Половинчатый чугун

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 2 С 370 Г 5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АТЕНТУ 6952/0209.9007,92. Бюл. М 25(21) 486 (22) 27. (46) 07, (76) Г.И (53) 669 (56) Авт ЬЬ 1041Авт М 1127 о СССР6, 1983. о СССР , 1983. ОВИНЧАТЫЙ ЧУГУНбретение относится к области меи и может быть использовано пр 54) П 57) И таллу Изобретение относится к ме в частности к половинчатым чугу дающим повышенными антифри свойствами, износостойкостью стью,Известен чугун следующего го состава, мас,%; Углерод 2,9 Кремний 3,6 0,9таллургии,нам, обла-ционнымии прочноУглеродКремнийМарганецХром мичес ЭТКЭМ. Э хрупкос ость, чт иликокэ ормы г шого ко карбидже обр занием. Наиболее близкется чугун, содерж м к предлагаемомащий, мас,%: МарганецХромМедь. ЖелезоК недостповышеннаяточная прочнчастичного сстинчатой фНаличие больдов (наряду сухудшает такре-3,8 -5,5 -1,51,5-3.8 0,8-1,5 Остальное того чугуна относятся ть и не всегда достэо является следствием рбидного отбела и пларафитных включений, личества силикокарбиами МпСЗ типа Сг 7 Сз) абатываемость чугуна Ж 1746888 АЗ производстве чугунных отливок, Сущность изобретения; половинчатый чугун содержит, мас,%: С 3-4,2; 8 2,4-3,3; Мп 0,3 - 1,5; Сг 1,2-2,6; Со 0,4 - 2,3; Ч 0,1 - 0,8; А 0,06-0,6; .Ма 0,002-0,05; Са 0,005-0.06; РЗМ 0.005 - 0,06; Т 0,05-0,2; Ее остальное. Дополнительное введение Т и уменьшение содержания 9 позволяют повысить дв в 1,57-1,72 раза и стабилизировать в интервале 630-680 МПа.,а также повысить износостойкость в 1,56-1,89 раза при сохранении низкого коэффициента трения, 2 табл. 3,5-3;8 3,4-4,0 0,3-0,6 1,4 - 2,1Медь 0,5-2,0 8 анадий 0,15-0,5 Алюминий 0,04-0,4 Магний 0,01-0,035 Кальций 0,01-0,08 РЗМ 0,01-0,15 Железо Остальное Недостатками этого чугуна являются нестабильные значения свойств из-за возможного несогласованного соотношения содержащий графитизирующих и Марбидообразующих элементов и отсутствия ограничений по суммарному содержанию элементов - модификаторов, В ряде случаев это может привести к резким выпадам по прочности и износостойкости.,Целью изобретения является повышение и стабилизация значений прочности и иэносостойкости чугуна при сохранении низких значений коэффициента трения.Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, ванадий. алюминий, магний, кальций. РЗМ и железо. дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас,:Углерод 3.0-4,2 Кремний 2,4-3,3 Марганец 0,3 - 1,5 Хром 1,2 - 2,6 Медь 0,4 - 2,3 Ванадий 0.1 - 0,8 Титан 0,05-0,2.Алюминий 0,06-0,6 Магний 0,002-0,05 Кальций 0,005 - 0,05 РЗМ 0,005-0,06 Железо Остальное причем содержание компонентов удовлетворяет следующим соотношениям, мас. :П 1 = 51+ А 1+ 1/2 Со = 3,04-4,67: П 2 = Сг+ Ч + 1/2 Мп = 2,15-3.26;Пз = Му+ Са+ РЗМ = 0,067- 0;096;П 1-П 2 05,где П 1 - параметр, характеризующий суммарное содержание элементов-графитизаторов;П 2 - параметр, характеризующий содержание карбидообразующих элементов;Пз - параметр, характеризующий соде ржание элементов-модификаторов.В качестве примесей чугун может содержать серу (до 0,036) и фосфор (до 0,08.Состав чугуна выбран, исходя из следующих соображенийПо сравнению с известным в составе предлагаемого чугуна уменьшено содержание кремния с ограничением в интервале 2,4 - 3,3 ф , Если содержание кремния более 3,3, то становится возможным образование силикокарбидов и силикоферрита с охрупчиванием чугуна, что приводит к снижению прочности и стабильности всею комплекса свойств, При содержании кремния менее 2,4 степень графитизации чугуна оказывается недостаточной. что проявляется в существенном повышении твердости, ухудшении обрабатываемости чугуна резанием и увеличении коэффициента трения.Алюминий в чугуне оказывает как графитиэирующее, так и модифицирующее действие, При содержании алюминия менее 0,06 ни один иэ этих эффектов практически не проявляется. Содержание алюминия более 0,6 трудно обеспечить технологически, так как при этом резко ухудшается жидкотекучесть чугуна и повышается склонность чугуна к образованию газовых дефектов,Медь в составе чугуна способствует грэфитизации при температурах твердожидко- .го и аустенитного состояний, при более низких температурах перлитизирует струк.5 туру матрицы. При содержании в чугуне более 1медь образует собственную (медистую) фазу, Все эти факторы сильно снижают коэффициент трения и повышают износостойкость чугуна, При содержании 10 меди менее 0,4 эти эффекты незначительны, Повышение содержания меди более 2,3 удорожает чугун без значительного положительного эффекта по свойствам,Общее содержание элементов-графи тиэаторов определяется значением параметра П 1, причем коэффициентом 0,5 характеризуется более слабое действие меди по сравнению с другими элементами.При П 1 3,04 степень графитизации чугуна 20 оказывается недостаточной, если же П 14,67, что происходит снижение свойств чугуна из-за уменьшения количества карбидов и охрупчивания матрицы чугуна.Основным карбидообразующим эле ментом в чугуне является хром. Его содержание ограничено 1,2 - 2,6. При содержании хрома менее 1,2 структура чугуна оказывается сильно графитизированной, что проявляется в снижении твердости и 30 износостойкости чугуна. При содержании вчугуне более 2,6% хрома трудно обеспечить необходимую степень графитизации без образования силикокарбидов и силикоферрита, так как отбеливающее действие такого 35 количества хрома можно нейтрализоватьтолько большим количеством кремния.Небольшие количества ванадия существенно изменяют структуру чугуна и повышаЮт его прочность и износостойкость. При 40 содержании ванадия менее 0,1% этот эффект незначителенИспользование ванадия в количестве более 0,8% нецелесообразноиз-за повышения стоимости чугуна беэ заметного положительного эффекта по свой ствам.Содержание марганца ограничено интервалом 0.3-1;5, При содержании 0,3% марганец является технической примесью и дальнейшее его уменьшение требует при менения специальной шихты, что удорожает чугун. При содержании более 1,5 марганец сильно повышает твердость матрицы чугуна, что проявляется в повышении общей твердости, ухудшении обрабатывае мости чугуна резанием и повышении коэффициента трения.Общее содержание карбидообразующих элементов определяется значением параметра П 2, При П 22,15 количество карбидов в литой структуре чугуна недоста.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 точно. так как не обеспечивает нужную твердость и высокую износостойкость чугуна. При Пр3,26 существенно снижается степень графитизации чугуна, увеличивается коэффициент трения и ухудшается обрабатываемость чугуна резанием.Титан играет роль стабилизатора степени графитиэации и свойств чугуна. Первичные и эвтектические карбиды титана являются центрами графитизации, что способствует устранению кинетического отбела, При остаточном содержании титана менее 0,05 этот эффект незначителен. при содержании титана более 0,2 образуются крупные первичные карбиды компактной формы, .которые легко выкрашиваются и увеличивают износ чугуна,Предлагаемый интервал содержания углерода 3,0-4,2обеспечивает формирование половинчатой структуры чугуна при соблюдении условий по параметрам П 1 и Пг, При содержании углерода менее 3 ослабляется действие графитизаторов и усиливается влияние отбеливающих элементов, что приводит к недостаточной графитизации чугуна, излишне высокой твердости, плохой обрабатываемости резанием и повышению коэффициента трения, При содержании углерода более 4,27 ь проявляется обратный эффект с чрезмерным увеличением степени графитизации и появлением в структуре чугуна крупных заэвтектических карбидов, резко снижающих свойства чугуна,Магний, кальций и РЗМ использованы в качестве элементов-модификаторов с целью сфероидизации графитных включений и измельчении первичной структуры чугуна. Общее содержание этих элементов должно соответствовать параметру Пз При Пз0,067 результаты модифицирования нестабильны и в структуре чугуна может появляться вермикулярный или пластинчатый графит со значительным снижением прочности чугуна, При Пз0.096 ф( становится возможным эффект перемодифицирования с необоснованным повышением расхода модификатора. Целесообразно нижнее значение содержаний магния сочетать с верхними значениями содержаний РЗМ. Кальций играет роль десульфуратора, уменьшая расход магния и РЗМ. Остаточное содержание кальция менее 0,005% свидетельствует о повышенном расходе магния и РЗМ, Содержание кальция более 0,05 достигается при слишком высоком его содержании в комплексном модификаторе, что затрудняет усвоение модификатора жидким чугуном и приводит к увеличению в чугуне количества неметаллических включений и снижению его свойств. Плавки чугуна проводились в открытых индукционных тигельных печах на шихте. состоящей из углеродистой стали, электродного боя, ферросплавов (ферросилиция, ферромарганца, феррохрома, феррованадия и ферротитана), отходов электротехнической меди и алюминия. Ферросплавы (эа исключением ферротитана) вводят в расплав при 1350-1380 С. После расплавления ферросплавов вводят медь и алюминий. Алюминий частично используют в составе комйлексного модификатора.При переливе металла иэ печи в раэливочный ковш проводят комплексное модифицирование чугуна и его микролегирование титаном. В качестве модификатора используют смесь лигатур ЖКМ и ЖКМК, а также мишметалла и небольшого количества алюминия (до 0,2(,), Модифицирование проводят сандвич-процессом, пригружая модифицирующую смесь специально отлитой чугунной решеткой. Температура модифицируемого металла составляет 1420 - 1450 С.Жидкий чугун разливают в сухие песчано-глинистые формы. Отливают стандартные клиновые пробы толщиной 30 мм, из которых вырезают образцы для проведения металлографического анализа, механических испытаний и испытаний на износ, Испытания на износ проводят на машине МИ - 1 М в условиях сухого трения по схеме вращающийся диск - неподвижная колодка. Диск контртела диаметром 50 мм изготавливают из стали 45 и термообрабатывают на НВСЭ 46. Испытания проводят.при частоте вращения диска 250 об/мин с удельной нагрузкой 1,2 МПа. Износ определяют по потере массы образца в процессе изнашивания. Параллельно определяют коэффициент трения, Химические составы сплавов и реэультаты их испытаний приведены в табл,1 и 2 в сопоставлении с известным составом.Чугун предлагаемого состава (сплавы 1- 6) отличается от известного сочетанием более высоких и стабильных свойств. При выходе за предлагаемые пределы содержания компонентов в чугуне(сплавы 7-9) существенно ухудшаются его свойства(снижаются прочность и износостойкость, повышается коэффициент трения).Формула и зоб рете н ия Половинчатый чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, ванадий, алюминий, магний, кальций, РЗМ и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения и стабилизации прочности и износостойкости при сохранении низкого коэффициента трения. он дополни1746888 РЗМ 0,005-0,06 Железо Остальноепричем содержание компонентов удовлетворяет следующим соотношениям, мас,: 5 Пз с)1+ А 1+ 1/2 С 3 3,04 - 4,67;П 2- Сг+ Ч+ 1/2 Мп -2,15 - 3,26;Пэ " М 9 + Са + РЗМ - 0,067-0,096;Пз-П 2 0,5,где П 1 - суммарное содержание элементов 10 графитиэатора;П 2 - карбидообраэующих;Пз - элементов-модификаторов. тельно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас. : 7блме1гО)лам)том Оомме маме)е е 2 и НО Се )ВН 3,2 а 3,30 3,05 2.7 З 2,88 2,%9 2,777 0,76 2,06 086 1,50 Ое 30 120 ДО 1,77 1,12 2,60 0,80 1,65 2,16 2 3 1,86 0,39 0,91 0,57 0,6 0,80 1,35 0,8 2,300,23 О,И 0,02 3,00 3,28 з,бб 3,95 фю,20 Ое 15 Ое 50 0,08 0,60 0,05 0,23 0,20 0,06 0,18 Оезб 0,10 0,00 0,28 0,63 0,67 2,01 3,35 2,69 3,60 2,15 Зт 50 З,ОО ,39 3,26 3,0 2,28 3,60 3,63 0,010 0,002 0,038 0,030 0,050 0066 0,060 0,050 0,03 0,018 0,027 0,012 0,005 0,080 0,032 0,060 0,035 0,005 0,029 0,067 0,092 0,096 0,091 0,075 0,067 0,078 0,207 Состое соотеетете)ет Ооом)лемзоб)етемме Откимемме ло С,)ЬИЙ 2 ОСее)звеотмме 3,62 Отмломемме мо 02 Стет От 0)фО) Та блиц а 2 Свойства Сплав ее Еееееее Износ, Коэффицимг/см 2 анм ент тре"ния ТвердостьНВ Пределпрочнос"тиИПа еееееееее Составитель Г,ДудикТехред М.Моргентал Корректор О.Кундрик Редактор И.Шулла Заказ 2406 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина. 101 УглеродКремнийМарганецХромМедьВанадийТитанАлюминийМагнийКальций Предлагаее мый1 2 3 4 5 6 7 8 9 Известный 3.0-4,2 2.4-3,3 0.3-1,5 1,2-2,6 0,4-2,3 0,1-0,8 0,05-0,2 0,06-0,6 0,002-0,05 0,005-0,05 ббое 680