Чугун

 

1. ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, титан, алюминий, магний и железо, отличающийся тем, что, с цепью стабилизации получения вермикулярной формы графита, повышения механических свойств при сохранении литейных свойств, он дополнительно содержит медь, один или более элементов, взятых из группы, содержащей кальций, барий и редкоземельные элементы, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 2,85-3,88 Углерод 1,95-2,89 Кремний 0,25-0,98 Марганец 0,01-0,25 Никель 0,04-0,17 Титан 0,01-0,09 Алнминий 0,011-0,029 Магний 0,02-0,45 Медь Один или более элементов, взятых i из группы, содержащей кальций 0,003-0,014 и барий Ред к аз емел ьные 0,001-0,01 элементы . Остальное Железо 2. Чугун по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что содержание титана, алюминия и магния соответствует условию (Ti + А2) : Mg 4.

СООЗ СОВЕТСКИХ .

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (и) ц)) С 22 С 37/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0,003-0,014

0,001-0,0

Остальное (21) 3562456/22-02 (22) 10.03.83 (46) 07.05.84. Бюл. )) 17 (72) В.И. Литовка, Н.И. Бех, В.В. Вен гер, Н.Г. Руденко, А.Н. Тананин, Н.П. Лыков, В.Я. Петрунько и П.А. Вареник (71) Институт проблем литья АН Украинской ССР и Литейный завод Камского объединения по производству большегрузных автомобилей (53) 669.15-196(088.8) (56) 1. Jmono, J. Jap. "Found rymens

soc", 1980, 52, Ф 7, р 418-425.

2. Авторское свидетельство СССР

В 475409, кл. С 22 С 37/04, 1975. (54)(57) 1. ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, титан, алюминий, магний и железо, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью стабилизации получения вермикулярной формы графита, повьппения механических свойств при сохранении литейных свойств, он дополнительно содержит медь, один или более элементов, взя-. тых из группы, содержащей кальций, барий и редкоземельные элементы, при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Углерод 2,85-3,88

Кремний 1,95-2,89

Марганец 0,25-0,98

Никель 0,01-0,25

Титан О, 04-0, 17

Алюминий 0,01-0,09

Магний 0,011-0,029

Медь 0,02-0,45

Один или более элементов, взятых из группы, содержащей кальций и барий

Редкоземельные элементы

Железо

2. Чугун по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что содержание титана, алюминия и магния соответствует условию (Тх + А2) : Ма > 4.

1090748

3,19-3,90

1,7-2,86

0,14-0,54 10

0,07

0,007-0,015

0,018-0,083

О, 08-0, 108

0 015-0,032 15

Остальное

Однако данный чугун слабо раскислен и имеет недостаточную прочность н пластичность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является чугун j2), содержащий, мас.Хг

Углерод 2,8-3,9

Кремний 1,3-5,О

Марганец 0,1 "О, 75

Хром 0,05-0,30

Никель 0,05-0,30

Атпоминий 0,3-0,80

Титан 0,05-0,30

Магний О, 01-0, 25

Железо Остальное

Недостатками известного чугуна являются неудовлетворительные механические свойства: прочность и пластичность, Целью изобретения является стабилизация получения вермикуляриой фор- 40 мЫ графита, повыпение механических свойств при сохранении литейных свойств на высоком уровне.

Поставленная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, 4 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 соот

50 ношении компонентов„ мас.Х:

Углерод 2,85-3,88

Кремний 1995-2Э89

Марганец 0,25-0,98

Никель 0,01-0,25

Титан 0,04-0,17

Алюминий О, 01-0, 09

Медь 0,02-0,45

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна с вермикулярным графитом, для изготовления нагруженных деталей.

Известен чугун (1), содержащий, мас. 7:

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Сера

Фосфор

Титан

Магний

Железо

Один или более элементов, взятых из группы, содержащей кальций и барий

Р3М

Железо

0,003-0,014

0,001-0,01

Остальное

При этом содержание Ti Af @ Ng ,соответствует. следующему условию

1 Ti + AE): М8) 4

В качестве примесей в чугун вхоцят, мас.Ж: 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 металлической основы и физико механических свойств металла в отливках с различной скоростью охлаждения, при этом нижний предел содержания кремния (1,95X) 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 структурно свободных карбидов и с высокими механическими свойствами как в тонкостенных (при нижнем значении марганца), так и в толстостенных (при верхнем значении марганца) отливках

Медь и никель вводят в состав чугуна как легирующие элементы, упрочняющие металлическую 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 (0,010,25X), 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. 10 Основное 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 (0,09X) устанавливают экспериментально, при этом металл не склонен к пленкообразованию и отливки получаются с качественной поверхностью.

При содержании титана менее .0 04Х и.алюминия менее 0,017 десфероидизирующее их действие не проявляется, а превышение их свыше укаэанных преде- 2g лов (0,17Х по титану и 0,09Х по алюминию) является излишним, поскольку форма графита не меняется.

При снижении в чугуне содержания магния менее 0,011Х форма графита по"З0 лучается, как правило, нластинчатой или смешанной даже в отсутствии тита. на и алюминия. Увеличение же магния сверх 0,029% ведет к необоснованному расходу магния как модификатора и, кроме того, затрудняет получение гра35 фита вермикулярной формы. Выбранный интервал значений магния (0,011-0,029X)i обеспечивается в пределах отклонений параметров технологии получения чугуна от оптимальных (по температуре чу40 гуна, содержании в нем серы, расходу модификаторов и др).

Расширение этого интервала до укаэанного довольно высокого значения за счет, главным образом, понижения

45 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 РЗИ ограничен 0,017., поскольку при большем его содержании демодифицирующее влияние титана к алюминию подается.

Для определения эффективности чугуна предлагаемого состава в срав" нении с известными проводят сравни4 ельные исследования. Химический состав чугунов приведен в табл. 1, где . составы 1-10 соответствуют предлагаемому чугуну, составы 11-13 взяты в сравнении (в 1 1 содержание кальция, а в 13 — содержание РЗМ выше верхнего предела предлагаемого состава; в 12 соотношение содержания титана и 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 питом состоянии) вырезают из нижней части проб. Результаты опытов приведены в табл. 2.

Анализ данных табл. 1 и 2 показывает, что чугуны предлагаемых составов (1-10) имеют прочность в пределах

384-420 МПа, что значительно выше, чем в известном составе. Относитель ное удлинение известного чугуна не превышает 0,6Х, в то время как чугуны предлагаемых составов 1-10 имеют удлинение 2,2-3,2Х. Кроме того, при-. чиной крайне низкой пластичности (0,27) чугуна известного состава 15 (в нем высокое содержание магния, равное 0,122X) является наличием в нем структурно-свободных карбидов, тогда как во всех других опытах карбиды отсутствуют, а структура является ферритно-перлитной (перлита

20-50X).

Чугуны составов 11-13 имеют прочность на уровне или даже выше, чем у чугунов составов 1-10. Это является следствием большого количества в их структуре включения графита шаровидной формы, особенно в составах

11 и 12 (40X и бОХ соответственно).

Поэтому в этих чугунах и пластичность высокая — 4,4 и 4,87. Однако чугун состава 13, в котором высокое содержание РЗМ (0,0287), несмотря на наличие в структуре 2SX включений графи-. та шаровидной формы, имеет прочность и особенно пластичность сравнительно низкие (6 377 MIa и 8 — 1,1X) поскольку, как установлено, в нем имеется и графит пластинчатой формы, а в металлической основе имеются карбиды.

В результате изучения усадки сравниваемых чугунов, установлено

1090748

Содержание элементов, мас.X

Ип Си 8i Ti

С и

I

Предлагаемый

0,04

0,17

0,17

0,26

0,25

3,48 2,75

0,03

0,44

0,05

0,01

0,18

0,18

0,02

2,85 2,45

3,15 1 95

0,06

0,10

0 51

0,98 .

0 05

Оэ 21 Оэ 13 0108

3,48 2,38.

3,51 2,89

0,12 0,11

0,16

0,01

0,70

0,08 0 01

0,19

0,31

0,09

0,25

0,51

0,81

3,88 2,57

3,62 2,45

0,11

0,04

0 40 0,20 0,04

3,51 2,40 0,50

0,02

0,10

0 45

0,07

3,34 2,43

3,60 2,80

0,14

0,51

0,48

0,09

0,01

0,14

0,08 0,03

0,18 0,20

3 08 2,18

0,40

12

3,40 2,41

3,71 2 35

0,32

0,43

0,20

0,32

0,13

0,21

0,03

О, l1

0,02

0,03

Известный

3,72 2,66 0,55

2,99 3 15 0,61

0,22

0,14

0,35

0,10

0,27

0,71 (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 S количествах графита шаровидной фориы значительно больше, а чугун состава 13, кроме того, имеет в структуре карбиды. Известный чугун по величине усадки лучше, чеи предлагаемый, однако он резко уступает ему по механическии свойствам.

Известно, что, чем.меньше линей ная усадка чугуна, тем легче получить отливки, особенно сложной конфигурации, без напряжений и без трещин; при меньшей же величине объемной усадки чугуна значительно облегчаются условия получения отливок без усадочных раковин, т.е. представляют- 20 ся воэиожныи значительно уменьшить

l 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

15-20Х расхода металла на литниковопитающйе системы, снижения на 1О-15Х массы отливок, уменьшения на 20-25Х уровня брака отливок по дефектам усадочного происхождения и др.) составляет 12-13 руб. на тонну годного литья.

Таблица 1

1090748

Продолжение табл. 1

Содержание элементов, мас.Ж

Состав

Mg Са Ва P3M Cr S

Предлагаемый

0,010 0,12

0,007 О, 1О

0,010 0,04

0,021 0,005 0,009

0,015

0,003

0,023 0,010 0,001

О ° 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

0,015 0,13

0,020 0,04

0,0 1 3

0,017

0,03

0i09

0,008 0,19

0,022

0,013

0,021 0,026 0,011

0,024 0,015 0,009

0,027 0,013 0,005

0,007 0,21

0,003 0,20

0,010

0,011

0,08

0,07

0,008

D,05

0,028 0,17

Известный

0,021

0,122

15

Таблица 2

Форма графита в чугуне отливок, Ж, при толпрюне, мм

Механические свойства чугуна

Состав,МПа, X

35 ( ((П В Ш

2,2

391

384

2,3

2,4

390

3,0

455

410

2,5

90 10

95 2

90 10

80 20

90 10.0,005 0,11

0,007 0,20

0,001 0,16

0,903 0,10

0,003 0,35

0,008 0,06

0,010 0,10

0,009 0,21

0,004 0,16

0,17 0,014 0,09

0,08 0,012 0,07

95 5

90, 10

80 20

90 10

1090748

Продолжение табл. 2

4 форма графита* в чугуне отливок, Х, при толщине, мм

Механические свойства чугуна

Состав

15 35 6в

-д в ) и и (в (и

2,6

400.3,0

395

2 4

404

85 8

3;2

415

3,0

420

4,4

465

4,8

484

30 70

377

65 30

0,4

305

0,2

331 е.

П, В, Ш вЂ” графит соответственно пластинчатой, вермикулярной (компактной) и шаровидной форм.

Таблица 3

Вид усадки

15 16 17

7 8 9

Дииейна», %

0 ° 84 Оэ 91 1 э 34 1 ° 45 1 ° 37 0 ° 27 Oэ 98 Оэ 73 Оэ 71

Обьем усадочных раковин, Х

2,9-3,5 5 ° 0 . 5,2 5,5 2,6 3,9 2,5 2,3

Составитель Н. Косторной

Редактор В. Иванова Техред М.Тепер Корректор А. Тяско

Закаэ 3018/24 Тираж 603

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам нэобретений и открытий

113035 ° Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.. Ужгород, ул. Проектная, 4

93 7

93 7

85 15

85 15

40 60

15 85

10 50 40

95 5

95 5

1О 85 5

5 85 10

90 10

60 40

40 60

5 70 25

15 85

20 40 40

Состав чугуна по примерам

11 12

13 14

М

5 6