Ковкий перлитный чугун

(191 (111 СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХРЕСПУБЛИН 4(51) С 22 С 37/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСА Е ИЗОБРЕТЕН ВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1.Герек А., Байка Л.ный чугун - конструкционнМ., "Металлургия", 1978.2.Отливки иэ легированОСТ 1,90077-72. ханических свойств чэации модуля упругосдополнительно содержиследующем соотношенимас.%:УглеродКремнийМарганецМедьНикель гуна и стабилии при 300 С, он т никель при компонентов,ов,Н.Не Легированя материал. Желрэопри этом содержание и никеля должно соот личине кремниевого э го чугуна.(54)(57) КОВКИЙ держащий угле медь и желеэо с я тем, что ПЕРЛИТНБЙ ЧУГУН, сод, кремний, марганец, отличающийс целью повьппения ме 81 Э = %й + 0,3(%Си + %й),равной 1,6 - 2,35,К АВТОРСКОМ 2,4-3,21, 00-1, 751,3-2,00,7-1,30,3-1,0Остальноеремния, медиетствовать ввивалентаИзобретение относится к литейному производству тонкостенных чугунных заготовок с повьппенными механическими свойствами и может быть использо 20 Технология получения ковкого чугу 30 на с медью приведенного состава не изменяется и подобна технологии получения ковкого нелегированного чугуна с продолжительностью отжига 8-10 ч.Применение меди в чугунах с повышенным содержанием кремния (для со 35 кращения продолжительности отжига) не устраняет полностью тенденцию к Ферритизации чугуна при отжиге исходного белого на ковкий. Чугун получа 40 ется с низким модулем упругости 13000-14000 кгс/мм и весьма нестабильной характеристикой упругости при повышенной тепловой нагрузке до 4000 С.Цель изобретения - повьппение механических свойств чугуна и стабилио зация модуля упругости при 300 С. Поставленная цель достигается тем, что ковкий перлитный чугун, со держащий углерод, кремний, марганец, медь и железо, дополнительно содержит никель при следующем соотношении компонентов, мас.Х:УглеродКремнийМарганецМедь вано при получении отливок методами литья в Формы с интенсивной тепловой активностью и принудительной заливкой расплава на центробежных установках, литьем под давлением, вакуумным всасыванием. 1 ОИзвестно использование легирования медью исходного чугуна с целью получения ковкого чугуна с повьппенными механическими и коррозионньви свойствами, а также уменьшенной спо собностью к охрупчиванию Я .Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигае-, мому результату является чугун 2, содержащий, мас, :Углерод 2,3-3,0Кремний 0,5-1, 1Марганец 0,6-1, 2Хром 0,15Медь 1,0-1,5 25фосфор с 0,2Сера . О, 08Железо Остальное Никель 0,3-1, ОЖелезо Остальноепри этом содержание кремния, меди иникеля должно соответствовать величине кремниевого эквивалентаЯд =81 + 0,3 ( сц +йд),равной 1,б - 2,35,Содержание ингредиентов в указанных пределах определяется получениемотливок с перлитной микроструктуройпри оптимальном режиме их термической обработки.Выбор .ингредиентов и их содержание устанавливают по их влиянию наструктурообразование в отливке прикристаллизации и термообработке.Комплексное влияние ингредиентовдолжно предотвратить развитие процесса образования пластинчатого графитапри затвердевании отливок и обеспечить при их термообработке полнуюграфитизацию первичных включенийцементита с образованием равномернораспределенных включений граФитаотжига среднего размера и наиболеекомпактной Формы, близкой к глобулярной, и перлита при последующемохлаждении отливок,Содержание углерода определенопо результатам его влияния на распределение, количество и Форму включений графита, влияющих на механические свойства чугуна: при содержанииуглерода ниже 2,4 и сравнительновысоком кремниевом эквиваленте послетермообработки выделяются мелкиевключения графита сетчатой формы;при содержании углерода более 3,2 включения графита значительно укрупняются и принимают форму разветвленных хлопьев.Выделение графита анормальнойформы приводит к снижению значениймодуля упругости и предела прочностичугуна,1Пределы содержания кремния оптимизируют продолжительность отжига белого чугуна, способствуют полной графитизации первичного цементита; присодержании кремния меньше 1,07 продолжительность графитизации первичного цементита увеличивается 2-3раза и достигает 12-15 ч (вместо 5 ч),что затрудняет получение чугуна сплотной пврлитной структурой и способствует его Ферритизации; при содержании кремния более 1,75 уже прикратковременном отжиге (5 ч) происхо3 11371дит ферритизация чугуна и ньИелениекрупного графита в виде разветвленных хлопьев.С ферритизацией чугуна увеличивается его пластичность при одновременном снижении значений пропела прочности, модуля упругости и увеличениипотери упругости при 300 С.оПовышенное содержание марганца посравнению с прототипом позволяет стабилизировать технологию получениячугуна с перлитной микроструктурой:при содержании марганца меньше 1,3%при наибольшем содержании кремнияобразуется ферритный чугун с заниженными механическими свойствами; присодержании марганца больше 2,0 , иминимальном содержании кремния про -должительность термообработки белогочугуна на перлитный увеличивается до25 ч.При термообработке по указанномурежиму первичные вкпючения цементитаполностью не графитизируются и процент их содержания остается высоким - 2530-40%. При наличии свободноструктурного цементита в большом количестверезко снижаются механические свойства чугуна.Растворимость меди в твердом раст-З 0воре железа ограничена (0,8/) и дополнительное легирование сплава никелем увеличивает положительное суммарное воздействие его с медью.При повышенном содержании кремния35и изменившемся отношении содержаниясеры и марганца дополнительное леги -рование чугуна никелем способствуетполучению компактных и округлых формграфита при равномерном их распреде 40лении, благоприятному воздействиюна графитизацию в высокотемпературной области и перлитизацию в низкотемпературной,В соответствии с вводимыми значе 45ниями кремниевого экивалента комплексное влияние никеля и меди компенсирует однонаправленное влияниекремния, при довольно широком интервале его содержания, на структуро 50образование в чугуне в процессе отжига,При суммарном содержании никеля.и меди меньше 1,0 при минимальномсодержании кремния и максимальном 10марганца графитизация первичного цементита (при указанном режиме термообрабоки) не завершается полностью и в структре остается до 30 . цементита - механические свойства принимают заниженные значения.Повышенное суммарное содержание никеля и меди (более 2,3 ) при максимальном содержании кремния и минимальном марганца приводит к образованию легированной ферритной матрицы с заниженным модулем упругости.П р и м е р. Из чугуна известного и предложенного составов (табл. 1) отливались тонкостенные маслоты (4 мм) на центробежных установках в металлические водоохлаждаемые изложницы.Термообработку для маслот из чугуна предлагаемого состава осуществлялипо единичному режиму: выдержка при920 С 5 ч и отпуск при 650 С 2 ч.Для изделий из чугуна известногосостава термообработку осуществлялиопо режиму: выдержка при 920 С 12 чи отпуск при 650 С 2 ч.о,Результаты испытаний представленыв табл. 2.Из приведенных данных следует,чтопредлагаемый состав чугуна обеспечивает получение перлитной микроструктуры заготовок с требуемым комплексом мехнических свойств (табл. 2)при термообработке их по принятомуорежиму - нормализация с 920-950 Спосле выдержки 5 ч и последующий отпуск при 650 С в течение 2 ч,оПределы содержания каждого ингредиента обеспечивают повышение механических свойств чугуна и стабилизациюмодуля упругости при 300 С в произоводственных условиях при неизбежныхотклонениях технологических параметров литья и термообработки, химического состава применяемых исходных шихтовых материалов. Внедрение койкого перлитного чугуна взамен легированного с пластинчатым графитом позволяет ликвидировать поломку (лом) поршневых колец и получить экономический эффект только за счет ликвидации лома колец в процессе их изготовления и эксплуатации 116 тыс. рублей.1137110 Таблица 1 Химический состав чугунов Чугуны234 Зэ 2 2,8 2,8 1,0 1,75 0,7 2,0 1,65 0,9 1,0 1,3 1,0 0,7 О, 12 0,12 0,12 0,18 Сера О, 18 0,08 0,2 Хром1 0,15 Ф 1,69 1,91 1,09 Т 1. Микроструктурапосле нормализации с 920 СО(4 5 Ч) и отпуска прнл6500 ( 2 ч) Перлит Перлит Перлнти цементита 1574 Т 2. Микроструктураопосле нормализации с 920 С(12 ч) и отпуска при6500 С ( 2 ) Зернистыйперлит иферрита15-253 Таблица 2 Механические свойства чугунов Чугуны Свойства 2 3 4 (Т 1/Т 2) Предел прочности при растяжении, кгс/мм 43/38 60 75 43 36/27 предел текучести, бкгс/ммф 40 50 Удлинение, 8 ХМодуль упругости Е, кгс/мм 1,5 18000 17000 бПотеря упругости при 300 С, ХТвердость НВ, кгс/ммф 4,0 б/8240 285/220 4,0 220 265.Содержание элементови термообработка УглеродКремнийМарганецМедьНикельФосфор Тонкодис-. персный перлит и отдельные включения цементита 4 1,0/б17000 17000/14000