Чугун для отливок

 

Изобретение относится к литейяому производству, в частности, к составам высокоуглеродистых сплавов железа дпя производства ответственных корпусных отливок. Целью изобретения является повышение гидропрочности отливок при сохранении их герметичности . Предпоженный чугун содержит, мас.%: углерод 2,8-3,6; кремний 1,6- 2,Оi марганец 0,003-0,04; сурьма 0,05-0,2; олово 0,01-0,1; кобальт 0,1-0,3; церий 0,005-0,035; титан 0,05-0,1; нитрит 0,05-0,1, железо остальное . Предложенный чугун может бьшь использован дпя производства деталей, работающих под высоким давлением и содержащих в качестве рабочих сред конструкционные масла и жидкости. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 С 22 С 37/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 4166675/31-02 (22} 25.12.86 (46) 23.05.88. Бюн. М 19 (71) Белорусский политехнический институт (72) М.М.Бондарев, В.M.Ìèõàéëoâñêèé, И.М,Громыко, В,Н,Рыбяков и Л.Л.Счисленок (53) 669.15-196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1216237, кл. С 22 С 37/00, 1984 °.(54) ЧУГУН ДЛЯ ОТЛИВОК (57) Изобретение относится к литейному производству, в частности к составам высокоуглеродистых сплавов же„„Я0„„1397530 А1 леза для производства ответственных корпусных отливок. Целью изобретения является повышение гидропрочности отливок при сохранении их герметичности. Предложенный чугун содержит, мас.7: углерод 2,8-3,6; кремний 1,62,0; марганец 0,005-0,04; сурьма

0 05-0 2 олово 0,01-0,1; кобальт

О,!-0,3 церий 0,005-0,035; титан

0,05-0,1; нитрит 0,05-0,1, железо остальное. Предложенный чугун может быль использован для производства деталей, работающих под высоким давлением и содержащих в качестве рабочих сред конструкционные масла и жидкости. 2 табл.

1397530

Изобретение относится к ли йному производству, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может быть использовано при проиэ5 водстве ответственных корпусных отливок, работающих под высоким давлением и содержащих в качестве рабочих сред конструкционные масла и жидкости, Цель изобретения — повьппение гидропрочности при сохранении герМетичности отливок.

Чугун, предлягаемого состава содержит, мас.%:

Углерод 2, 8-3,6 . 15

Кремний 1, 6-2,0

Марганец 0,005-0,04

Сур ьма 0,05-0,2

Олово 0,01"0,10

Кобальт 0,1-0,30 20

Церий 0,005-0,035

Титан 0,05-0,10

Иттрий 0,05-0,10

Железо Остальное

Йпя обеспечения высокой .надежности 25 работы корпусных отливок, предуамагриВакм1их возможность их замены в случае потери герметичности, необходимо, чтобы давление разрыва, определяемое гидропрочностью сплава, было во всех 30 случаях выше давления появления течи, принимаемого как критерий герме" тичности, Уровень герметичности и гидропрочности сплава определяется количеством и формой графита в чугуне и струкhypos металлической матрицы. Нижний предел содержания по углероду (2,8% по массе)обеспечивает минимальное

Количество свободного углерода в структуре, при котором кристаллизация сплава идет по метастабильной диаграмме. При содержании углерода 2,8.3,6 мас.7. обеспечивается перлитизация металлической основы чугуна. 45

Повьппение содержания углерода свыше

3,6 мас.X приводит к Флотации графитных включений, потери прочностных характеристик и герметичности чугуна. 50

Нижний предел содержания по кремнию 1,6 мас.X определен исходя из обеспечения отсутствия цементита в структуре, По мере повьппения содержания кремния с 1,6 до 2,0 мас.X увеличивается количество звтектического графита, выделяющегося при кристаллизации. Рост чугуна в результате выделения графита в процессе кристаллиз ации компенсирует усадку металла, что приводит к увеличению герметичности отливок. Повьппение содержания кремния сверх 2,07 по массе не оказывает существенного влияния на предотвращение образования усадочных дефектов, однако увеличивает количество Феррита в структуре (6oлее 5%) и снижает гидропрочность.

Марrанец при его содержанияx вьппе

0,005% по массе увеличивает устойчивость аустенита, способствует измельчению перлитной структуры матрицы, в результате чего возрастает гидропрочность чугуна.

Нижний предел содержания марганца (0,005X} определен исходя иэ технологических условий плавки чугуна.

При добавлении марганца более 0,04% он значительно тормозит графитизацию, повьппая склонность чугуна к отбелу.

Усадка чугуна на первой стадии структурообразования с увеличением содержания марганца увеличивается, что приводит к снижению герметичности.

Кобальт понижает растворимость и повышает активность углерода в жидком чугуне. Расширяя. 1.-область, кобальт способствует образованию дисперсной

Ферритоцементитной смеси, в результате чего увеличивается гидропрочность и его вязкость. Добавки кобальта выше 0,307 не приводят к существенному повьппению гидропрочности, поэтому экономически нецелесообразны, Нижний предел содержания по кобальту (0,1% по массе) выбран исходя из легирующих свойств кобальта.

Церий при введении его в сплав в количествах 0,005-0,035 мас.7. обеспечивает выделение при кристаллизации графита верьжкулярной форьь, что существенноо повьппает герметично ст ь чугуна. Нижний предел содержания по церию (0,005 мас.X) соответствует на" чалу образования вермикулярного граФита. При содержании церия свьппе

0,035 мас.% повьппается склонность сплава к переохлаждению при кристаллиз ации из жидкого состояния р что приводит к повышению числа свободных карбидов в структуре, которые сохраняются даже при интенсивном вторичном модифицировании. В то же время при избытке церия () 0,035X} возрастает тенденция к фпотации графита в массивных частях отливок, что также!

397530 снижает герметичность и гидропроч, ность чугуна.

Сурьма в сером чугуне перлитизирует структуру. При этом сурьма в количествах 0,05-0,2 мас.X не отбели5 вает чугун при первичной кристаллизации. Ниже содержания 0,05 мас. сурьма не оказывает перлитизирующего действия на металлическую основу чугуна.

Верхний предел содержания сурьм (0,2 мас.X) ограничен интенсивным выделением токсичных окислов и гидридон сурьмы, что требует усиления вентиляции при плавке сплава. !5

Олово при добавках 0,01-0, l измельчает и более равномерно распределяет графит и матрице, а также способ.— ствует образованию перлита без появления первичных карбидов, увеличивает дисперсность перлита и стабилизирует последний путем влияния на рост зародьппей и рост цементита, что положительно сказывается на герметичнОсти и ГидрОпрОчнОсти ОтлиВОк ° СО 25 держание олова менее 0,0! мас. не оказывает существенного влияния на процесс первичной кристаллизации, а добавки более О,IX по массе экономически нецелесообразны, так как ЗО возрастает стоимость легирования.

Кроме того, при содержании олова

I свьппе 0,1 по массе из Ы -твердого раствора при кристаллизации выделяются интерметяллические соединения, 35 снижающие гидропрочность чугуна.

Добавление титана в количестве от

0,05 до 0,15 мас,X н сером чугуне способствует формированию в структу-. ре переохлажденного графита. В кор- 4 пусных разностенных отливках, имеющих тенденцию к переохлаждению в тонких сечениях, добавка титана 0,05 0,15 мас.% способствует гомогенизации структуры, а следовательно, и повыше- 4 нию гидропрочности. Увеличение содержания титана выше 0,1.5, приводит к образованию Т С и T1CN резко ухудшающих прочность чугуна.

Положительное влияние иттрия на бО повышение герметичности и гидропрочности чугуна связанб с очищением границ зерен от эвтектических примесей — продуктов взаимодействия элементов, входящих в состав чугуна с

О, 0 и S. Добавка иттрия в чугун в количестве 0,05 — 0,10 мас. способствует равномерному распределению ле гирующих элементов (Ь, Sn, Со) в икрообъемях расплава, повышает

IIJIoTHAcTI.- металла, тормозит диффузионные процессы при реакциях обмена ня гоанице металл — среда, Нижний предел содержания иттрия (0,05,,яс. ) соответствует скачкообразному приросту плотности и гидроппочности. Добавки иттрия выше О,l . не даат существенного увеличения гидропрочности и герметичности.

Пример. Для изучения структуры и свойств предлагаемого материала выплавлены чугуны, содержащие осноннь е компоненты на нижнем, среднем и верхнем уровнях, а также ниже нижнего и выше верхнего уровней и известный сплав со средним содержанием ингредиентов„

ТОХнология плавки чугуня состоит н расплавлении металлизонанных окатышей с содержанием. Ре = 89,IX в индукционной печи, науглероживании расплава, введении ферросплавов: кремний ФС75 (75/ Si), титан Ti2 (30X Ti) кобальта К2 (98 Co), сурьму Су2 (98,8 . Sb), олово 04 (96 . Sn), церий н виде .сплава МЦ-40 (Зб Се) и иттрий

ИтИ-5 (93 . y). Последние вводят в рязлиночньи.ковш непосредственно перед заливкой образцов.

Из выплавленных составов чугуна заливают ступенчатые цилиндрические пробы с соотношением диаметров 100:

:85:60:45:30 мм, для герметичности и гидропрочности используют чашевидные образцы Ф= 14 мм и с толщиной испытуемой стенки 0,8 мм, вырезанные из ступенчатых проб. Образцы з акр епляют на испытательном стенде, в системе которого плавно повьппают давление до того момента, когда жидкость появляется ня наружной поверхности образца. В качестве рабочей среды, создающей давление в системе применяется веретенное масло АУ с вязкостью при 20 С, равной 49 сСт и плотностью 0,89 г/см . Давление,при котором .появляется течь, принимают за критерий герметичности чугуна. После фиксации давления появления течи, давление в системе испытательного стенда продолжают поднимать до полного разрыва образца, Это давление разрыва принимают эа критерий гидропрочности чугуна.

Химический состав известного и предлагаемого составов чугуна приведен в табл.1.

397530 во, кобальт, церий и железо, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения гидропрочности при сохра5 ненни герметичности отливок он по9 полнительно содержит титан и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.X:

Табнннв1

Содервание элементов, нас.й овеяв дернвя ннгреентов

Иввестнн«

1,8 0,022 0,07 0,13 0,2 0,02

5>г

Средин«.Лреднагаезе>« нее

16 0005 005 О >01 О > 7 0005 0 >05 ! >В О>022 0> i2 0>055 О ° 2 0,02 i 0,075

О,О5 г>В

Линн«

Средин«

0,075

Верхний

0,2 0,! 0 ЗО 0>035 О ° > г,о 0,04

Инне верхнего! 4 О,ОО5 0,03 0,005 0>08 0,0Î45 0,04 г>В

О >04

Вюе верхне ГО

0 ° 15 о,i5

0,25 0,2 0>35 0,04

2,2 0,05

Таблица2

Давление разрыва, МПа, при диаметре пробы,мм

Давление появления течи, МПа при диаметре пробы, мм

Сплав

60 30

100 60 30

100

220

150 205 220 170

Известный

Предлaraеиай

380

365

340

320

290

280

425

410

351. 4

360

315

320

485

460

420

375

320

340

225

3!0

305

285

280

215

405

450

360

330

335

5 1

Результаты испытаний чугун:.7а иа гидропрочность и герметичность для образцов, вырезанных из проб диаметром 30, 60 и 100 м, представлены в табл.2.

Как видно из представленных табл. 1 и 2 дополнительный ввод в состав чугуна титана и иттрия повышает герметичность и гидропрочность сплава.

Предлагаемый состав чугуна прошел

71абораторные и опытно-промышленные г спытания при изготовлении отливок Крьппка задняя" и "Сервопоршень" из Сплава для деталей гидротрансмиссий аксиальнопоршневых машин.

Формул а и з обретения

Чугун дпя отливок, содержащий углерод, кремний, марганец, сурьму, олоУглерод

Кремний

Марганец

Сурьма

Олово

Кобальт

Церий

Титан.

Иттрий

Железо

2,8-3,6

1,6-2,0

0,005-0,04

0 05-0,2

0,01-0, 10

0,1-0,3

0,005-0,035

0,05-0,10

0,05-0,10

Остапьное