Чугун

 

1. ЧУГУН, содержащий углерод ,. кремний, медь, отбеливающие компоненты и железо, о т л и щ и и с я тем, что, с целью снижения стоимости, улучшения жидкотекучесТи ,. износостойкости и выравнивания твердости в различных сечениях отливок, в качестве отбеливающих компонентов, он содержит хром и марганец при следующем соотношении ингредиентов, мае.%: 2,9-3,8 Углерод 3,6-5,5 Кремний 0,8-1,5 Медь 1,5-3,8 Хром 0,9-1,5 Марганец Железо Остальное 2. Чугун по п, 1, о т л и ч а ющ и и С я тем, что хром и марганец i взяты в сооношении (Л 2,} % Сг + 1/3( Мп) 4,3

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) $51) С 22 С 37 06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ .

1 : с 1у i,.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ,--::-:::-:, .:,,!1

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3414874/22-02 (22) 01.04.82 (.46) 15.09.83. Вюл. В 34 (72) А,А.Æóêîâ, В,В.1Панин, Г.И.Сильман, С.В.Давыдов, Н.A.Áîëõîâèòèíà и М.С.Фрольцов (71) Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт приборостроения и Завод-.ВТУЗ при

Московском автозаводе им. И.A.ËéÌà÷åâа (53) 669.15-196(088.8) (56) 1. Пивоварский E. Высококачественный чугун. М., "Металлургия", 1965, с. 642.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 322394, кл. С 22 С 37/00, 1971.. (54)(57) 1 ° ЧУГУН, содержащий углерод,. кремний, медь, отбеливающие компоненты и железо, о т л и ч а- ю шийся тем, что, с целью снижения стоимости, улучшения жидкотекучести, износостойкости и выравнивания твердости в различных сечениях отливок, в качестве отбеливающих компонентов,он содержит хром и марганец при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Углерод 2,9-3,8

Кремний 3,6-5,5

Медь .. 0,8-1,5

Хром . 1,5-3,8

Марганец 0,9-1,5

Железо Остальное

2. Чугун по п, 1, о т л и ч а ющ и и C я тем, что,хром и марганец взяты в сооношении е Ф

2 (J C % Cr + 1/3(g Mn) 0 4,3

1041597

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для деталей, работающих в условиях трения, износа и тепловых ударов;

Известен чугун (1), содержащий компоненты, в следующем соотношении, вес.%:

Углерод 1,8-3,2

Кремний . 4,0-10,0

Хром 0,6-0,8

Марганец 0,2-3,0

Железо Остальное

К недостаткам чугуна следует отнести его чувствительность к внешним и внутренним тепловым факторам фор- 15 мирования отливок и отсутствие необходимой стабильности соотношения процента графита к проценту карбидов.

Наиболее близким к предложенному 20 является чугун (2), содержащий, вес.Ъ:

Углерод 3,8-4,5

Кремний 2,5-4,2

Ванадий 3,5-4,5

Медь 0,1-1,5

Никель 0,1-2,0

Марганец До 0,8

Сера До 0,1

Фосфор, До 0,15

Хром До 0,10

Магний До 0,05

Р3М До 0,03

Железо Остальное

Недостатком этоГо чугуна является высокая стоимость из-за дефи-. цитности входящего в его состав ванадия и никеля.

25

Цель изобретения — снижение стоимости, улучшение жидкотекучести, износостойкости и выравнивание твердости в различных сечениях отливок °

Указанная цель достигается тем, что в чугуне, содержащем углерод, кремний, медь, отбеливающие компоненты и железо, в качестве отбели-вающих компонентов он содержит хром и марганец при следующем соотношении ингредиентов, мас.Ъ:

Углерод 2,9-3,8

Кремний 3,6-5,5

Медь 0,8-1,5

Хром 1,5-3,8

Марганец 0,9-1,5

Железо Остальное

При этом хром и марганец взяты в соотношении

2,0 % Cr + 1/3 (% Kn) < 4,2..

Сущность изобретения сводится к тому, что хромом обогащаются за счет эвтектической микроликвации первые порции затвердевающего ледебуритного цементита,. что превращает их в стабилЬные карбиды, не способные графитизироваться. Последние

65 порции карбидной фазы эвтектических колоний (зерен), наоборот, обеднены хромом и могут графитизиронаться.

Аналогично ведет себя марганец, отбеливающая "сила" которого примерно н 3 раза меньше, чем у хрома.

Особую роль играет высокое содержание кремния н сплаве. Большая часть кремния участвует в структурообразонании в качестве "графитизатора". Она микроликнирует н противоположном напранлении по отношению к хрому, скапливаясь при ледебуритном превращении в маточном расплане и нызывая выделение в нем графита при окончательном затнердевании.

Однако небольшая часть кремния участвует н карбидообразонании, образуя силикокарбидную фазу, йли когда содержание хрома находится н нерхнем пределе, входит в состав появляющейся стабильной карбидной фазы типа (Fe, Cr, 5 )у С q (здесь С г. обозначает комплекс Cn + Mn).

Чтобы усилить этот эффект и достичь еще большей дифференциации карбидной фазы н чугуне его легируют, как и прототип, медью. Этот элемент почти не содержится н первых порциях цементита, обогащенного хромом и марганцем, и поэтому не дестабилизирует их. Наоборот,. последние порции затвердевающей энтектики оказываются не только обедненными хромом, но и сильно обогащенными медью, являющейся графитизирующим элементом в условиях эвтектической кристаллизации чугуна.

В результате этого н указанных граничных зонах вовсе не образуется эвтектических карбидов, а кристаллизуется аустенитографитная эвтектика..Чугун получается стабильнополовинчатым с характерной "островной" структурой, отвечающей принципу Шарпи (изолированные области с повышенной твердостью, окруженные более мягкой матрицей, содержащей графитную фазу). В процессе теплосмен (нагрев во время износа, эксплуатация кокилей и прессформ, стеклоформ и т.п.) такой материал

"дышит" за счет графитсодержащей составляющей, окружающей "островки" более твердых и износостойких участков.

При содержащии хрома в составе сплава ниже 1,5%, а меди выше 1,5% чугун получается с недостаточным количеством карбидной фазы и приближается к классу серых чугунов, что приводит к снижению износостойкости.

При содержании хрома выше 3,8%, марганца выше 1,5%, а меди ниже 0,8% чугун получается насквозь отбеленным и переходит в класс белых чугу10415Р7

Т а б л и ц а 1

Параметр П при диаметре литой. пробы, мм

Сплав, Р

Отношение

Пбо П за

30 60

Прототип 4,2

3,4 0,4 — 0;8

4,0

0,55 0,57

0,38 0,40

0,04

0,05

1 2,9

2 3,7 .3 3,8

4,6 0,9 3,8 0,8 нов, что приводит к снижению анти" фрикционных и противозадирных характеристик, к потере способности

"дышать" во время теплосмен и к снижению сопротивляемости тепловым ударам, к резкому ухудшению обраба-. тываемости резанием. Нижний предел

Мр соответствует верхнему его Пределу в непегированных чугунах.

Роль кремния сложнее, так как она является одновременно очень сильным "графитизатором" и своевременным "карбидообразующим" элементом,. входящим в состав силикокарбидов и фазы М С . Поэтому рекомендуемые пределы содержания кремния (4,6-4,5%) выработаны на базе как теоретических соображений, так и эмпирических данных.. Причем выплавлять высококремнистые чугуны с содержанием углерода свыше 3,8% (как в прототипе) очень трудно, особенно при отсутствии в сплаве ванадия,.способствующего

Содержание элементов, мас.%

С Bj Nn Cr Cu

4,.5 1,5 1,5 1,5

3,6 1,2 2,8 1,0.

4 2,9 5,5 1,5 3,8 1,5 растворению углерода в жидком чугуне. Поэтому содержание углерода снижено по сравнению с прототипом и не должно превышать 3,8%. Ниже

2,9% возникает "кинетический" отбел чугуна и получать половинчатые чугу" ны со стабильным соотношением процента графита к проценту карбидов становится затруднительным и нежелательным, ибо малоуглеродистый чугун содержит слишком мало графита.

П р и и е р. Выплавляют в индукционной печи с емкостью тигля 60 кг чугуны различных составов, соответствующих нижнему, среднему и верхнему пределу содержания компонентов.

Хром вводят в чугун в виде феррохрома, марганец в виде ферромарганца, кремний в виде ферросилиция, а медь в виде обрезков электроли-. тической меди.

Химические составы известного и предлагаемого чугунов и параметры, характеризующие их стабильность и свойства, приведены в табл. 1 и 2.

0,35 0,37,. 0,06

0,34 0,36 0,06.

0,37 0,39 0,05

1041597!

I

1

1

1

l6 I ьМ 1

Х%. I

Цо!1

О 11 кх!

Q СЧ,1

Х«l 1

1

I.

1

«1 РЧ Р )

CO i CO ф о о о с ъ % о о о а (Ч

Ю

Ъ

С1

Ю

% о

Ol ОЪ (Ч ФЧ !Ч

1Ч ФЧ СЧ

I

1

I

l

I o

I \О

I

I

I н о

IA

6Ъ

01

M (Ч! 1

I !

I

I

1 ! о

I г

1

I

«! CO ф Ф Ф Ф

ГЧ (Ч N о

CO

%О

C)

lA

Ю о о о ф Ch (Ч

Ю Ю с3

» !

О 1

Х31

C4L 1

I о о о о ID ld EO о

CO Ф

I

I

A с е х ь

4 в рв

I

1

1

И х н о о

Р

IO

5 и

1-1 СЧ С ) gXe х 3

Ж1Ц

e ol

М о! хФ 1 аХ I

Н 1

О ol

Х 1 нCQ 1 ох !!

h5 а О4 о !

» Х е я е ию ххо . лх Р .4ХР

:ъ. Ц

ФФФ о

А х Е н м

v-c ое цы е

Рл». Р

eO El

N«l ф ч . Д

I с

R х

ЦAх

eåõ5 цнн

evu

РОЕ

МхРi

I Х

И

ы о и е оах

И Р . »-

О! О н оао

Фнх

«! РЗ

\ % о

«4 «1 м ч

М %

«1 !11 1

«! !

Ре

5 ф i

3 о

°

Ф о ю

4 I

О с ъ

Ot и 5

Ц и й

v ф 3!В

Ц о х о

Ц

5 о мо оь ф

) C и х ох

Q 3

1041597

Составитель Н. Косторной

Редактор A. Долинич Техред A,À÷ Корректор А. Дзятко

Ю,Заказ 7070/28 Тираж 627 Подписное

ВНИИПИ Государственного..комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филап ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Жидким металлом заливают пробы диаметром 30 и 60 мм, а также пробы на механические свойства и линейные формы различных отливок.

Стабильность отношения

% графита

П - ----- — — - определяют по раз"% карбидо@ ности параметров П проб диаметром

60 и 30 мм соответственно (IIbo - П ; отнесенной к величине П60 .

Из таблицы следует, что эта разность, а следовательно, и отношение (П60 " П о) *П60 минимальна как в прототипе, так и у предложенного сплава (чугуны.1, 2, 3 и 4), особенно в сплаве 1.

Преимущества предложенного ста- . бильно-половинчатого чугуиа заключается в его экономном легировании.

В чугуне, являющимся наилучшим среди упомянутых (прототип), содержится ванадий — дорогой и дефицитный элемент. Качество предложенного чугуна, оцениваемое по величине отношения (П60 — II30)/II60 находится на том же .уровне, что и у прототипа.

Приемы выплавки остаются неизменными или даже упрощаются, так как

),,угар хрома и марганца прн плавке эна10 чительно ниже, чем угар ванадия.. Пред:лагаемый чугун может подвергаться таким же видам термообрабатки, как и прототип. Сфероидиэация графитной фазы в предлагаемом чугуне (в случае

15 необходимости такой операции) осуществляется легче, чем у прототипа, так как в последнем содержатся 2 эле мента-деглобуляризатора (V и Gu -), а в предлагаемом чугуне - один (Cu).