Чугун

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изысканию состава серого чугуна, обеспечивающего повышение его теплостойкости при хорошей обрабатываемости. Целью изобретения является повышение теплостойкости чугуна при сохранении о рабатываемости известным инструментом. Поставленная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний , марганец, хром, молибден, ванадий , фосфор, никель, кальций, алюминий , серу и железо согласно изобретению , содержит компоненты в следующем соотношении,мае.%: углерод 3,0-4,0; кремний 2,0-3,0; марганец 0,3-0,8; хром 0,5-2,0; молибден 0,5-2,0; ванадий 0,05-0,15; фосфор 0,2-0,5; никель 0,3-1,5; кальций 0,01-0,03; S алюминий 0,01-0,05; сера 0,03-0,1;. железо остальное, 2 табл.

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„su„, æ968 (504 С 22 С 37 10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, 1

К A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3858734/22-02 (2.2) 15 . 02. 85 (46) 07.10.86 Бюл. Ф 37 (71) Научно-исследовательский институт автотракторных материалов (72) А.Д.Шерман, С.С.Ортяков, И.Ф.Филиппов, А.А.Шестаков, В.П.Абросимов, В,И.Сивко, Д.Х.Валеев, P.Ô.Ãàëèåâ и И.Ф.Пиенко (53) 669. 15-196(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М- 1067074, кл. С 22 С 37/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

У 1006331, кл. С 22 С 37/10, 1982. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изысканию состава серого чугуна, обеспечивающего повышение его теплостойкости при хорошей обрабатываемости. Целью изобретения является повышение теплостойкости чугуна нри сохранении обрабатываемости известным инструментом.

Поставленная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий, фосфор, никель, кальций, алюминий, серу и железо согласно изобретению содержит компоненты в следующем соотношении, мас.X углерод 3,0-4,0; кремний 2,0-3,0; марганец 0,3-0 8 хром 0,5-2,0; молибден 0,5-2,0; ванадий 0,05-0,15; фосфор 0,2-0,5; никель 0,3-1,5; кальций 0,01-0,03; алюминий 0,01-0,05; сера 0,03-0,1; железо остальное„ 2 табл.

1261968

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к изысканию состава серого чугуна, обеспечивающего повьппение его теплостойкости (сохранение твердости при нагреве) при хорошей обрабатываемости, Цель изобретения — повьппение теплостойкости чугуна при сохранении обрабатываемости лезвийным инструментом. 10

Теплостойкость и обрабатываемость чугуна определяются его структурой и степенью легированности структурных составляющих. Цементит и легированная, фосфидная эвтектика повышают жаростой-1S кость чугуна, но при этом цементит резко ухудшает обрабатываемость. Фосфидная эвтектика снижает обрабатываемость в значительно меньшей степени.

Фосфидная эвтектика типа Ф5 имеет 20 в структуре цементитную пластину, Такая фосфидная эвтектика в структуре чугуна благодаря наличию цементитной пластины обеспечивает повышение жаростойкости, мало влияя на обрабатывае- 2S мость. За счет регулирования соотношения хрома и фосфора можно регулирос вать строение фосфидной эвтектики и стабильно получать в чугуне включения фосфидной эвтектики типа Ф5 с цементитной пластиной. Такие включения образуются при соотношении хрома и фосфора 2,5:1 — 4:1.

Пример. Чугун выплавляют в индукционной тигельной электропечи . емкостью 2000 кг. В качестве шихты используют передельный чугун, собственный стальной лом, ферромолибден, феррохром, ферромарганец, феррофосфор, феррованадий, никель, ферросилиций и графитовую стружку.

Чугун перегревают до 1500+20 C сливают в разливочные ковши емкостью

250 кг, вводя в ковш ферросилиций (1% от массы чугуна в ковше) и силикокальций (0,057 от массы чугуна).

Чугун заливают в сырые песчаноглинистые формы, изготовленные на автоматических прессовых машинах, 1

Химический состав чугунов приведен 50 в табл.

Исследование микроструктуры показывает, что она состоит из троостита-мартенситной матрицы, разорванной сетки включений фосфидной эвтектики с цементитной пластиной (типа Ф5), графита пластинчатого розеточного расположения.

Теплостойкость собственно фосфидной эвтектики повышается прежде всего за счет легирования молибденом, который в чугуне ликвирует в фосфидную эвтектику. Содержание молибдена в фосфидной эвтектике также зависит от соотношения содержания молибдена и фосфора в чугуне.

Пределы содержания фосфора в предлагаемом чугуне обеспечивают получение фосфидной эвтектики, количество которой достаточно, чтобы при строении ее по типу Ф5 (с пементитной пластиной) повысить теплостойкость чугуна, не ухудшая обрабатываемости.

При содержании фосфора киже 0,2% количество фосфидной эвтектики уменьшается и теплостойкость чугуна снижается. При содержании фосфора свыше 0,57, количество фосфидной эвтектики увеличивается, но при заданных пределах содержания хрома соотношение Cr/Р снижается ниже 2,5:1 и в структуре образуется только фосфидная эвтектика типа Ф4 (без цементитной .;ластины), не обеспечивающая достаточного повышения теплостойкости.

Пределы содержания хрома (0,5

2,07) в предлагаемом чугуне при выдерживании соотношения хрома к фосфору 2,5:1 — 4,0:1 обеспечивают получение в структуре чугуна фосфидной эвтектики типа Ф5 с цементитной пластиной. При содержании хрома менее 0,57, даже при содержании фосфора на нижнем пределе (0,2X), соотношение хрома и фосфора получается меньше, чем

2,5:1, и в структуре чугуна образуется фосфидная эвтектика типа Ф4 без цементитной пластины. При содержании хрома выше 2,07., даже при содержании фосфора на верхнем пределе (0,5X), соотношение хрома и фосфора получается больше, чем 4,0:1, и. в структуре чугуна появляется ледебуритный цементит, резко ухудшающий обрабатываемость.

Пределы содерх:ания молибдена в предлагаемом чугуне (О, 5 — 2, OX) при вьщерживании соотношения молибдена и фосфора 2,5:1 — 4,0:1 обеспечивают преимущественное легирование фосфидной эвтектики и повьппение ее теплостойкости, а также легирование матрицы. При содержании молибдена ниже 0,57, даже при содержании фосфора на нижнем пределе (0,27), соотношение молибдена и фосфора получается меньше, чем 2,5:1, и содержание

1261968 молибдена в фосфидной эвтектике, как показал микрорентгеноспектральный анализ, не обеспечивает ее высокую теплостойкость. Увеличивать содержание молибдена свыше 2,07 и соотношения молибдена и фосфора свыше 4,0:1 неэффективно и не дает заметного улучшения свойства чугуна.

Однако сочетание высокой теплостойкости с хорошей обрабатываемостью достигается только при выбранных пределах содержания всех этих элементов и отношении содержания хрома и молибдена к фосфору.

Для оценки теплостойкости (стабильности твердости при на реве до 600 C) и обрабатываемости предлагаемого и известного чугунов, отливают седла клапанов, на которых проводят исследования.

Чугуны составов 1 — 3 имеют предлагаемый химический состав с содержанием элементов на верхнем, среднем и нижнем уровнях и соотношение хрома и фосфора, молибдена и фосфора в предлагаемых пределах. Структура металлической основы этих чугунов состоит из троостита и мелких включений фосфидной эвтектики (изолирован— ных или в виде разорванной сетки) ЗО типа Ф5 (с цементитной пластиной).

Чугуны составов 4 и 5 имеют предлагаемый химический состав с отношением хрома и молибдена к фосфору ниже или выше предлагаемого. Структура их 35 отличается наличием фосфидной эвтектики типа Ф4 (беэ цементитной пластины в чугуне состава 5 при соотношении

Cr:Р=2:1), либо наличием ледебуритно-. го цемейтита (в чугуне) состава 4 40 при соотношении Cr:Р.=4,3:1).

Чугуны составов 6 и 7. имеют химический состав за пределами предлагаемых значений. В чугуне состава 6 от45 дельные мелкие включения фосфидной эвтектики типа Ф4 (без цементитной пластины), а в чугуне состава 7 включения фосфидной эвтектики типа

Ф5 .(с цементитной пластиной) в виде

50 сплошной сетки.

Известный чугун отличается тем, что в его металлической основе имеется большое количество крупных вклю чений фосфидной эвтектики типа ФЗ в виде плотной сплошной сетки.

В табл. 2 сведены результаты оценки -еплостойкости чугунов, которую оценивают снижением твердости при нагреве седел клапанов до 600 С (в 7 от исходной) и обрабатываемости, выраженной в количестве обточенных деталей до затупления режущей пластины инструмента.

Из табл 2 видно, что предлагаемый чугун (составы 1 — 3) обладает оптимальным сочетанием высокой теплостойкости и хорошей обрабатываемости, бизкой к обрабатываемости известного чугуна.

3а пределами предлагаемого состава чугуна и соотношений Cr/P и Ио/Рчугун либо обладает низкой теплостой-. костью, либо имеет плохую обрабатываемость.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий, фосфор, никель, кальций, алюминий, серу и железо, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения его теплостойкости при сохранении обрабатываемости лезвийным инструментом, он содержит компоненты. при следующем соотношении, мас.Х:

Углерод 3,0-4,0

Кремний 2,0-3, 0

Марганец 0,3-0,8

Хром 0,5-2,0

Молибден 0 5-2,0

Ванадий О, 05-.0, 15

Фосфор О, 2-0,5

Никель 0,3-1,5

Кальций 0,01-0,03

Алюминий 0,01-0i05

Сера 0,03-0,1

Железо Остальное при этом, соотношение содержания хрома к фосфору и молибдена к фосфору составляет 2,5:1-4,0:1.

1261968

1 >х о

>х х о х х х

Э х

2 (Й

Ф х

Е ф о

Х I

О о

С л !

» ° л ф

1»

Х О.} !

" 6

v x о ((! }(O I. "Iах э

О л ф !

» х «съ

1» &

v x о((} х

OeIах е

«.} а !

» и б а

Х х

Ф !

» х

1» о о ф о р а х (-(1-> а ф

f» х

Я)

v о ф о и ах

1-(Е» х (v о х о и ах

Еь Е» х (/1

1. ° >Я

v о ф о и

A x

1-ь !» а М

F 9 х

1 Щ а

Q} х

И E

4»4 л м

Ю л

С м л.=>

С} л

СЧ

«:} м л

C 4 м л

C} м

Ю л

Ю (С}

°

С 4

C} о

С 4

Ю (4

Ю л

C} м

Ю а

С) л

С} л

С>1

С>

Ю м

Ю л

C} (»4

Ю л

С}

С»4

С} л

C} м

Ю л

С} л

Ю л о

Ю л

Ю м

С} л

СО

C} л

С}

О\

C) ,л

Ю м

D л

Ю (}

C} л (}

О}

C}

D ф

О l (n!

» х х о

С

Е о A

D л м

С}

О"}

«Э л

О л

О } л

О }

С:} л

С} а

С} л

О} ь

С>

С»4 м

С}

« 1 (4

О}

С»} л

C) л

Ю .О л

Ю л

Ю л

СЧ

Ю л и

Ю л л

С> л

С4

О} м л

С}

О л

С}

Ю л

Ю л

«»4 л

С4 м л м л

CO л

C) О }

О} л

C} л

С">

Г

C} л

С»1

Ю л

С" } л

С»4

Г (»4

С>4 л (»4

° w 1

«n I

1 !

D а

Ю л м

О л м

D л

M м м

D л

1 («} >Я а («} (»

1» о

Q} С(}

m (>} ä м х

1

I («}

l ! х

I

>о !

cd

I !

Р» о

1! (! Н иro о i л

I »d 1

«d I о!

Х 13

Сб 1 и о о ! Ж

1 1

I !.> 1 о

Я

1 I

Г 1 ! I! — — о->

Ф х

О Н о Р

>х о х х (}! ф а о

cd а

«}}

t( х

>х о х х (>1 а о у ф °

СС} е х х х

m х

И

С

Ф й

I» х

1» х

Э

>х

А х !

» х а (}}

Ц

O} е х 4

Ф

Х Ql х v

Р >х

2 о х

Y Ц

m o

1» а

v х !

» Q}

v ц о х о m а

Е4 m х ((}

О е о х х >х е о х

Н з ф а

m ь.ь !

Ю

I о ! йТ

1 Ф

I 1>»

I

1261968

Т а б л и ц а 2

Состав чугуна

Твердость НЙС при 20 С Твердость HRC при 600 С

Стойкость

Снижение твердости, 3

Средняя

Средняя

Пределы

Пределы

Предлагаемый

28

43

42

40

45

48

42

23

26

35-42

Известный

220-270

26

10-1 2

25-28

Составитель Н.Шепитько

Редактор И.Дербак Техред Л.Сердюкова, Корректор О.Луговая

Заказ 5300/20,Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

40-48

38-45

35-42

43-48

40-45

40-45

26-30

23-27

22-26

28-32

20-25

21-26

25-27

Тираж 567 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 инструмента при обточке (количество обрабатываемых деталей до затупления инструмента) 230-260

220-250

250-270

100-130

200-250

200-230

160-!90