Чугун с вермикулярным графитом

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к износостойким чугунам с вермикулярным графитом для производства корпусных разностенных отливок. Целью изобретения является повышение твердости, износостойкости и вьфавнивание структуры в сечениях разностенных отливок.Предложенный чугун содержит, мас.%: углерод 3,2-3,6; кремний 2,6-3,0; марганец 1,0-2,0; хром 0,05-0,25; никель 0,2- 0,6; титан 0,02-0,08; алюминий О ,01- 0,05; РЗМО,1-0,15; бор 0,04-0,08; кальций.О,005-0,05; барий 0,005-0,02; железо остальное. Использование предс ложенного чугуна позволяет повысить твердость чугунов на 20-30 ед. по Бринеллю, износостойкость на 15-20%. 2 табл. (Л со со 4:: СО 4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1337434 (5y) 4 С 22 С 37/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4007971/22-02 (22) 14.01.86 (46) 15.09.87. Бюл, Р 34 (71) Всесоюзный проектно-технологический институт литейного производства (72) Ю.В.Куприянов, Г.А.Косников, Ю.А.Каплуновский, И.В.Марширов, В.И.Самсонов, В.С.Ан, П.Ю.Бойцов, И.M.Êàñüÿíîâ, В.Е.Савченко и И.Я,Семенов (53) 669.15- 196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Е 924 146, кл. С 22 С 37/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 933778, кл. С 22 С 37/10, 1982. (54) ЧУГУН С ВЕР14ИКУЛЯРНЪ|И ГРАФИТОМ (57) Изобретение относится к области металлургии, в частности к износостойким чугунам с вермикулярным графитом для производства корпусных разностенных отливок. Целью изобретения является повышение твердости, износостойкости и выравнивание структуры в сечениях разностенных отливок. Предложенный чугун содержит, мас.7: углерод

3,2-3,6; кремний 2,6-3,0; марганец

1,0-2,0; хром 0,05-0,25; никель 0,20,6; титан 0,02-0,08; алюминий 0,010,05; P3N О, 1-0, 15; бор О, 04-0,08; кальций,0,005-0,05; барий 0,005-0,02; железо остальное. Использование предложенного чугуна позволяет повысить твердость чугунов на 20-30 ед. по

Бринеллю, износостойкость на 15-20Z.

2 табл.

1337434

10

20

30

55

Изобретение относится к металлур- гии, в частности к изысканию износостойких чугунов с вермикулярным графитом, обладающих требуемым уровнем механических и технологических свойств в литом состоянии для производства корпусных разностенных отливок, например, для металлорежущих станков, работающих в условиях трения скольжения со смазкой, Целью изобретения является повышение твердости, износостойкости и выравнивание структуры в сечениях разностенньгх отливок.

Предложенный чугун, преимущественно для отливок с толщиной стенок 20100 мм, содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан, алюминий, РЗМ, бор, барий, кальций и железо при следующем соотношении компонентов, мас.X:

Углерод 3,2-3,6

Кремний 2,6-3,0

Марганец 1,0-2,0

Хром О, 05-0, 25

Никель 0,2-0,6

Титан 0,02-0,08 Алюминий 0, 01-0, 05

Р3М 0,1-0 15

Бор 0,04-0,08

Кальций 0„005-О,О5

Барий 0 005-0,02

Чугун в качестве примесей может содержать фосАор до 0 1%, серу — до

О, 0157..

Химический состав сплавов приведен в табл. 1.

Углерод в пределах 3,2-3„6Х обеспечивает хорошие литейные и механические свойства чугуна. Нижний предел углерода обуславливается необходимостью исключения структурно-свободных карбидов в сплаве. Увеличение концентрации углерода свыше 3,6Х ухудшает форму включений графита.

Таким образом, концентрация углерода

3,2-3,67. является оптимальной.

Концентрация кремния 2,6-3,0% способствует кристаллизации сплава по стабильной диаграмме состояния без

4 структурно-свободных карбидов и обеспечивает хорошие литейные и механические свойства чугуна. Нижний предел по кремнию установлен исходя из требований исключения отбела в отливках, толщиной 20 мм. Выше верхнего предела кремний несколько снижает пластические и прочностные свойства чугуна.

Введение в состав РЗМ цериевой группы в количестве О, 1-0, 157. способствует получению графита вермикулярной формы. Нижний предел содержания РЗМ обусловлен необходимостью раскисления и частичной десульАурации, что способствует получению вермикулярной формы ГраАита. Верхний предел ограничен возрастанием склонности чугуна к отбелу и увеличением доли шаровидного графита, Алюминий в количестве О, 01

О, 057. вводят с целью дополнительного раскисления расплава чугуна, повышения стабильности образования вермикулярного графита и снижения склонности чугуна к отбелу.

Верхний предел содержания алюминия выбран из условия оптимального влияния его как графитизирующего и десфероидизирующего элемента, Введение алюминия в расплав чугуна выше установленного предела приводит к образованию окисной пленки алюминия, что снижает технологические свойства чугуна. Введение алюминия ниже 0,01Х практически не оказывает заметного влияния на структуру чугуна.

Содержание титана 0,02-0,08% в чугуне способствует улучшению и стабильному получению вермикулярной Аормы графита. Введение в чугун титана выше установленного предела может привести к образованию пластинчатого графита и снижению механических свойств.

Для обеспечения высокой твердости и износостойкости предлагаемого чугуна по сравнению с известным в его составе содержатся легирующие элементы: хром, никель, марганец, бор.

Содержание хрома 0,05 — 0,257 в чугуне выбрано из следующих условий: нижний предел обеспечивается обычно при плавке чугуна на любых шихтовых материалах, а верхний предел установлен для обеспечения повышения твердости и износостойкости чугуна и получения без отбела отливок толщиной

20 мм.

Концентрация никеля 0,2-0,6% способствует повышению твердости и износостойкости чугуна, .а также выравниванию металлической основы в разностенных отливках. Введение никеля в

1337434 этих пределах оказывает наиболее Структура предлагаемого чугуна сильное влияние на структуру и меха- имеет перлитно-ферритную металличеснические свойства чугуна. Дальнейшее кую матрицу и компактные включения увеличение введения никеля нецелесо- вермикулярного графита.

5 образно с экономической точки зрения. Пример. Плавку чугуна провоСодержание марганца в чугуне 1,0- дили в высокочастотной индукционной

2,07 выбрано с учетом обеспечения по- печи с кислой набивной футеровкой вышенного содержания перлита в метал- емкостью тигля 60 кг. В качестве ислической матрице для повышения твер- 10 ходных материалов использовали: лидости и износостойкости. Как извест- нейные и передельные чушковые чугуно, при содержании марганца более ны, отходы углеродистой стали. Для

1,0X его влияние на структуру чугуна обеспечения требуемого химического достаточно интенсивно, при введении состава в расплав чугуна при темпемарганца более 2,0Õ кристаллизация 1g ратуре не ниже 1450 С вводили феррочугуна протекает со значительным вы- сплавы: ферросилиций ФС 45, ферромарделением структурно-свободных карби- ганец ФМн 75, ферробор ФБ 17, ферродов, которые нельзя устранить за счет никель литейный ФН 6, ферротитан ФТи введения графитизирующих элементов, 30, алюминий АВ 98.

Введение бора в чугун, содержа- 2р Для получения вермикулярной формы щий легирующие элементы (марганец, графита в чугуне проводили сфероидихром, никель) в количестве 0,05-0,087. зирующее модифицирование. При 1450о способствует перлитизации металличес- 1480 С на зеркало металла в печи ввокой матрицы чугуна и повышает равно- дили 0,8- 1,0Е модификатора ФС 30 РЗМ мерность ее распределения по сечению 25 ЗОБ фракцией 2-15 мм и замешивали его разностенных отливок, что позволяет в расплав чугуна до полного раствореповысить твердость и износостойкость чугуна. При концентрации бора более Для снижения отбела чугуна в тон0,087 повышается отбел чугуна, кото- ких сечениях отливок расплав чугуна рый нельзя устранить за счет введения 30 перед заливкой в формы подвергался графитизирующих модификаторов, содер- графитизирующему модифицированию в жащих Ва, Са, Al. При концентрации ковше при 1380-1400 С. При этом для бора менее 0,043 его влияние на струк- известного состава чугуна в качестве туру и свойства чугуна незначительно, модификатора применяли ферросилиций

Барий при концентрации 0,005-0,022 ФС 75, а для предлагаемого чугуна способствует кристаллизации чугуна силикокальций СК 20 и ферросилиций без структурно-свободного цементита с барием ФС 60 Ба 22 ° в тонкостенных отливках и повышает Для получения опытных образцов: равномерность распределения металли- клин на отбел, трефа разностенных ческой матрицы по сечению разностен- 40 образцов сечением 20 20, 60 60, .ъ ных отливок. Повышение данного преде- 100 100 мм и длиной 300 мм, заливала содержания бария приводит к обрат- ли литейные формы известным и предному эффекту, т.е. барий способствует лагаемым чугуном. образованию свободных карбидов, а Предел прочности на растяжение введение„его в чугун ниже 0,005Х су- 4 чугунов определяли на стандартных ществевно не изменяет структуру и образцах, структуру металлической свойства чугуна. основы, твердость и износостойкость

Кальций при концентрации 0,005- опРеделЯли в заготовках Разной пРи0,057 способствует улучшению верми- веденной толщины.. кулярной формы графита, повышает ста- о Износостойкость известного и предбильность процесса модифицирования ложенного чугунов определяли при тречугуна. При введении кальция выше нии скольжения с загрязненной смаз0,05Х ухудшается его усвоение жидким кой. В качестве загрязнения применячугуном и способствует образованию ли чугунную стружку и белый электронеметаллических включений, которые корунд по 503 каждого наименования. снижают механические свойства чугуна. Количество загрязнения составляло 2/3

Введение кальция ниже 0,0057 не от объема индустриального масла. Исоказывает существенного влияния на пытание образцов из чугуна проводили структуру и свойства чугуна. на установке, которая позволяет ими1337434

О, 1-0, 15

0,04-0,08

0,005-0,05

0,005-0,02

Остальное

Таблица 1

Содержание элементов в чугуне, мас.Е

Компоненты

Известный

Предлагаемый

Г 1 3 а

1 5 6 ) 7.3,2

3,4

Углерод

3,2

3,6

3,2

3,6

3,2 3,2

2,6 3,0

2,6

2,6

Кремний

3,0 2,6

3,0

2,0

0,8

1,0

Марганец

1,5

1,0

2,0

0,05 0,15 0,25

0,05

Хром

0,25

0,05

0,05 0,25

0,05 0,6

0,02 0,08

0,01 0 05

0,1 0,15

0,02 0,10

0,2

0,2

0,4

Никель

0,6

0,6

0,02

0,02 0,05 0,08

Титан

0,02

0,08

0,05 0,01

0,01 0,03 0,05

0,01

Алюминий

0,1

0,1

0,12 0,15

Р3М

0,1

0,15

0,04 0,06 0,08

0,04

0,08

Бор

0,005 0,027 0,05 0,001 0,08 0,05 0,027

Кальций

0,005 0,012 0,02

0,001 0,05

0,02 0,02

Барий тировать условия работы станочных базовых деталей, Удельное давление на образцы составляло 10 кгс/см, скорость перемещения 0,06 м/с, время испытаний 30 мин.

Измерение величины износа образцов определяли путем взвешивания (до и после испытаний) на аналитических весах с точностью 0,0002 г. В качестве единицы износостойкости чугунов принята размерность г/ч, Результаты испытаний приведены в табл. 2, Анализ результатов определения структуры и свойств чугуна показывает, что при оптимальном содержании марганца 1,0-2,0Х дополнительный ввод бора с добавками кальция и бария (плавки 1-3) способствует перлитизации металлической основы чугуна, повышает твердость и износостойкость.

При увеличении содержания марганца или бора в составе чугуна (плавки 5 и 7) в структуре чугуна появляются включения цементита, отбел увеличивается, что является отрицательным фактором и снижает обрабатываемость чугуна в тонкостенных отливках.

Уменьшение содержания кальция или бария в чугуне (плавка 4) также способствует появлению цементита в структуре чугуна и увеличению отбела, формула изобретения

Чугун с в ермикуляр ным r p афитом для отливок, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан, алюминий и железо, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения твердости, износостойкости и выравнивания структуры в сечениях разностенных отливок, он дополнительно содержит редкоземельные металлы,бор, барий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Углерод 3,2-3,6

Кремний 2,6-3,0

Марганец 1,0-2,0

Хром 0 05-0 25

Никель 0,2-0,6 .Титан 0,02-0,08

Алюминий 0,01-0 05

26 Редкоземельные металлы

Бор

Кальций

Барий

30 Железо !

1337434! «

«О - «»4 Ю со а с с»1 г л л л л л л л

o o î о

«4

00 л о с0 О

"О л о

«»1 О \ с4 О

01

°, л 1

o o I !

«О

00 л л

<,"Ь л с л

00 Ch

О1 с О л л о о о л О л

«Ч

00 с 4

00 О

o o с 4

«» 1 О л

Х о х

«U

Е» и ф о х х

1 о

О сО «П л л

o o О л л

«О

Р 3 О л о л с0

«О «О л

o o и л л

О1

Щ

Ю о о

Е и Ю

«") сЧ

Ю

Ю о

«Ч

«Ч

«Ч о о л с

Ю «»1

«Ч сЧ сч сч

1

1 о

«Ч 1

Ю

O О О O O О

« 4 б «с) л ai o

СЧ С 4 СЧ сЧ «Ч - «Ч

1 и

И а о

Ю

Ю о

Р> и

И о

И И И 1

I л а и I л со

1 о

«Ч 1 л

Ц

Q)

«О

Е»

Ю ю o o л СО СЧ

О О O W O О О

О Л CO СО О ««

0 б

Ю и

»

1О 00 N СО С 4

o o o o О о л л л л л л л

О О O О О О O

1 х с а сЧ

o o л л о о

«Г1 «

О сЧ Ю о o o л л л о î о с0

Ю о

Ю

Ю

«0

Ю

Л сЧ

О сЧ

o o o л л о o o

Ю

Ю л о сЧ «O

o o л л

o o

О" о л о

1 cd

1 р:)

1

6 1

9 Э»- «4 с 1 в О Л

Р «d

И х х

«0

K а

tj о

«3 х

1„ о о х и

««!

2 л

«0 о

1л

Ф

1» и о

Х

)х о

Е» и о и о х

Сс! х л

«О

Е

v о с а

Е Д

«б х

О а

Е»

Е ««!

Х Е а >х о о х

I о о

°вЂ”

I

Ю

I O

1 !

Г 1

1 (-е и

dJ

Д >Б

Д ж а сЧ O O сЧ с 1

С 4 СЧ «Ч « 4 СЧ а о о о л

"О л 00 Л 00

И И И И ИСГ ю o o oe л со 00 00 01

И И И И Е Г и иooRoo

Л Со m CO »

1

I

I

1

I .1