en) * | 1969-12-30 | 1972-09-20 | ||
| US3726670A (en) * | 1961-07-03 | 1973-04-10 | K Kusaka | Nodular graphite cast iron containing calcium,rare earth metals and magnesium and a method for its production |
| RU2250268C1 (en) * | 2003-07-24 | 2005-04-20 | Брянский государственный технический университет | Method of production of ingots made out of mottled cast iron with austenitic-bainite structure |
| RU2267542C1 (en) * | 2004-07-19 | 2006-01-10 | Брянская государственная инженерно-технологическая академия (БГИТА) | Cast iron, method for producing the same and method for thermal processing of ingots cast from the same |
-
2009
- 2009-05-13 RU RU2009118210/02A patent/RU2415949C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3726670A (en) * | 1961-07-03 | 1973-04-10 | K Kusaka | Nodular graphite cast iron containing calcium,rare earth metals and magnesium and a method for its production |
| GB1289627A (en) * | 1969-12-30 | 1972-09-20 | ||
| RU2250268C1 (en) * | 2003-07-24 | 2005-04-20 | Брянский государственный технический университет | Method of production of ingots made out of mottled cast iron with austenitic-bainite structure |
| RU2267542C1 (en) * | 2004-07-19 | 2006-01-10 | Брянская государственная инженерно-технологическая академия (БГИТА) | Cast iron, method for producing the same and method for thermal processing of ingots cast from the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009118210A (en) | 2010-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102242322B (en) | Improved 40CrNiMo steel and preparation method thereof | |
| CN102605260A (en) | Low-deformation gear steel and manufacturing method thereof | |
| CN105734397A (en) | High-strength gray cast iron material and melting pouring technology thereof | |
| CN104294162A (en) | Twisted steel for 785 MPa-level high-strength prestressed structure and preparation method of twisted steel | |
| CN116254483B (en) | A high-strength steel plate with excellent low-temperature impact toughness and a method for manufacturing the same | |
| CN110358965A (en) | 100 grades a kind of or more high-test chain wire rod and its manufacturing method | |
| CN115261734A (en) | High-homogeneity non-quenched and tempered steel for engineering machinery and production method | |
| WO2019029533A1 (en) | Cast steel, preparation method for cast steel and use of cast steel | |
| CN108203786B (en) | Silicon solid solution high-strength plastic ferrite nodular cast iron, manufacturing method and railway locomotive part | |
| RU2237728C1 (en) | Method of production of continuously cast blank of bars from boron-containing steel for cold die forging of high-strength fasteners | |
| RU2504597C1 (en) | Method for cast iron heat treatment with spherical graphite | |
| CN111996436B (en) | Bucket tooth of large excavator and preparation method thereof | |
| RU2415949C2 (en) | Procedure for production of cast iron with spherical graphite and austenite-ferrite metal matrix | |
| RU2250268C1 (en) | Method of production of ingots made out of mottled cast iron with austenitic-bainite structure | |
| RU2307875C1 (en) | Cast iron and method for heat treatment of its castings | |
| CN113462955B (en) | High-strength high-toughness isothermal quenching ductile iron material and preparation method and application thereof | |
| US10844450B2 (en) | Black heart malleable cast iron and manufacturing method thereof | |
| RU2432412C2 (en) | Iron and procedure for its production | |
| RU2449043C2 (en) | Method for cast iron heat treatment with spherical graphite | |
| RU2249629C1 (en) | Round-profiled rolled iron from medium-carbon high-plasticity steel for cold die forging of high-strength especially high-profiled fastening members | |
| KR19980073737A (en) | High toughness chromium-molybdenum steel for pressure vessels | |
| RU2267542C1 (en) | Cast iron, method for producing the same and method for thermal processing of ingots cast from the same | |
| RU2249628C1 (en) | Round-profiled rolled iron from low-carbon steel for cold die forging of high-strength especially high-profiled fastening members | |
| RU2605016C2 (en) | Method of producing high-strength cast iron | |
| RU2238333C1 (en) | Method for producing of rolled bars from boron steel for cold bulk pressing of high-strength fastening parts |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110514 |