Чугун

ООЭ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 09) 01): а) С 22 С 3710 ГОСУДАРСТВЕ ПО ДЕЛАМ И НОМИТЕТ СССРТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ лью улучшениударной вязон содержитоотношении,что, сц свойств ойкости, едующем сти мпо 38Г. аро 2,5-3, 1,7"2,0,64-1,0,22"О,8. 8)свидетельство СССР С 37/00, 1980.йка Л. Легированукционный материал.1978, с. 67,Фосфор Сурьма Железо 2, Чуг 0,01-0,0 ф Остально оп. 1, отли м, что отношение равно 2,9-3,6.а юарс як се ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВИзобретение относится .к металлургии, в частности к разработке состава чугуна для изготовления доводочного инструмента.Известен чугун 1 3, содержащий, мас.%:Углерод 2,5-3,8 Кремний 1,5-2,5Марганец 0,5-2,5Сера О23-0,9Фосфор 0,23-1,0Олово Ое 22 Оа 5 Железо Остальное 40 Указанный чугун имеет недостаточную ударную вязкость, низкую изно 15состойкость, а также неудовлетворительные доводочные свойства.Наиболее близким к предложенномупо технической сущности и достигаемо- .му эффекту является чугун 2 , сле 20дующего состава, мас.%:Углерод 3,2-3,5Кремний 1,8-2,4Марганец 0,8-1,10Сера . До 0,1025фосфор 0,15-0,30Сурьма О, 08-0, 11Железо ОстальноеИзвестный чугун имеет недостаточные доводочные своиства, ударнуюч 30вязкость и износостойкость,Целью изобретения является улучшение доводочных свойств, ударнойвязкости и износостойкости.Указанная цель достигается тем, 35что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, сурьмуи железо, содержит компоненты приследующем соотношении, мас,%:Углерод 2,5-3,5Кремний 1,7-2,6Марганец 0,64-1,80Сера 0,22-0,50фосфор 0,40-1,0Сурьма 0.,01-0,08 45Железо ОстальноеПри этом отношение марганца ксере равно 2,9-3,6,Выбор граничных компонентов всоставе предложенного чугуна обуслов лен следующим образом.Углерод является, одним иэ основныхэлементов, определяющих комплексовойств чугуна различного назначения,В том числе идля высокоточнойдоводки. При содержании углерода в пределах 2,5-3,5% создаются наиболее,благоприятные условия для формирования перлитной структуры чугуна, наиболееблагоприятной для обеспечения высокихдоводочных свойств чугуна.При содержании углерода ниже 2,5%в структуре. чугуна появляется структурно-свободный цементит ледебуритас высокой твердостью, не допускающийся в доводочном инструменте, так какон наносит повреждения на поверхностьдоводимой детали. При этом твердостьотливок резко возрастает (состав 1,табл.2), ухудшается обрабатываемость,падает вязкость, а при отливке заготовок для изготовления доводочногоинструмента в цельнометаллическиеформы для повышения плотности чугунаповерхность отливок имеет значительный отбел.При содержании углерода вьппе 3,5%в структуре чугуна появляются крупныеграфитные включения, механическиесвойства чугуна, в том числе и удар-.ная вязкость, а также шаржируемостьснижаются, ухудшаются литейные свойства,Кремний является интенсивнымграфитообразователем и способствуетэвтектоидному распаду аустенита. Дляполучения преимущественно перлитнойструктуры, наиболее благоприятной вдоводочных чугунах для сочетания высокой изнОсостойкости и шаржируемости абразивом, в данном чугуне величина эвтектичности по граничным пределам содержания Сии Я находится в,пределах 0,66-0,74.При содержании кремния ниже 1,7%в структуре чугуна появляется цементит ледебурита, снижающий доводоч"ные свойства и наносящий поврежденияйа поверхность доводимых деталей,резко возрастает твердость отливок.При содержании кремния выше 2,6%значительно укрупняются графитныевключения, снижается ударная вязкость, возрастает износ чугуна,Марганец при оптимальных содержаниях способствует образованию в чугуне карбидов типа (Ре, Мп)4 С,входящихв состав перлита, уменьшает размерграфитных включений, способствуетперлитиэации матрицы и повышает дисперсность перлита,Большая часть марганца в чугуне1 связывается с серой с образованиемв структуре сульфидов глобулярнойформы, равномерно распределенных вметаллической основе.3При содержании марганца менее0,64% снижаются количество сульфидных включений, шаржируемость абразивом, повышается износ чугуна и ухудшаются его литейные свойства.При содержании марганца выше1,8 получается его. избыток по сравнению с необходимым для образованиясульфидных включений, что обуславливает повышение твердости чугуна,егоизноса, снижает шаржируемость иударную вязкость.Чугун с серой обладает рядом уникальных свойств, обусловленныхприсутствием большого чиела мелких,сульфидных включений типа (Ип, Ре) Яимеющих глобулярную форму и равномерно распределенных в металлической основе. Такие чугуны обладаютхорошей обрабатываемостью, высокимиантифрикционными свойствами и износостойкостью. Повышенное. содержаниесеры снижает вязкость жидкого чугуна и повышает его жидкотекучесть,следовательно, улучшает литейныесвойства и снижает глубину залеганиялитейных дефектов,При уменьшении содержания серыдо 0,20% и ниже резко уменьшаетсяколичество сульфидных включений и нарушается оптимальное соотношение1;содержания марганца и серы, что повышает твердость отливок и износчугуна, снижает литейные свойства иколичество сульфидов. В сульфидныевключения интенсивно внедряется(шаржируется) абразив, Наличие достаточного количества сульфидныхвключений значительно повышает износостойкость доводочного инструментаи позволяет длительное время сохранять полученный профиль доводника,что важно для получения высокоточной1 геометрии деталей.При содержании серы выше 0,50 также нарушается оптимальное отношение марганца к сере и резко повышается твердость отливок, снижаетсяударная вязкость, растет среднийразмер графитных включений и износчугуна, ухудшаются литейные свойстваснижается шаржируемость. фосфор, не растворенный в металлической основе чугуна, образует сложную тройную эвтектику - стедит, располагающуюся в виде тонкой сетки. Стедит имеет высокую твердость и улучшает адсорбцию пленки смазки, 55 отношении содержания этих компонентовв пределах.2,9-3,6 обеспечивает образование в структуре большого количества сульфидов марганца глобулярнойформы, равномерно распределенныхв металлической основе, играющих рольтвердой смазки в процессе высокоточной доводки и предотвращающих схваты 118708что значительно повышает износостой-,кость чугуна, особенно в условияхабразивного износа, в которых работает доводочный инструмент, Фосфортакже повышает жидкотекучесть чугуна 5и, следовательно, улучшает его литейные свойства.При содержании фосфора ниже 0,403он практически весь находится втвердом растворе и количество фосфидной эвтектики минимально, следова,тельно, и влияния фосфора на изно-состойкость и литейные свойства практически не проявляется.При содержании фосфора более 1,0 резко возрастает количество стедитав структуре чугуна, который выделяется грубыми включениями по границамзерен, что снижает скачкообразно 20шаржируемость, ударную вязкость иухудшает чистоту ооработки деталейза счет повреждений доводимых поверхностей твердымии грубыми участкамифосфидной эвтектики (НВ 440).Сурьма при введении в чугун в оптимальных количествах изменяет формуграфитных включений, приближая еек розеточной, и значительно уменьшает размер графитных включений,что приводит к повышению ударной вязкости чугуна.При введении сурьмы в количествеменее 0,01(состав 1, табл.2) еевлияние практически не проявляется.Вся введенная сурьма в этом случае З 5 связывается в интерметаллидные соединения типа РеБЬ и сульфиды сурьмы.В интервале оптимальных концентраций сурьмы 0,01-0,05 линейно повышается твердость отливок, на относи тельно высоком уровне поддерживаетсяударная вязкость за счет уменьшенияразмера графитных включений.При введении сурьмы в количествеболее 0,08 . практически отсутствует 45 првышение твердости, увеличиваетсяизнос чугуна, падает ударная вязкость,т.е. свойства доводочного чугунаснижаются.Введение в состав чугуна марганцаи серы в указанных количествах при2,70 1,94 0,52 1,10 0,09 3,6 3,7 2 30 1 05 0 10 0 28 0 11 3,4 10,5 вание доводимых деталей с доводочным чугуном, при котором повреждаются доводимые поверхности.В сульфидные включения интенсивно внедряются зерна абразива (идет шаржнрование) и прочно там удерживаютсяНаличие сульфидных включений в структуре чугуна значительно снижает износ доводочного инструмента и позволяет длительное время сохранять 1 О профиль доводннка, что важно для получения высокоточной геометрии доводимых деталей.Снижение отношения марганца к сере до величины 2,8 и ниже нарушает 15 оптимальное отношение, что соответствует увеличению содержания серы или уменьшению содержания марганца, а это в свою очередь вызывает повьппение износа, снижение шаржируемос ти и ударной вязкости.Увеличение отношения марганца к сере до величины 3,7 и более равноценно повьппению содержания марганца и снижению содержания серы, что при водит к появлению в структуре цементина ледебурита, повышает твердость, износ, размер графитных включений, снижает шаржируемость и ударную вязкость чугуна. 30Чугун для изготовления литых заготовок шарикодоводочных дисков диаметром 420 мм и массой 110 кг выплавляется в индукционных высокочастотных печах. Шихта состоит из литейного 3 чугуна марок Л 1-Л 5, стального лома и легирующих добавок для получения заданного химического состава (Ферросилиция; ферромарганца, сернистого железа, чушковой металлической сурьмы и металлического олова).Ферросилиций и ферромарганец подаются па расчету шихты в завалку, феррофосфор и сернистое железо вводятся в жидкий чугун за 10-15 мин до выпуска из печи, металлические сурьма и олово - за 2-4 мин до .выпуска при температуре металла 1370- 1390 С. Чугун разливается при 1340 о1370 С в цельнометаллические разъемные формы.Технология выплавки и разливки предложенного чугуна не меняется по сравнению с применяемой для известного чугуна.Проведено исследование и испытание составов чугуна, каждый из которых содержит, мас,7: углерод 2,5-3,5; кремний 1,70-2,60; фосфор 0,40-1,00, и отличается друг от друга содержанием марганца, серы (и их отношением), олова и сурьмы (табл.1), содержание железа составляет дополнительную до 1007 часть в каждом составе.Составы известного и предложенного чугуна указаны в табл.1.В табл.2 приведены результаты сравнительных испытаний чугунов.Как следует из табл,2, чугун предложенного состава обладает лучшими доводочными свойствами, ударной вязкостью и износостойкостью по сравнению с известным.Зкономический эффект от внедрения изобретения составит 196 тыс.руб.Таблица 11118708 Таблица 2 Ударная Состав ТвердостьНВ Шаржируемость,усл.ед. Износ КолиГлубина (средняя) залеганиялитейных дефектов, мм чугуна,г/ч вязко,стькДж/м 2 14 41 4,1 13,4 39 52 8,2 37 38 31 13,4 Извест- .ный 24 73 17,7 Составитель Н. КостронойРедактор М. Лыпын Техред Ж,Кастелевич Корректор А. ЗимокосовС 1 Тираж 602 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 7379/21 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 чествосульфидов на1 ммплощадишлифа 1 293 0,19 170 0,68 2 174 0,20 260 0,80 3 201 0,16 280 0,80 4 241 0,18 250 0,84 5 229 0,21 200 0,84 6 184 О, 24 2200,44 Среднийразмерграфитныхвключений,мкм