Чугун
Владельцы патента RU 2299923:
Открытое акционерное общество "ГАЗ" (ОАО "ГАЗ") (RU)
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет (ГОУВПО НГТУ) (RU)
Изобретение относится к литейному производству, в частности, к разработке состава чугуна для мелких разностенных отливок. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,15-3,5; кремний 2,1-2,5; марганец 0,5-0,9; хром до 0,25; фосфор до 0,25; сера 0,05-0,12; барий 0,005-0,012; кальций 0,003-0,008; алюминий 0,002-0,006; железо остальное. Разностенные отливки из чугуна обладают при высокой твердости в толстых сечениях при отсутствии «отбела» в тонких сечениях. 2 табл.
Изобретение относится к металлургии литейного производства, в частности к разработке сплавов чугуна для мелких разностенных отливок.
Известен серый чугун для отливок с толщиной стенок менее 10 мм (1) следующего химсостава, мас.%:
Углерод 3,2-3,8
Кремний 2,4-2,7
Марганец 0,5-0,8
Фосфор не более 0,65
Серы не более 0,15
Железо остальное
Недостатком данного чугуна является низкая прочность и твердость толстых стенок отливок. По этой причине происходит разрушение толстых стенок при закручивании штуцеров. В тонких стенках отливок дефект чугуна "отбел" отсутствует.
Наиболее близким к предлагаемому чугуну по технической сущности и достигаемому результату является чугун (2) следующего химсостава, мас.%:
Углерод 3,2-3,5
Кремний 2,0-2,3
Марганец не более 0,65
Серы не более 0,15
Железо остальное
Недостатком данного химсостава чугуна является получение в тонких сечениях отливок дефекта "отбел" (включения цементита), хотя в толстых сечениях отливок прочность и твердость были удовлетворительными разрушений стенок не было.
Первый чугун - "мягкий" с более высоким углеродным эквивалентом был без "отбела" в тонких сечениях, но в толстых была низкая твердость и прочность, что приводит к его разрушению при эксплуатации.
Второй чугун - "жесткий" с более низким углеродным эквивалентом имел "отбел" в тонких сечениях, а твердость и прочность в толстых сечениях были удовлетворительными (разрушений не было). Это противоречие между "мягким" и "жестким" чугуном было разрешено введением в "жесткий" чугун хрома, бария, кальция, алюминия и изменением количественного состава других элементов.
Решаемая задача - повышение качества чугуна. Техническим результатом изобретения является повышение твердости в толстых сечениях и исключение цементита ("отбела") в тонких сечениях мелких разностенных отливок низких марок чугуна.
Технический результат достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, серу, фосфор и железо, дополнительно содержит хром, барий, кальций и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Углерод | 3,15-3,5 |
| Кремний | 2,1-2,5 |
| Марганец | 0,5-0,9 |
| Хром | До 0,25 |
| Фосфор | До 0,25 |
| Серы | 0,05-0,12 |
| Барий | 0,005-0,012 |
| Кальций | 0,003-0,008 |
| Алюминий | 0,002-0,006 |
| Железо | Остальное |
Аналогов, содержащих отличительные признаки предлагаемого технического решения, не обнаружено. На "ГАЗе", в условиях литейной мастерской и литейного цеха были проведены опытные сравнительные плавки с известным и предложенным чугунами. Чугун выплавляли в индукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой. В качестве шихты использовали чушковые передельные чугуны, возврат чугуна СЧ18, отходы стали и ферросплавы. Барий и алюминий вводили в виде модификатора "Баринок", а кальций в виде силикокальция.
Металл перегревали в печи до 1500°С и заливали отливки типа "колесных цилиндров", в которых минимальная стенка 5 мм, а максимальная 45 мм.
В таблице 1 приведен химический состав предлагаемого и известного чугунов. В таблице 2 приведены структуры и твердость в тонком (5 мм) и толстом (45 мм) сечениях отливок из предлагаемого и известного чугунов.
Как видно из таблиц 1, 2, в отливках из известного чугуна (вар. 12, 13, табл.1) структура тонкого сечения имела цементит "отбел", твердость очень высокая 45...48 HRC (вар. 12, 13, табл.2), в толстом сечении (45 мм) твердость тоже высокая. У предлагаемого чугуна как в тонком сечении (5 мм), так и в толстом сечении (45 мм) структура одинаковая перлитная без цементита (без "отбела") и твердость в пределах требований технических условий (варианты 2, 3, таблицы 1, 2). При меньших значениях бария, кальция и алюминия в тонком сечении появляется цементит, а твердость завышена против требований технических условий (вариант 1, табл.1, 2).
При больших значениях А1 в отливках появляются газовые раковины (при влаге формовочной смеси больше 4,5%). При больших значениях Ва и Са улучшений по структуре и твердости нет и даже появляется феррит и наблюдается снижение твердости, поэтому расход их излишний (вариант 4, табл.1, 2).
В вариантах 5-7 (табл.1) предлагаемого чугуна, когда в чугуне было содержание только одного из предлагаемых элементов и в вариантах 8-10 (табл.1), когда в чугуне было содержание двух элементов в разных сочетаниях, микроструктура чугуна имела цементит (т.е. "отбел") в тонких сечениях и высокую твердость как в тонких, так и в толстых сечениях. При увеличении содержания хрома свыше 0,25% (0,3% - вариант 11, табл.1) в тонком сечении отливки появляется цементит и твердость повышается выше допустимой (вариант 11, табл.2)
Список литературы
1. Справочник по чугунному литью. Под редакцией Н.Г.Гиршовича. М.: Машиностроение, 1978 г., с.57, таблица 1-11 (1-я строка сверху).
2. Справочник по чугунному литью. Под редакцией Н.Г.Гиршовича, М.: Машиностроение, 1978 г., с.57, таблица 1-11 (5-я строка сверху).
| Таблица 1 | ||||||||||
| Чугун № | С | Si | Mn | Cr | Р | S | Ва | Са | Al | Fe |
| Предлагаемый 1 | 3,0 | 2,0 | 0,4 | 0,15 | 0,1 | 0,04 | 0,004 | 0,002 | 0,001 | ост. |
| 2 | 3,15 | 2,1 | 0,5 | 0,20 | ОД5 | 0,05 | 0,005 | 0,003 | 0,002 | ост. |
| 3 | 3,50 | 2,5 | 0,9 | 0,25 | 0,25 | 0,12 | 0,012 | 0,008 | 0,006 | ост. |
| 4 | 3,55 | 2,55 | 1,0 | 0,25 | 0,25 | 0,13 | 0,015 | 0,01 | 0,008 | ост. |
| 5 | 3,5 | 2,5 | 0,9 | 0,2 | 0,08 | 0,08 | 0,005 | - | - | ост. |
| 6 | 3,47 | 2,49 | 0,85 | 0,19 | 0,079 | 0,074 | - | 0,003 | - | ост. |
| 7 | 3,48 | 2,51 | 0,92 | 0,22 | 0,077 | 0,078 | - | - | 0,002 | ост. |
| 8 | 3,51 | 2,47 | 0,84 | 0,19 | 0,078 | 0,077 | 0,005 | 0,003 | - | ост. |
| 9 | 3,52 | 2,52 | 0,87 | 0,21 | 0,075 | 0,075 | - | 0,003 | 0,002 | ост. |
| 10 | 3,49 | 2,48 | 0,88 | 0,2 | 0,074 | 0,076 | 0,005 | - | 0,002 | ост. |
| 11 | 3,5 | 2,2 | 0,5 | 0,3 | 0,25 | 0,05 | 0,005 | 0,003 | 0,002 | ост. |
| Известный 12 | 3,2 | 2,0 | 0,5 | 0,1 | 0,25 | 0,08 | - | - | - | ост. |
| 13 | 3,5 | 2,3 | 0,8 | 0,25 | 0,65 | 0,15 | - | - | - | ост. |
| Таблица 2 | |||||
| Чугун № | Структура | Твердость | Наличие дефектов | ||
| в стенке толщиной | |||||
| 5 мм | 45 мм | 5 мм | 45 мм | ||
| Предлагаемый 1 | Перлит + Цементит10% | Перлит | 273НВ | 256НВ | Нет |
| 2 | Перлит | Перлит | 229НВ | 187НВ | Нет |
| 3 | Перлит | Перлит | 217НВ | 179НВ | Нет |
| 4 | Перлит | Перлит 95% + феррит 5% | 207НВ | 173НВ | Газовые раковины при влаге формовочной снеси >4,5% |
| 5 | Перлит 40% + Цементит 60% | Перлит | 42HRC | 269НВ | Нет |
| 6 | Перлит 40% + Цементит 60% | Перлит | 44HRC | 272НВ | Нет |
| 7 | Перлит 40% + Цементит 60% | Перлит | 41HRC | 268НВ | Нет |
| 8 | Перлит 60% + Цементит 40% | Перлит | 38HRC | 265НВ | Нет |
| 9 | Перлит 50% + Цементит 50% | Перлит | 35HRC | 253НВ | Нет |
| 10 | Перлит 70% + Цементит 30% | Перлит | 33HRC | 245НВ | Нет |
| 11 | Перлит 85% + Цементит 15% | Перлит | 276НВ | 264НВ | Нет |
| Известный 12 | Перлит 20% + Цементит 80% | Перлит | 48HRC | 285 НВ | Усадочные раковины |
| 13 | Перлит 30% + Цементит 70% | Перлит | 45HRC | 273 НВ | Нет |
| Технические условия | Перлит | Перлит + Феррит до 5% | 207-240НВ | 170-240НВ | Не допускается |
Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хром, барий, кальций и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Углерод | 3,15-3,5 |
| Кремний | 2,1-2,5 |
| Марганец | 0,5-0,9 |
| Хром | До 0,25 |
| Фосфор | До 0,25 |
| Сера | 0,05-0,12 |
| Барий | 0,005-0,012 |
| Кальций | 0,003-0,008 |
| Алюминий | 0,002-0,006 |
| Железо | Остальное |
