чугун

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, никель, серу, церий, ниобий, магний и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий и кальций при следующем соотношении ингредиентов, мас.

Углерод 2,7 3,2

Кремний 1,0 2,0

Никель 0,5 1,0

Сера 0,01 0,02

Церий 0,1 0,7

Ниобий 0,03 0,09

Магний 0,01 0,08

Алюминий 0,008 0,02

Кальций 0,001 0,005

Железо Остальноеи

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к углеродсодержащим сплавам железа, в частности, к легированным чугунам, которые могут быть использованы при изготовлении сварочных электродов для электродуговой сварки и наплавки чугунных изделий.

Чугун является конструктивным материалом, поэтому ремонт или восстановление чугунных изделий, особенно чугунных прокатных валков методом электродуговой наплавки, весьма актуальная задача. Решение этой задачи существенно затруднено из-за низких пластических свойств известных чугунов, что делает невозможным или очень дорогим процесс изготовления чугунных сварочных электродов.

Известен чугун (патент ФРГ N 1213621, кл. C 22 C 37/04, публ. 1963), содержащий мас.

Углерод 3,25-3,75

Кремний 2,0-2,6

Марганец 0,2-0,6

Никель 0,5-1,5

Медь 0,1-0,5

Примеси серы До 0,02%

Примеси фосфора До 0,16%

Железо Остальное.

Этот чугун имеет низкие пластические свойства, что делает невозможным изготовление из него электродной проволоки диаметром 2-6 мм.

Известен ковкий перлитный чугун (а.с. СССР N 1137110, кл. C 22 C 37/10, публ. 1985), который имеет состав, мас.

Углерод 2,4-3,2

Кремний 1,0-1,75

Марганец 1,3-2,0

Медь 0,7-1,3

Никель 0,3-1,0

Сера 0,08-0,18

Фосфор До 0,12

Железо Остальное.

Этот чугун также имеет низкие пластические свойства, что не позволяет изготовить из него электродную проволоку.

Наиболее близким по своему химическому составу к заявляемому является чугун, описанный в а.с. СССР N 1705593, кл. 5 C 22 C 37/10, публ. в 1992 г. и выбранный в качестве прототипа.

Этот чугун содержит, мас.

Углерод 2,8-3,2

Кремний 1,5-1,9

Никель 0,5-0,9

Сера 0,01-0,02

Фосфор 0,01-0,02

Церий 0,4-0,8

Ниобий 0,03-0,09

Магний 0,01-0,05

Железо Остальное.

В сравнении с остальными чугун, защищенный а.с. СССР N 1705593, более пластичный, что позволяет его прокатывать в сравнительно тонкий лист, однако и он непригоден для изготовления электродной проволоки диаметром 2-6 мм, которая необходима для ремонта и восстановления чугунных изделий методом наплавки.

Следует отметить, что чугунные электроды, полученные отливкой, непригодны для ремонта и восстановления чугунных изделий методом наплавки, так как при их использовании невозможно обеспечить устойчивое горение дуги.

Цель изобретения повышение пластичности чугуна для обеспечения возможности получения сварной проволоки методом волочения.

Цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, никель, серу, церий, ниобий, магний и железо, дополнительно содержит алюминий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 2,7-3,2

Кремний 1,0-2,0

Никель 0,5-1,0

Сера 0,01-0,02

Церий 0,1-0,7

Ниобий 0,03-0,09

Магний 0,01-0,08

Алюминий 0,008-0,02

Кальций 0,001-0,005

Железо Остальное.

Источники информации, в которых был бы описан чугун, имеющий состав, адекватный заявляемому, неизвестны, поэтому заявленное техническое решение соответствует критерию "новизна".

Неизвестен источник информации, в котором бы содержались сведения о возможности изготовления из чугуна электродной проволоки методом волочения, поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На основании вышеизложенного заявляемый чугун может быть признан изобретением.

Химический состав предлагаемого чугуна при предельных значениях содержания элементов приведен в табл.1. В табл.2 приведены свойства заявляемого чугуна и показатели качества наплавленного слоя при использовании чугунных электродов заявленного состава.

Выбор ингредиентов и их содержания определены экспериментально по их влиянию на механические показатели чугуна и его свойства в качестве материала для наплавки чугунных изделий.

При содержании углерода более 3,2% появляется структурная неоднородность, проявляющаяся в выделениях перлита и крупных включениях графита, что ухудшает деформируемость. При содержании углерода менее 2,7% происходит резкое уменьшение количества центров кристаллизации и графитизации и снижается способность чугуна к пластической деформации.

При содержании кремния менее 1,0% резко снижается графитизация чугуна и ухудшается его пластичность. Повышение процентного содержания кремния увеличивает твердость сплава. При содержании кремния выше 2% увеличивается количество эвтектического чугуна, что приводит к охрупчиванию и резкому снижению пластичности.

При содержании никеля менее 0,5% структура чугуна нестабильна, что приводит к разрушению и разрывам заготовки при прокатке. Если никеля в чугуне более 1% то недопустимо снижается пластичность сплава.

Сера в чугуне образует с церием тугоплавкие сульфиды, являющиеся центрами кристаллизации и упрочняющие матрицу. При содержании серы менее 0,01% не проявляется упрочняющее влияние сульфидов железа и церия. При содержании серы более 0,02% ухудшаются пластические свойства сплава.

Магний и церий обеспечивают эффективное раскисление, формирование отдельных размеров частиц углерода. При содержании церия менее 0,1% и магния менее 0,01% не обеспечивается глобулярная форма графита в ферритной матрице. При содержании церия более 0,7% и магния более 0,08% в структуре чугуна образуются крупные неметаллические включения, которые располагаются по краям зерен, что приводит к потере пластичности и разрушениям при прокате.

Введение ниобия предотвращает рост сегрегаций по границам зерен, измельчает неметаллические включения. При содержании ниобия менее 0,03% влияние введения ниобия не сказывается. Если содержание ниобия более 0,09% чугун чрезмерно упрочнен карбидами ниобия и из него становится невозможным получить прокаткой профили тонких сечений.

Введение алюминия позволяет повысить пластичность чугуна. При содержании алюминия менее 0,08% пластичность чугуна недостаточна, чтобы обеспечить получение сварной проводки волочением. При содержании алюминия более 0,02% ухудшаются свойства чугуна как материала для наплавки.

Введение кальция позволяет повысить пластичность чугуна и улучшает его свойства как наплавочного материала, так как наличие кальция обеспечивает равномерность горения электрической дуги и рафинирует наплавляемый слой, исключает образование в нем горячих и холодных трещин. При содержании кальция менее 0,001% пластичность чугуна недостаточна, чтобы изготавливать из него сварную проволоку волочением. При содержании кальция более 0,005% увеличивается количество неметаллических включений в чугуне и ухудшаются его механические показатели.

Чугун предлагаемого состава (табл.2) обладает повышенной деформированностью при горячем волочении, минимальный диаметр проволоки, который удается получить, составляет 1,5-2,0 мм. Электроды из такой проволоки обеспечивают высокое качество сварки и наплавки чугунных деталей. При использовании сварной проволоки, полученной волочением, дуга горит устойчиво. При запредельных значениях содержания ингредиентов (составы 1,5-9, табл.1) деформируемость волочением чугунов резко ухудшается, горение дуги неустойчиво и сварочный и наплавочный слои имеют дефекты.

Чугун, принятый в качестве прототипа (сплав 10, табл.1), не обладает достаточной пластичностью, чтобы из него возможно было бы получить сварочную проволоку волочением, а использование его в качестве наплавочного материала дает неудовлетворительные результаты.

Использование заявленного чугуна дает возможность получать волочением чугунную электродную проволоку диаметром 2,0-6,0 мм и производить ремонт и восстановление чугунных изделий методом наплавки с высоким качеством.