Чугун с вермикулярным графитом

(53) 669.15-196 ( (56) Авторское св Яф 924146, кл. С 2Авторское свид У 933778, кл. С 2 ков ров,ойцови И,Я ево СССР 1982. СССР 1982, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ Бюл. Р 34ый проектно-технологиут литейного производст(57) Изобретение относится к областиметаллургии, в частности к износостойким чугунам с вермикулярным графитом для производства корпусных разностенных отливок. Целью изобретенияявляется повышение твердости, износостойкости и выравнивание структуры всечениях разностенных отливок. Предложенный чугун содержит, мас.7; углерод3,2-3,6; кремний 2,6-3,0; марганец1,0-2,0; хром 0,05-0,25; никель 0,20,6; титан 0,02-0,08; алюминий 0,010,05; РЗМ О, 1-0, 15; бор О, 04-0,08;кальций,0,005-0,05; барий 0,005-0,02;железо остальное, Использование предложенного чугуна позволяет повыситьтвердость чугунов на 20-30 ед. поБринеллю, износостойкость на 15-207.2 табл.5 10 20 25 30 35 40 45 50 Углерод в пределах 3,2-36% обеспечивает хорошие литейные и механические свойства чугуна, Нижний предел углерода обуславливается необходимостью исключения структурно-свободных карбидов в сплаве, Увеличение концентрации углерода свыше 3,6% ухудшает форму включений графита.Таким образом, концентрация углерода 3,2-3,6% является оптимальной.Концентрация кремния 2,6-3,0% способствует кристаллизации сплава по стабильной диаграмме состояния без4структурно-свободных карбидов и обеспечивает хорошие литейные и механические свойства чугуна. Нижний предел по кремнию установлен исходя из требований исключения отбела в отливках, толщиной 20 мм, Выше верхнего предела кремнии несколько снижает 55 Изобретение относится к металлур-гии, в частности к изысканию износостойких чугунов с вермикулярным графитом, обладающих требуемым уровнеммеханических и технологических свойствв литом состоянии для производствакорпусных разностенных отливок, например, для металлорежущих станков,работающих в условиях трения скольжения со смазкой,Целью изобретения является повышение твердости, износостойкости ивыравнивание структуры в сеченияхразностенных отливок.Предложенный чугун, преимущественно для отливок с толщиной стенок 20100 мм, содержит углерод, кремний,марганец, хром, никель, титан, алюминий, РЗМ, бор, барий, кальций ижелезо при следующем соотношении компонентов, мас,%:Углерод 3,2-3,6Кремний 2,6-3,0Марганец 1,0-2,0Хром О,О 5-О,25Никель 0,2-0,6Титан 0,02-0,08Алюминий 0,01-0,05РЗМ О, 1-0, 15Бор 0,04-0,08Кальций 0005-0,05Барий 0,005-0,02Чугун в качестве примесей можетсодержать фосАор до 0,1%, серу - доО, О 15%.Химический состав сплавов приведен в табл. 1. пластические и прочностные свойствачугуна.Введение в состав РЗМ цериевой группы в количестве О, 1-0, 15% способствует получению граАита вермикулярной формы. Нижний предел содержания РЗМ обусловлен необходимостью раскисления и частичной десульАурации, что способствует получению вермикулярной формы ГраАита, Верхний предел ограничен возрастанием склонности чугуна к отбелу и увеличением доли шаровидного графита,Алюминий в количестве О, 01 О, 05% вводят с целью дополнительного раскисления расплава чугуна, повышения стабильности образования вермикулярного графита и снижения склонности чугуна к отбелу, Верхний предел содержания алюминия выбран из условия оптимального влияния его как графитизирующего и десфероидизирующего элемента, Введение алюминия в расплав чугуна выше установленного предела приводит к образованию окисной пленки алюминия, что снижает технологические свойства чугуна. Введение алюминия ниже 0,01% практически не оказывает заметноговлияния на структуру чугуна,Содержание титана 0,02-0,08% вчугуне способствует улучшению и стабильному получению вермикулярной Аормы графита. Введение в чугун титанавыше установленного предела можетпривести к образованию пластинчатого графита и снижению механическихсвойств.Для обеспечения высокой твердостии износостойкости предлагаемого чугуна по сравнению с известным в егосоставе содержатся легирующие элементы: хром, никель, марганец, бор,Содержание хрома 0,05-0,25% в чугуне выбрано из следующих условий:нижний предел обеспечивается обычнопри плавке чугуна на любых шихтовыхматериалах, а верхний предел установлен для обеспечения повышения твердости и износостойкости чугуна и получения без отбела отливок толщиной20 мм.Концентрация никеля 0,2-0,6% способствует повышению твердости и износостойкости чугуна, .а также выравниванию металлической основы в разно- стенных отливках. Введение никеля вэтих пределах оказывает наиболее сильное влияние на структуру и механические свойства чугуна. Дальнейшее увеличение введения никеля нецелесо 5 образно с экономической точки зрения,Содержание марганца в чугуне 1,0- 2,02 выбрано с учетом обеспечения повышенного содержания перлита в металлической матрице для повышения твер дости и износостойкости, Как известно, при содержании марганца более 1,07 его влияние на структуру чугуна достаточно интенсивно, при введениИ марганца более 2,07. кристаллизация 15 чугуна протекает со значительным выделением структурно-свободных карбидов, которые нельзя устранить за счет введения графитизирующих элементов,Введение бора в чугун, содержа щий легирующие элементы (марганец, хром, никель) в количестве 0,05-0,082 способствует перлитизации металлической матрицы чугуна и повышает равномерность ее распределения по сечению 25 разностенных отливок, что позволяет повысить твердость и износостойкость чугуна. При концентрации бора более 0,087 повышается отбел чугуна, который нельзя устранить за счет введения 30 графитизирующих модификаторов, содержащих Ва, Са, А 1. При концентрации бора менее 0,042 его влияние на структуру и свойства чугуна незначительно,Барий при концентрации 0,005-0,02 Х З 5 способствует кристаллизации чугуна без структурно-свободного цементита в тонкостенных отливках и повышаетравномерность распределения металлической матрицы по сечению разностенЪных отливок. Повышение данного предела содержания бария приводит к обратному эффекту, т,е, барий способствует образованию свободных карбидов, а введениеего в чугун ниже 0,0053 су щественно не изменяет структуру и свойства чугуна.Кальций при концентрации 0,005- 0,057 способствует улучшению вермикулярной формы графита, повышает ста бильность процесса модифицирования чугуна. При введении кальция выше 0,053 ухудшается его усвоение жидким чугуном и способствует образованию неметаллических включений, которые снижают механические свойства чугуна.Введение кальция ниже 0,005 Е не оказывает существенного влияния на структуру и свойства чугуна,Структура предлагаемого чугуна имеет перлитно-ферритную металлическую матрицу и компактные включения вермикулярного графита.П р и м е р, Плавку чугуна проводили в высокочастотной индукционной печи с кислой набивной футеровкой емкостью тигля 60 кг, В качестве исходных материалов использовали: линейные и передельные чушковые чугуны, отходы углеродистой стали, Дляобеспечения требуемого химическогосостава в расплав чугуна при температуре не ниже 1450 С вводили ферросплавы: ферросилиций ФС 45, ферромарганец ФМн 75, ферробор ФБ 17, ферроникель литейный ФН 6, ферротитан ФТи30, алюминий АВ 98,Для получения вермикулярной формыграфита в чугуне проводили сфероидизирующее модифицирование. При 14501480 С на зеркало металла в печи ввоодили 0,8- 1,0 Е модификатора ФС 30 РЗМЗОБ фракцией 2- 15 мм и замешивали егов расплав чугуна до полного растворения,Для снижения отбела чугуна в тонких сечениях отливок расплав чугунаперед заливкой в формы подвергалсяграфитизирующему модифицированию вковше при 1380- 1400 С. При этом дляизвестного состава чугуна в качествемодификатора применяли ферросилицийФС 75, а для предлагаемого чугунасиликокальций СК 20 и ферросилицийс барием ФС 60 Ба 22Для получения опытных образцов:клин на отбел, трефа разностенныхобразцов сечением 20 х 20, 60 " 60,100100 мм и длиной 300 мм, заливали литейные формы известным и предлагаемым чугуном.Предел прочности на растяжениечугунов определяли на стандартныхобразцах, структуру металлическойосновы, твердость и износостойкостьопределяли в заготовках разной приведенной толщины.Износостойкость известного и предложенного чугунов определяли при трении скольжения с загрязненной смазкой, В качестве загрязнения применяли чугунную стружку и белый электрокорунд по 503 каждого наименования,Количество загрязнения составляло 2/3от объема индустриального масла, Испытание образцов из чугуна проводилина установке, которая позволяет ими1 6 3,2 3,4 Углерод 3,2 3,6 3,2 З,б 3,2 3,2 2,6 3,0 г,б 2,6 Кремний 3,02,6 3,0 2,0 0,8 1,0 Марганец 1,5 1,0 2,0 005 Оэ 15 Оэ 25 0,05 Хром 0,25 0,05 0105 Оь 250,05 0)60,02 0,080,01 0,050,1 0,150102 Ой 10 0,2 0,4 Никель 0,6 О,б 0,02 0,02 0,05 0,08 Титан 0,02 0,08 0,05 0,01 0,0 1 0,03 0,05 0,01 Алюминий 0,1 0,1 0,12 0,15 РЗМ 0,1 0,15 004 006 008 0,04 0,08 Бор Оэ 005 Оэ 027 Оэ 05 Оь 001 Оэ 08 Оэ 05 Оэ 027 Кальций Оэ 005 Сэ 012 Ор 02 0,001 0,05 0,02 0,02 Барий тировать условия работы станочных базовых деталей, Удельное давление на образцы составляло 10 кгс/см, скорость перемещения 0,06 м/с, время испытаний 30 мин.Измерение величины износа образцов определяли путем взвешивания (до и после испытаний) на аналитических весах с точностью 0,0002 г, В качестве единицы износостойкости чугунов принята размерность г/ч, Результаты испытаний приведены в табл, 2,Анализ результатов определения структуры и свойств чугуна показывает, что при оптимальном содержании марганца 1,0-2,0 Е дополнительный ввод бора с добавками кальция и бария (плавки 1-3) способствует перлитизации металлической основы чугуна, повьппает твердость и износостойкость. При увеличении содержания марганца или бора в составе чугуна (плавки 5 и 7) в структуре чугуна появляются включения цементита, отбел увеличивается, что является отрицательным фактором и снижает обрабатываемость чугуна в тонкостенных отливках.Уменьшение содержания кальция или бария в чугуне (плавка 4) также способствует появлению цементита вструктуре чугуна и увеличению отбела,Формула изобретения5 Чугун с вермикулярным графитомдля отливок, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан, алюминий и железо, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повьппения твердости, износостойкости и выравнивания структуры в сечениях разностенных отливок, он дополнительно содержит редкоземельные металлы,бор, барий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас,7:Углерод 3,2-3,6Кремний 2,6-3,0Марганец 1,0-2,0Хром 0,05-0,25Никель 0,2-0,6Титан 0,02-0,08Алюминий 0,01-0,0525 РедкоземельныеметаллыБорКальцийБарийЗО Железоо со сч со 0о о сЧ Р) О л о Х о х Э о ф о х х оО со О) л л о о О л л о1 1 1 о сЧ 1 Ю Ю й О 0 О О О О сЧ б и 1 Л 00 СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ- СЧ 1 1 1 Иа осо Ю о о Р) о Ио и о а 1 И И И 1 1 л а и 1 л со 1 1оОо сЛ СЧ о - сч о о о л л л о о о ооло СЧ СС 1 о о л л о о ф Ю л Ю1 1 псо 1 1 1С ю лх х П а Е о о х 1 о о х о О 3 2 л Ш о л 4 0 о Х )х оо о о о х со х л Д Е о о а Ю б х Р а з Е Е и с Е Р Хо Ю Х 1оо 1-111 о10111Г 11 1о Ю Д )Я Л х ц о сч о осЧ с)С 4 СЧ СЧ СЧ СЧ а о о о д О л СО л со И И И И И":Г о о и о од Л 0 О СО Со О И И И ИИ СИсс ис Ю Ю исЛ СО О СО О 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 .11 1