Чугун

СООЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИСПУЬЛИК 37/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ более элементов, взясодержащей кальций,мельные элементы, приошении компонентов,ь, один или из группы,о от 5-3,88 5-2,89 5-0,98 1-0,25 4-0,17 1-0,09 1-0,029 2-0,45 2, 1 ь о,о,0,0 О, 8(54) (57) 1. кремний, мар алюминий, и ч а ю щ и й стабилизаци формы графи свойств при свойств, он 03-0,0 0,001-0,01Остальное отличасодержание гния соответА 2): Мк ) 4. титана ствует ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Институт проблем литья АН Украинской ССР и Литейный завод Камского объединения по производству большегрузных автомобилей(56) 1. Лшопо, Л. дар. "Роцпй гушепз зос", 1980, 52, В 7, р 418-425.2. Авторское свидетельство СССР В 475409, кл, С 22 С 37/04, 1975. ЧУГУН, содержащий углеро ганец, никель, титан, гний и железо, о т л ис я тем, что, с целью получения вермикулярной а, повышения механически сохранении литейных дополнительно содержит барий и редследующем смас,7:УглеродКремнийМарганецНикельТитанАлюминийМагний МедьОдин или более элементов, взятых из группы, содержащей кальций и барийРедкоземельные элементыЖелезо2. Чугун по п, 1, щ и й с я тем, чталюминия и мусловию (Т 1 +Однако данный чугун слабо раскислен и имеет недостаточную прочность и пластичность.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемо. му результату является чугун 21, содержащий, мас.ХгУглерод 2,8-3,9 Кремний 1,3-5,0 Марганец 0,1"0,75 Хром 0,05-0,30 Никель 0,05-0,30 Алюминий 0,3-0,80 Титан 0,05-0,30 Магний 0,01-0,25 Железо остальное 30 Недостатками известного чугуна являются неудовлетворительные механические свойства: прочность и пластичность,Целью изобретения является стабилизация получения вермикуляриой фор 40 мЫ графита, повьапение механических свойств при сохранении литейных свойств на высоком уровне.Поставленная цель достигается тем, что чугун, содеРжащий углерод, 45 кремний, марганец, никель, титан, алюминий, магний и железо, дополнительно содержит медь, один или более элементов, взятых из группы, содержащей кальций и барий, редкоземельные элементы (РЗМ), при следующем соот50 ношении компонентов мас.й:Углерод 2,85-3,88Кремний 1,95"ге 89Марганец 0,25-0,98Никель О,О 1-О,25Титан 0,04-0,17Алюминий 0,01"0,09Медь Офог Оэ 45 Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна с вермикулярным графитом, для изготовления нагруженных деталей.5Известен чугун 11, содержащий, мас. Ж:УглеродКремнийМарганецХромСераФосфорТитанМагнийЖелезоОдин или болееэлементов, взятыхиз группы, содержащей кальций и барийРЗМЖелезо 0,003-0,0140,001-0,01Остальное При этом содержание Тд, АУ и Мя ,соответствует, следующему условию (Т 1 + АК): М 3) 4В качестве примесей в чугун вхоцят, мас,Х: сера до 0,02, Фосфор до 0,13, хром до 0,35.Пределы содержания углерода в чугуне определяют исходя из экспериментальных данных, как наиболее приемлемые в отношении применения типичных шихтовых материалов (литейные чугуны возврат собственного производства) и с целью получения отливок без дефектов усадочного происхождения.Содержание в чугуне кремния выбирают также исходя из необходимости получения заданной структуры метаплической основы и Физико механических свойств металла в отливках с различной скоростью охлаждения, при этом нижний предел содержания кремния (1,952) относится к толстостенным, а верхний (2,897) - к тонкостенным отливкам,Марганец в чугун переходит из шихтовых материалов как постоянный компонент литейных чугунов; при выбранном составе чугуна указанные пределы марганца определяют как условие полу-чения разностенных отливок без струк. турко свободнык карбидов и с высокими механическими свойствами как в тонкостенных (при нижнем значении марганца), так и в толстостенных . (при верхнем значении марганца) отливкахМедь и никель вводят в состав чугуна как легирующие элементы, упрочняющие метаплическую основу (вследствие повышения доли перлита) и с целью выравнивания структуры и свойств чугуна в сечениях отливок различной толщины. При этом содержание никеля в чугуне низкое (0,01- 0,253), учитывая дефицитность этого элемента, однако оно необходимо поскольку, как известно, в присутствии никеля повышается также растворимость в чугуне меди, благодаря чему достигается значительный упрочняющий эффект. Верхнее содержание меди и никеля, как и марганца, отно1090748 сятся к случаю толстостенных, а нижнее - для тонкостенных отливок,Титан и алюминий в указанных пределах являются ингредиентами, вызывающими получение графита вермикулярной формы, несмотря на наличие магния в количествах, которые в отсутствие титана и алюминия могут образовать графит шаровидной или смешанной формы. 10Основное десфероидизирующее действие оказывает титан, в присутствии которого таким же образом, хотя и менее выражено, проявляет себя и алюминий, причем алюминий действует и как противоотбеливающий элемент. Верх ний предел содержания алюминия (0,097) устанавливают экспериментально, при этом металл не склонен к пленкообразованию и отливки получаются с качественной поверхностьюПри содержании титана менее .0,043 и.алюминия менее 0,017 десфероидизирующее их действие не проявляется, а кревышение их свыше укаэанных преде лов (0,177. по титану и 0,097. по алюминию) является излишним, поскольку форма графита не меняется.При снижении в чугуне содержания магния менее 0,0117 форма графита по"З 0 лучается, как правило, мластинчатой или смешанной даже в отсутствии тита. на и алюминия. Увеличение же магния сверх 0,0297 ведет к необоснованному расходу магния как модификатора и, кроме того, затрудняет получение гра 35 фита вермикулярной формы. Выбранный интервал значений магния (0,011-0,0293) обеспечивается в пределах отклонений параметров технологии получения чугуна от оптимальных (по температуре чу.40 гуна, содержании в нем серы, расходу модификаторов и др).Расширение этого интервала до укаэанного довольно высокого значения за счет, главным образом, понижения45 его нижнего предела становится возможным благодаря наличию в составе чугуна кальция, бария и РЗМ, которые, присутствуя в чугуне, облегчают условия получения графита компактной формы. Причем верхний предел содержания РЗМ ограничен 0,017., поскольку при большем его содержании демодифицирующее влияние титана к алюминию подается.55Для определения эффективности чугуна предлагаемого состава в срав" нении с известными проводят сравни 4тельные исследования. Химический со"став чугунов приведен в табл. 1, где .составы 1-10 соответствуют предлагаемому чугуну, составы 11-13 взяты всравнении (в 1 1 содержание кальция,а в 13 - содержание РЗМ выше верхнего предела предлагаемого состава;в 12 соотношение содержания титанаи алюминия к содержанию магния менее 4). Составы 14 и 15 - известные,Отливают клиновидные пробы и корпусные отливки, структуру модифицированного чугуна. изучают в отливкахпробах (толщина 35 мм) и непосредственно в отливках (толщина в зоне изучения 15 мм). Образцы для изучения.механических характеристик (в литомсостоянии) вырезают из нижней частипроб. Результаты опытов приведеныв табл. 2.Анализ данных табл. 1 и 2 показывает, что чугуны предлагаемых составов (1-10) имеют прочность в пределах384-420 МПа, что значительно выше,чем в известном составе. Относительное удлинение известного чугуна непревышает 0,6 Х, в то время как чугуны предлагаемых составов 1-10 имеютудлинение 2,2-3,2 Х. Кроме того, при-.чиной крайне низкой пластичности(0,27) чугуна известного состава 15(в нем высокое содержание магния,равное 0,1223) является наличием внем структурно-свободных карбидов,тогда как во всех других опытах.карбиды отсутствуют, а структура является ферритно"перлитной (перлита20-507),Чугуны составов 11-13 имеют прочность на уровне или даже выше, чему чугунов составов 1-10, Это является следствием большого количествав их структуре включения графита шаровидной формы, особенно в составах11 и 12 (407 и бОЖ соответственно).Поэтому в этих чугунах и пластичностьвысокая - 4,4 и 4,87. Однако чугунсостава 13, в котором высокое содержание РЗМ (0,0287), несмотря на наличие в структуре 257 включений графи-.та шаровидной формы, имеет прочностьи особенно пластичность сравнительно низкие (6 377 МПа и 8 - 1,1 Х),поскольку, как установлено, в немимеется и графит пластинчатой формы,а в металлической основе имеютсякарбиды,В результате изучения усадки сравниваемых чугунов, установлено(табл. 3), что чугуны предлагаемого состава 1-10 имеют линейную и объемную усалку, значительно меньшую чем чугуны составов 11-13.Это вызвано тем, что в последних 5 количествах графита шаровидной формы значительно больше, а чугун состава 13, кроме того, имеет в структуре карбиды. Известный чугун по величине усадки лучше, чем предлагаемый, 1 ф однако он резко уступает ему помеханическим свойствам.Известно, что, чем.меньше линей ная усадка чугуна, тем легче получить отливки, особенно сложной кон" фигурации, без напряжений и без трещин; при меньшей же величине объемной усадки чугуна значительно облегчаются условия получения отливок без усадочных раковин, т.е. представляют ся возможным значительно уменьшитьl расход металла на питающие прибыли и,таким .образом, повысить выход годного металла.Таким образом, чугун предлагаемого состава отличается сочетанием высоки механических свойств и имеет преимущественно вермикулярную форму графита и позволяет использовать его для изготовления нагруженных деталей сложной конфигурации, в том числе тонкостенных, например корпусные детали машин типа блок - цилиндров и других. Экономический эффект бт применения изображения (эа счет уменьшения на 15-203 расхода металла на литниковопитающйе системы, снижения на 10-15 массы отливок, уменьшения на 20-253 уровня брака отливок по дефектам усадочного происхождения и др.) составляет 12-13 руб. на тонну годного литья.Таблица 1Содержание элементов, мас.й Состав М 8 Са Ва РЗМ Сг 8 Предлагаемый о,о 1 о о,1 г 0,007 0,10 0,010 0,04 0,021 0,005 0,009 0,015 0,003 3 0,023 0,010 0,001 0,029 0,002 0,001 0,028 . 0,004 0,004 0,020 0,014 Следы 0,017 0,009, 0,005 0,011 0,008 0,008 0,019 0,007. 0,003 0,015 0,07 0,006 0,09 0,009 0,08 0,0150,13 0,020 0,04 0,013 0,017 0,03 10 0,09 0,008 0,19 0,022 0,013 Оэ 021 Оэ 026 Оэ 011 0,024 0,015 0,009 Оъ 027 Оэ 013 Оэ 005 о,оо 7 о,г 1 0,003 0,20 0,010 0,011 0,08 0,07 1 г 0,008 0,028 0,17 13 Известный 0,021 0,122 15 Таблица 2 Форма графита в чугуне отливок, Х , при толпрне, мм Механическиесвойства чугуна Состав б,МПа 8, Х 35 П ВШ 2,2 391 384 2,3 2,4 390 3,0 455 410 2,5 90 1095 290 1080 2090 1010 1090748 Продолжение табл, 2 Форма графита в чугуне отливок, Х , при толщине, мм Механическиесвойства чугуна Состав 15 35 6 ВМПаи в и и в и 2,6 400 3,0 395 2 4 404 85 8 3;2 415 3,0 420 10 4,4 465 4,8 484 30 70 12 377 14 0,4 305 0,2 331 е. В П, В, ШЗакаэ 3018/24 Тираж 603ВНИИПИ Государственного комитета ССРпо делам нэобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб , д. 4/5 Подписное Филиал ППП "Патент", г Ужгород, улПроектная, 4 93 7 93 7 85 15 85 15 40 60 15 8510 50 40 95 5 95 5 1 О 85 55 85 10 90 10 60 40 40 60 5 70 2515 8520 40 40 Состав чугуна по примерам1112 13 14М 5 6