Чугун

 

Изобретение относится к металлургии литейного производства, в частности к разработке составов чугуна для корпусных отливок с различной толщиной стенок. Техническим результатом данного изобретения является стабилизация и увеличение уровня свойств чугуна при разных углеродных эквивалентах и снижение себестоимости чугуна. Предложенный чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 3,0-3,5; кремний 1,7-2,2; марганец 0,5-0,8; хром 0,15-0,3; медь 0,5-0,8; сера 0,05-0,12; фосфор ≅0,2; барий 0,003-0,015; кальций 0,007-0,025; железо остальное. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии литейного производства, в частности к разработке составов чугуна для корпусных отливок с различной толщиной стенок.

Известен чугун [1] следующего химсостава, мас.%: Углерод - 2,5 - 2,8 Кремний - 1,8 - 2,5 Марганец - 0,3 - 0,7 Алюминий - 0,05 - 0,10 Церий - 0,02 - 0,15 Медь - 0,4 - 0,8 Железо - Остальное Недостаток известного чугуна - низкое содержание углерода, которое приводит к отбелу в тонких сечениях отливок, несмотря на присутствие алюминия и меди.

Содержание церия свыше 0,05% в чугуне приводит к выделению структурного свободного цемента, а алюминий в чугунных заготовках, залитых в сырые песчано-глинистые формы, провоцирует образование ситовидной газовой пористости.

Наиболее близким к предлагаемому чугуну по технической сущности и достигаемому результату является чугун [2] следующего химического состава, мас. %: Углерод - 3,15 - 3,35
Кремний - 2,20 - 2,40
Марганец - 0,6 - 0,8
Хром - 0,2 - 0,3
Никель - 0,1 - 0,35
Сера - До 0,12
Фосфор - 0,18 - 0,25
Железо - Остальное
Недостатком данного чугуна является отсутствие ограничения нижнего предела содержания серы, что делает чугун при содержании серы менее 0,05% маловосприимчивым к модифицированию, а присутствие большого количества марганца и хрома при данном содержании никеля при низком углеродном эквиваленте приводит к появлению в структуре чугуна структурно-свободного цементита и высокой твердости, что приводит к ухудшению механической обрабатываемости и охрупчиванию фасонных отливок. При высоком углеродном эквиваленте высокое содержание кремния приводит к появлению феррита, заниженной твердости и низким механическим свойствам отливок.

Целью данного изобретения является стабилизация и увеличение уровня свойств чугуна при разных углеродных эквивалентах.

Поставленная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, серу, фосфор и железо, дополнительно содержит медь, барий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 3,0 - 3,5
Кремний - 1,7 - 2,2
Марганец - 0,5 - 0,8
Хром - 0,15 - 0,30
Медь - 0,5 - 0,8
Сера - 0,05 - 0,12
Фосфор - ≅ 0,2
Барий - 0,003 - 0,015
Кальций - 0,007 - 0,025
Железо - Остальное
Аналогов, содержащих отличительные признаки предлагаемого технического решения, не обнаружено.

На ГАЗе, в условиях лабораторно-исследовательского отдела, в литейной мастерской были проведены опытные сравнительные плавки с известным и предложенным чугуном. Чугун выплавляли в индукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой. В качестве шихты использовали чушковые передельные чугуны, возврат чугуна СЧ25, отходы стали, катодную медь и ферросплавы. Барий вводили в виде ФС65Ба4, а кальций в виде силикокальция.

Металл перегревали в печи при 1500^oC и заливали образцы: клин на отбел, заготовки для механических свойств и жидкотекучесть.

В табл. 1 приведен химический состав предлагаемого и известного чугунов.

В табл. 2 приведены значения механических свойств, глубина отбела клина, наличие цементита в структуре образцов предлагаемого и известного чугунов. Как видно из табл. 2, у известного чугуна стабильности по структуре, твердости и глубине отбела нет и уровень механических и технологических свойств низкий: колебания по твердости очень большие и составляют 115 НВ, в структуре имеется цементит из-за неправильно подобранного химсостава чугуна.

У предлагаемого чугуна (табл. 2, варианты 2-4) при разных углеродных эквивалентах глубина отбела - ноль, минимальная разность по твердости, более высокий уровень механических и технологических (более высокая жидкотекучесть) свойств, чем у известного.

При очень низком содержании графитизирующих элементов: C, Si, Cu, Ba и Ca в структуре чугуна появляется цементит, твердость увеличивается, что ведет к резкому падению механических и технологических свойств (табл. 2, вариант 1).

При высоком содержании карбидообразующих элементов несмотря на большой углеродный эквивалент (табл. 2, вариант 5) вновь в структуре чугуна появляются карбиды, твердость резко увеличивается, а прочностные свойства уменьшаются.

Содержание кальция 0,007 - 0,025% увеличивает жидкотекучесть и графитизирует чугун, предотвращая образование цементита.

Меньшее содержание Са недостаточно для получения приведенных свойств, а большее количество приводит к лишним затратам.

Выбранные пределы содержания бария (0,003 - 0,01%) обеспечивают за счет эффективного графитизирующего модифицирования исключение в тонких стенках отливок из предлагаемого сплава структурно-свободного цементита и отсутствие феррита. Ввод Cu, Ba и Ca в чугун при выбранном соотношении остальных элементов дает положительный эффект по стабилизации и повышении уровня свойств предлагаемого чугуна.

Источники информации
1. Д. Н. Худокормов, В. М. Королев, С.Н. Леках и др. "Чугун", авт.св. 1109460, кл. C 22 C 37/10.

2. Справочник по чугунному литью под редакцией Н.Г. Гиршовича. - Л.: Машиностроение, 1978, с. 554-555.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, серу, фосфор и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит медь, барий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 3,0 - 3,5
Кремний - 1,7 - 2,2
Марганец - 0,5 - 0,8
Хром - 0,15 - 0,3
Медь - 0,5 - 0,8
Сера - 0,05 - 0,12
Фосфор - ≅ 2
Барий - 0,003 - 0,015
Кальций - 0,007 - 0,025
Железо - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2