Чугун с шаровидным графитом
ЧУГУН С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ для отливки, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, медь, молибден, алюминий, магний, редкоземельные элементы и железо, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных свойств отливок и пластических свойств чугуна в литом состоянии, он дополнительно содержит титан, стронций и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%: сл
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„„SU„„1157111
4(з1) С 22 С 37/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ свойств отливок и пластических свойств чугуна в литом состоянии, он дополнительно содержит титан, стронций и барий при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:
0,005-0,02
О, 01-0, 08
О, 01-0,03
0,005-0,02
Остальное
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3671915/22-02 (22) 08. 12. 83 (46) 23.05.85. Бюл. Я 19 (72) В.Г.Горенко, И.С.Григор1 ева, В.Д.Краля, С.Н.Примеров, О.Д.Жижакина и О.Н.Шинский (7 1) Институт проблем литья АН Украинской ССР (53) 669.15-196(088,8) .(56) 1. Авторское свидетельство СССР
У 990858, кл. С 22 С 37/02, 1981.
2. Авторское свидетельство СССР
М 377393, кл. С 22 С 37/00, 1973. (54)(57) ЧУГУН С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ для отливки, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, медь, молибден, алюминий, магний, редкоземельные элементы и железо, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных
Углерод
Кремний
Марганец
Никель
Хром
Медь
Молибден
Алюминий
МагнийРедкоземельные элементы
Титан
Стронций
Барий
Железо
3,0-3,6
1,6-2,8
0,1-0,4
0 1-0,6
0,05-0,3
0,1-0,5
0,05-0,4
0,05-0,25
0,02-0,05
Указанная цель достигается тем,,что чугун с шаровидным графитом для отливки, содержащий углерод, кремний,gj марганец, никель, хром, медь, молибден, алюминий, магний, редкоземельные элементы и железо, дополнительно содержит титан, стронций и барий при следующем соотношении компонентов, мас. Х:
Углерод 3 0-3,6
Кремний 1,6-2, 8
1 1157
Изобретение относится к металлур гии, в частности к разработке состава чугуна для получения отливок, обладающих повьппенной гидроплотностью и пластичностью. 5
Известен чугун (1),.содержащий, мас.Х:
Углерод 3,2-3,9
Кремний 1,5-3,0
Марганец 0,2-0, 7 10
Магний 0,01-0,06
Барий 0,02-0,2
Редкоземельные металлы 0 005-0,1
Кальций 0,03-0,2 !5
Железо Остальное
Укаэанный чугун не обеспечивает необходимых эксплуатационных свойств отливок и пластических свойств чугуна. 20
Наиболее близким к предлагаемому по достигаемому результату является чугун (2f, содержащий, мас.%:
Углерод 3,4-3,8
Кремний 1,8-2,4 25
Марганец 0,7-1,2
Никель 0,7-1,8
Медь 0,2-0,5
Хром 0 15-0,4
Молибден 0,3-1,1
Алюминий 0,1-0,3
Магний 0,04-0,08
РЗМ 0 005-0,02
Железо Остальное
Высокое содержание в известном чугуне хрома, марганца и молибдена приводит к получению в тонких стенках отливок структуросвободного цементита, что сказывается на повышении уровня остаточных напряжений и получении недостаточных эксплуата,ционных и пластических свойств чугуна в литом состоянии.
Цель изобретения — улучшение эксt плуатационных свойств отливок и плас. тических свойств чугуна в литом состоянии, 111 2
Марганец О, 1-0,4
Никель О, 1-0,6
Хром 0,05-0,3
Медь О, 1-0,5
Молибден 0,05-0,4
Алюминий 0 05-0 25
Магний 0,02-0,05
Редкоземельные элементы 0,005-0,02
Титан 0,01-0,08
Стронций 0 01-0,03
Барий 0,005-0,02
Железо Остальное
Оптимальное содержание углерода в чугуне находится в пределах 3,0
3,6%. При содержании углерода меньше 3,0% в микроструктуре чугуна появляется структурносвободный цементит, а при содержании больше 3,6% значительно увеличиваются размеры графитовых включений и это приводит к уменьшению гидроплотности и прочностных свойств чугуна.
Кремний в количестве 1,6-2,8% обеспечивает получение микроструктуры чугуна без цементита и высокие прочностные свойства. Если содержание кремния меньше 1,6Х, то в микроструктуре образуется ледебурит, а если больше 2,8%, то уменьшается ударная вязкость.
Нижний предел по содержанию в чугуне марганца определяется его содержанием в рудах. При содержании меньше 0,1% марганец не оказывает заметного влияния на микроструктуру и свойства чугуна. При содержании марганца больше 0,4% в микроструктуре чугуна появляются отдельные включения цементита, что снижает прочностные свойства и, особенно, ударную вязкость чугуна.
Ввод в состав чугуна никеля способствует улучшению микроструктуры и повьппению прочностных свойств чугуна. Благоприятное влияние никеля наблюдается при его содержании в чугуне больше 0,1Х. При увеличении содержания никеля больше 0,6Х дальнейшее повьппение свойств чугуна происходит медленно.
Хром способствует перлитиэации металлической матрицы микроструктуры чугуна. Влияние хрома на микроструктуру и свойства чугуна начинает проявляться при его содержании ,s металле больше 0,05Х. При увеличении содержания хрома больше 0,3% по1! 57111
30
40
5$ является структурносвободный цементит, что приводит к снижению пластических свойств чугуна.
Медь повьппает жидкотекучесть чугуна и положительно влияет на строение металлической матрицы. Положи-. тельное влияние меди проявляется при ее содержании в чугуне в количествах, превьппающих О, 1Х. При содержании больше 0,5% медь начинает отрицательно влиять на гидроплотность чугуна.
Ввод в состав чугуна молибдена приводит к улучшению микроструктуры и повьппению прочностных и пластических свойств чугуна ° Положительное влияние молибдена начинает проявляться при его содержании в чугуне больше 0,05Х. При содержании больше 0,4% влияние молибдена на повьппение прочностньм свойств чугуна заметно уменьшается и становится экономически необоснованным.
Ввод в состав чугуна алюминия обусловлен тем, что он способствует подавлению выпадения структурносвободного цементита в микроструктуре чугуна. Благоприятное влияние алюминия проявляется при его содержании
1 в чугуне больше 0,05%, Если содержание алюминия превышает 0,25Х, то в чугуне начинают образовываться пленки окиси алюминия, что приводит к снижению гидроплотности металла, а,следовательно, ухудшению эксплуатационных свойств отливок.
Магний обеспечивает получение в чугуне шаровидной формы графита.
Если его содержание меньше 0,02Х, то в чугуне получается пластинчатая форма графита,,а если его количество превышает 0,05Х, то в чугуне появляется структурносвободный цементит, повьппается объемная усадка и уменьшается гидроплотность.
Ввод в состав чугуна РЗМ способствует уменьшению размеров, увеличению количества и улучшению формы графитовых включений. Положительное влияние РЗМ начинает проявляться при их содержании в чугуне в количествах превьппающих 0,005Х. Если содержание
РЗМ больше 0,02Х, то дальнейшего улучшения формы графитовых включений и уменьшения их размеров не наблюдается.
Дополнительный ввод в состав чугуна титана обеспечивает получение в микроструктуре чугуна мало отличающегося по величине и равномерно распределенного графита шаровидной формы. Благоприятное влияние титана на форму, размеры и распределение графита в микроструктуре чугуна проявляется при его содержании болыпе
0,01%. Если содержание титана превышает 0,08%, то он начинает проявлять карбидообразующее действие и отрицательно влияет на прочностные свойства и гидроплотность чугуна.
Ввод в состав чугуна стронция способствует получению формы графита близкой к правильной шаровидной, и подавлению выпадения в микроструктуре отдельных мелких включений цементита. Такое влияние стронция начинает проявляться при его содержании в чугуне в количествах, больших 0,01%, При увеличении содержания стронция до 0,03% дальнейшее улучшение микроструктуры и повьппение свойств чугуна происходит медленно.
Барий обеспечивает более полное рафинирование исходного чугуна от, газов, серы и фосфора и способствует увеличению количества центров графитизацни и повышению гидроплотности металла. Положительное влияние бария начинает проявляться при его содержании в чугуне больше 0,005Х. Если его содержание превышает 0,02%, то, наблюдается уменьшение числа центров графитизации, увеличение размеров графитовых включений и уменьшение гидроплотности чугуна.
Об эксплуатационных свойствах чугунных отливок судят по величине давления испытуемой жидкости, вызывающей гидротечь в отливках.
Чугуны выплавляли в печи ИСТ-0,1б, Шихта необходимого состава загружалась в печь, расплавлялась, перегревалась до 1485+15 С. Жидкий чугун при этой температуре выдерживали в течение 10-15 мин, а затем выливали в ковш и модифицировали по "сендвич"-процессу 2,8Х комплексного моди фикатора ЖКМК-6. После размешивания, выдержки и очистки плака чугун разливали по формам с заготовками для образцов и опытных отливок.
Химический состав предлагаемого и известного чугунов приведен в табл.
Из данных табл. 1 видно, юто сос тавы 1 и 2 соответствуют известному
1157111 чугуну, состав 3 содержит меньше стронция и титана, состав 9 содержит больше титана, чем предлагаемый чугун. Составы 4-8 соответствуют составу предлагаемого чугуна.
В табл. 2 приведены свойства и микроструктура чугунов известного и предлагаемого составов.
Из данных табл. 2 видно, что в сравнении с известным в чугуне предлагаемого состава повышается на 1,5-4Х предел прочности при рас.— тяжении, на 2-7Х предел текучести, на 10-25Х ударная вязкость, в три раза величина относительного удлинения и почти в два раза величина дав1
Т а б л и ц а 1
Содержание, мас. %, в чугуне
Компоненты
Известнь
) 2
3 4 5 6 7 8 9
3,46 3,72 3,18 3,0 3,54 3,38 3,6 3,21 3,47
2э37 1 ° 96 2 ° 65 2в8 2126 2в54 1еб 2 43 2,34
Углерод
Кремний
0,24
0,74 1, 03 0,22 О, 1 О, 4 О, 19 О, 34 О, 27
Марганец
Никель
0,93 1,74 0,46 0,38 0,45 0,52 0,10 0,6 0,42
О 36 О 31 О 12 0 16 О 05 О 08 О 11 О 3 0 13
0,4
0,62 0,94 0,23
0,5 0,23 0,29 0,36
0 46 0,32 0,41 0,27
0,12 0,17 0,09 0,22 0,16 0,05 0,13 0,25 0,19
0,053 0,047 0,037 0,05 0,042 0,034 0,02 0,046 0,033
0,012 0,009 0,016 0,007 0,009 0,02 0,017 0,005 0,01
РЗМ
0,009 0,08 0,01 0,02 0 05 0,04 0,07
0,008 0 028 0 014 0 01 0,023 0,026
Титан
Стронций
Барий
Железо
0,014 0,008 0,011 0,005 0,016 0,02 0,014
Остальное
Хром
Молибден
Медь
Алюминий
Магний ления, при которой появляется гидро-, течь в отливках. Это объясняется
< уменьшением площади, занятой графитом, с 11,1-11,3 до 8,9-9,4% и
5 уменьшением среднего размера графитовых включений с 42-46 до 23-30 мкм.
Экономический эффект от внедрения предлагаемого чугуна по сравнению с известным обеспечивается за счет сокращения содержания никеля и молибдена в 2,0-2,5 раза, повьппения пластических свойств чугуна в 2,5-3,0 раза, гидроплотности чугуна почти в два раза и возможного уменьшения благодаря этому толщины стенок отливки на 15-30%.
Предлагаемый
ТГ IT) Ов35 Ов09 Ов,05 Оэ27 Оэ18
1157111
Т а б л и ц а 2
Чугун
Показатели
746 768 778 788 793 796 787 787 775
Предел текучести, МПа 54,3 54,6 58,2 58,7 59,0 59,3 58,4 58,3 58,1
Относительное удлинение, Ж
3 1 3 3 5 8 8 3 10 4 10 8 10 0 9 8 6 4
Ударная вязкость, кгсм/см
3,2 3,4 3,3 3 7 4,2 4,6 4,1 4,0 3 5
Твердость (НВ), кгс/мм
250 260 242 - 247 252 242 245 247 242
Модуль упругости, кгс/мм f6350 16400 16500 16750 16800 16850 16750 16700 16650
668 683 704 1156 1184 1263 1142 1137 829
Площадь, занятая графитом, Х
11,3 11,1 10,8 9,1 8,9 8,7 9 3 9,4 10,6
46 42 39 26 25 23 28 30 .,37
Составитель Н. Косторной
Редактор В.Петраш Техред З.Палий Корректор Л. Пилипенко
Заказ 3288/26 Тираж 583, Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035,Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4
Предел прочности при растяжении, МПа
Появление гидротечи при давлении, МПа
Средний размер графитовых включений, мкм
Известный
Г2
Предлагаемый
) I111 r
3 4 5 6 7 8 9
