Чугун

 

1. ЧУГУН, содержащий углерод , кремний, марганец, серу, фосфор, сурьму и железо, отличаюшийс я тем, что, с целью улучшения доводочных свойств, ударной вязкости и износостойкости, он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: Углерод2,5-3,5 , Кремний1,7-2,6 Марганец 0,64-1,80 Сера0,22-0,50 Фосфор0,4-1,0 Сурьма0,01-0,08 Железо Остальное 2. Чугун по п. 1, отличающийся тем, что отношение марганца к сере равно 2,9-3,6.

ССФОЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

З1Ю С 22 С 37/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО Д1 ЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3552247/22-02 (22) 11.02.83 (46) 15. 10.84. Бюл. В 38 (72) В.С. Левитин, E.Ã. Захаров и В.С. Кропачев (53) 669.15-196(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 819204, кл. С 22 С 37/00, 1980.

2. Герек.А., Байка Л. Легированный чугун — конструкционный материал.

М., "Металлургия", 1978, с. 67, табл. 24. (54)(57) 1. ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, сурьму и железо, о т л и-ч а ю ш и й.„Я0„„.1118708 . A

t с я тем, что, с целью улучшения доводочных свойств, ударной вязкости и износостойкости, он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.Ж:

Углерод 2,5-3,5

Кремний 1,7-2,6

Марганец 0,64-1,80

Сера 0,22"0,50

Фосфор 0,4-1,0

Сурьма О, 01-0, 08

Железо Остальное

2. Чугун по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что отношение марганца к сере равно 2,9-3,6.

1118708

Изобретение 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 5-2,5

Марганец 0,5-2,5

Сера О ° 23-0,9

Фосфор 0,23-1,0

Олово Ов22 Оэ5

Железо Остальное

Указанный чугун имеет недостаточную ударную вязкость, низкую изно15 состойкость, а также неудовлетворительные доводочные свойства.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемо- .

20 му эффекту является чугун 2), следующего состава, мас.%:

Углерод З,г-З,5

Кремний 1,8-2,4

Марганец 0,8-1, 10

Сера . До 0,10

Фосфор О, 15-0, 30

Сурьма О, 08-0, 11

Железо Остальное

Известный чугун имеет недостаточные доводочные своиства, ударную

30 вязкость и износостойкость.

Целью изобретения является улучшение доводочных свойств, ударной вязкости и износостойкости.

Указанная цель достигается тем, З5 что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, сурьму и железо, содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Углерод 2,5-3 5 40

Кремний 1,7-2,6

Марганец 0,64-1,80

Сера 0,22-0,50

Фосфор 0,40-1,0

Сурьма 0.,01-0,08 45

Железо Остальное

При этом отношение марганца к сере равно 2,9-3,6.

Выбор граничных компонентов в составе предложенного чугуна обуслов-SO лен следующим образом.

Углерод является, одним иэ основных элементов, определяющих комплекс овойств чугуна различного назначения, в том числе и для высокоточной довод- у ки. При содержании углерода в пределах 2,5-3,5% создаются наиболее,благоприятные условия для формирования перлитной структуры чугуна, наиболее благоприятной для обеспечения высоких доводочных свойств чугуна.

При содержании углерода ниже 2,5% в структуре. чугуна появляется структурно-свободный цементит ледебурита с высокой твердостью, не допускающийся в доводочном инструменте, так как он наносит повреждения на поверхность доводимой детали. При этом твердость отливок резко возрастает (состав I табл.2), ухудшается обрабатываемость, падает вязкость, а при отливке заготовок для изготовления доводочного инструмента в цельнометаллические формы для повышения плотности чугуна поверхность отливок имеет значительный отбел.

При содержании углерода вьппе 3,5% в структуре чугуна появляются крупные графитные включения, механические свойства чугуна, в том числе и удар-. ная вязкость, а также шаржируемость снижаются, ухудшаются литейные свойства.

Кремний является интенсивным графитообразователем и способствует эвтектоидному распаду аустенита. Для получения преимущественно перлитной структуры, наиболее благоприятной в доводочных чугунах для сочетания высокой изн6состойкости и шаржируемости абразивом, в данном чугуне величина эвтектичности по граничным пределам содержания Сии Si находится в пределах 0,66-0,74.

При содержании кремния ниже 1,7% в структуре чугуна появляется цементит ледебурита, снижающий доводочные свойства и наносящий повреждения йа поверхность доводимых деталей, резко возрастает твердость отливок.

При содержании кремния выше 2,6% значительно укрупняются графитные включения, снижается ударная вязкость, возрастает износ чугуна.

Марганец при оптимальных содержаниях способствует образованию в чугуне карбидов типа (Fe Мп)4С,входящих в состав перлита, уменьшает размер графитных включений, способствует перлитиэации матрицы и повышает дисперсность перлита, Большая часть марганца в чугуне

1связывается с серой с образованием

s. структуре сульфидов глобулярной формы, равномерно распределенных в металлической основе.

При содержании марганца менее

0,64Х снижаются количество сульфидных включений, шаржируемость абразивом, повышается износ чугуна и ухудшаются его литейные свойства.

При содержании марганца выше

1,8 получается его. избыток по сравнению с необходимым для образования сульфидных включений, что обуславливает повышение твердости чугуна,его износа, снижает шаржируемость и ударную вязкость.

Чугун с серой обладает рядом уникальных свойств, обусловленных присутствием большого чиела мелких ,сульфидных включений типа (Ип, Fe) S

1 имеющих глобулярную форму и равномерно распределенных в металлической основе. Такие чугуны обладают хорошей обрабатываемостью, высокими антифрикционными свойствами и износостойкостью. Повышенное. содержание серы снижает вязкость жидкого чугуна и повышает его жидкотекучесть, следовательно, улучшает литейные свойства и снижает глубину залегания литейных дефектов.

При уменьшении содержания серы до 0,20Х и ниже резко уменьшается количество сульфидных включений и на ! рушается оптимальное соотношение

;содержания марганца и серы, что повышает твердость отливок и износ чугуна, снижает литейные свойства и количество сульфидов. В сульфидные включения интенсивно внедряется (шаржируется) абразив. Наличие достаточного количества сульфидных включений значительно повышает износостойкость доводочного инструмента и позволяет длительное время сохранять полученный профиль доводника, что важно для получения высокоточной геометрии деталей.

При содержании серы выше 0,50Х также нарушается оптимальное отношение марганца к сере и резко повышается твердость отливок, снижается ударная вязкость, растет средний размер графитных включений и износ чугуна, ухудшаются литейные свойства снижается 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 компонентов в пределах.2,9-3,6 обеспечивает образование в структуре большого количества сульфидов марганца глобулярной формы, равномерно распределенных в металлической основе, играющих роль твердой смазки в процессе высокоточной доводки и предотвращающих схваты118708 что значительно повышает износостой-, кость чугуна, особенно в условиях абразивного износа, в которых работает доводочный инструмент. Фосфор также повышает жидкотекучесть чугуна

5 и, следовательно, улучшает его литейные свойства.

При содержании фосфора ниже 0,40Х он практически весь находится в твердом 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 0Х резко возрастает количество стедита в структуре чугуна, который выделяется грубыми включениями по границам зерен, что снижает скачкообразно

20 шаржируемость, ударную вязкость и ухудшает чистоту ооработки деталей за счет повреждений доводимых поверхностей твердыми и грубыми участками фосфидной эвтектики (НВ 440).

Сурьма при введении в чугун в оптимальных количествах изменяет форму графитных включений, приближая ее к розеточной, и значительно уменьшает размер графитных включений, что приводит к повышению ударной вяз30 кости чугуна.

При введении сурьмы в количестве менее 0,01 (состав 1, табл.2) ее влияние практически не проявляется.

Вся введенная сурьма в этом случае связывается в интерметаллидные соединения типа FeSb< и сульфиды сурьмы.

В интервале оптимальных концентраций сурьмы 0,01-0,05Х линейно повышается твердость отливок, на относи40 тельно высоком уровне поддерживается ударная вязкость за счет уменьшения размера графитных включений.

При введении сурьмы в количестве более 0,08Х практически отсутствует

45 повышение твердости, увеличивается износ чугуна, падает ударная вязкость, т.е. свойства доводочного чугуна снижаются.

Введение в состав чугуна марганца (и серы в указанных количествах при

1118708

Содержание элементов, мас.Х

Состав чугуна

Мп/S

Si Mn S

Fe

Предложен ный

1,60 0,56 0,20 0,35 0,005

1,70 0,64 0,22 0,40 0 01

2,8

2,9

Остальное и

2,4

3 5

3,0 1,99 0,83 0,26 0,52 0,03

2,5 2,60 1,80 0,50 1,00 0,08

3,2

3,6

Известный

2,70 1,94 0,52 1, 10 0,09

3,6

3,7

230 105 010 028 011

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 удерживаются °

Наличие сульфидных включений в структуре чугуна значительно снижает износ доводочного инструмента и позволяет длительное время сохранять 10 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 повышение износа, снижение шаржируемос- 20 ти и ударной вязкости.

Увеличение отношения марганца к сере до величины 3,7 и более равноценно повышению содержания марганца и снижению содержания серы, что при- 25 водит к появлению в структуре цементина ледебурита, повышает твердость, износ, размер графитных включений, снижает шаржируемость и ударную вязкость чугуна. 30

Чугун для изготовления литых заготовок шарикодоводочных дисков диаметром 420 мм и массой 110 кг выплавляется в индукционных высокочастотных печах. Шихта состоит из литейного3 чугуна марок Л1-Л5, 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 13701390 С. Чугун разливается при 1340о

1370 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 100Х 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 1

1118708

Таблица 2

Ударная

Состав

Твердость

НВ

Шаржируемость, усл.ед.

Износ

Коли-.

Глубина (средняя) залегания литейных дефектов, мм чугуна, г/ч вязко,сть кД /

41!

4,1

13,4

52

8,2

38

59

13,4

Извест- . ный

73

17,7

Составитель Н. Костроной

Редактор И. Дылын Техред Ж. Кастелевич Корректор A- Зимокосов

С. 1

Тираж 602 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 7379/21

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 чество сульфидов на

1 мм2 площади шлифа

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 0,24 220 0,44

Средний размер графитных включений, мкм