Чугун
ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан, алюминий, кальций, редкоземельные металлы, медь, ,фосфор и железо , отлича.ющийся тем, что, с целью повьппения изотропности твердости и структуры при сохранении обрабатываемости резанием, он дополнительно содержит серу при следующем соотношении компонентов, мае. %: (Л с
COOS COBETCHHX
WM
РЕСПУБЛИН
09} 01) sm С 22 С 37 10
0,005-0,030
О, 1-1,0
0,08-0,20
0,03-0,10
Остальное
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 3440033/22-02 (22) 20.05.82 (46) 30.09.84. Бюл. N - 36 (72) Б.М.Гринберг, С.Г.Терехов, А.Д.Шерман, И.Ф.Филиппов, Г.И.Якушина, Е.И,Боженок, Я.Я.Власов, JI.Т.Дзыбал, С.П.Китайский, М.А.Леховицер и В.И.Головань (71) Научно-исследовательский институт автотракторных материалов и Дизелестроительный завод им. С.М.Кирова (53) 669.15-196(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
1I 908903, кл. С 22 С 37/00, 1980.
2. Авторское свидетельство СССР
Ф 773124, кл. С 22 С 37/10, 1979. (54) (57) ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан, алюминий, кальций, редкоземельные металлы, медь, фосфор и железо, о т л и ч а.ю шийся тем, . что, с целью повышения изотропности твердости и структуры при сохранении обрабатываемости резанием, он дополнительно содержит серу при следующем соотношении компонентов, мас. Х:
Углерод 3,0-3,5
Кремний 1,6-2,3
Марганец 0,4-1, О
Хром 0,1-0,5
Никель 0,1-1,1
Титан О, О 1.-0, 08
Алюминий 0,005-0,050
Кальций . 0,005-0,050
Редкоземельные металлы
Медь
Фосфор
Сера
Железо
1116086
Изобретение относится к черной металлургии, s частности к серому чугуну с пластинчатым графитом пля корпусных деталей двигателя сгорания, например к чугуну для головок и блоков цилиндров дизельного двигателя.
Обычно для таких отливок применя-, ют низколегированные чугуны, содержащие хром, никель, титан, медь. Однако в головках и блоках цилиндров из 10 чугунов такого типа при эксплуатации часто обнаруживают трещины, и одной из главных причин их образования является неоднородность структуры в различных сечениях, Для повышения 15 однородности структуры в чугун вводят дополнительно алюминий, кальций, РЗМ.
Известен чугун f1) для головок блоков цилиндров следующего химичес- 20 кого состава, мас.7.:
Углерод 3,0-3,5
Кремний 1,6-2,3
Марганец 0,3-1,3
Фосфор 0,08-0,2 25
Хром 0,1-0,5
Титан 0,01-0, 08
Кальций 0,01-0,20
P3M 0,005-0,050
Никель 0,1-1,1 30
Алюминий 0,005-0,050
Железо Остальяе
Состав чугуна обеспечивает повышенную прочность и однородность структуры в отливках ° Однако обрабатываемость сложных отливок головок цилиндров дизелей из этого чугуна в условиях массового производства требует улучшения.
Наиболее близким к изобретению 40 по технической сущности и достигаемому результату является чугун (21 следующего химического состава, мас. 7.:
Углерод 3,2-3,8
Кремний 1,7-2,6 45
Марганец 0,3-0,7
Хром 0,1-0,3
Никель 0,1-0,5
Титан 0,03-0, 10
Алюминий О, 1-0,5 50
Ка,пьций 0,01-0, 10
Иттрий 0,02-0,10
Медь 0,1-0,5
Фосфор О, 05-0,40
Молибден 0,1-0,5 55
Железо Остальное
Данный чугун обладает низкой изотропностью твердости н структуры, обрабатываекостью резанием, относится к высокопрочным чугунам с компактной формой графита. Кроме того, данный чугун имеет повышенную склонность к образованию усадочных дефектов.
Целью изобретения является повышение изотропности твердости и структуры при сохранении обрабатываемости резанием.
Данная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан, алюминий, кальций, редкоземельные металлы, медь, фосфор и железо, дополнительно содержит серу при следующем соотношении компонентов, в мас. 7:
Углерод 3,0-3,5
Кремний 1,6-2,3
Марганец . 0,4-1,0
Хром 0,1-0,5
Никель 0,1-1, 1
Титан 0,01-0,08
Алюминий 0,005-0,050
Кальций 0,005-0,050
Редкоземельные металлы 0,005-0,030
Медь 0,1-1,0
Фосфор 0,08-0,20
Сера 0,03-0,10
Железо Остальное
Введение в чугун 0,03-0,10Х серы обеспечивает получение в структуре чугуна среднепластинчатого и отсутствие низкоохлажденного точечного и розеточного графита, поскольку сера в таких количествах резко усиливает эффективность действия модификаторов, вводимых в чугун при заполнении ковша и содержащих кальций и церий.
Снижсние содержания серы ниже
0,037 резко ухудшает эффект модифицирования чугуна и делает структуру чугуна менее однородной.
Увеличение содержания серы свыше
О, 17 приводит к повышению склонности чугуна к отбелу и также ухудшает эффект модифицирования. Медь обеспечивает получение более однородной структуры перлита. Лри содержании меди вьппе 1Х она начинает ликвировать, и перлит имеет неравномерную микротвердость, в результате чего ухудшается обрабатываемость.
Такое изменение структуры чугуна, связанное с вводом в чугун серы и меди, улучшает обрабатываемость отливок
1116086
Алюминий добавляется в высокопрочный чугун как раскислитель и в количестве 0,1-0,5 улучшает обраба тываемость. Однако по изобретению содержание алюминия ограничено 0,0050,050, так как при его содержании свьппе 0,05% возрастает склонность, чугуна в отливках к газо-усадочным дефектам.
В таблице представлены известные 10 составы чугунов и по изобретению и распределение твердости и микроструктуры в сечениях отливок 5, 10 и 30 мм.
Исследования обрабатываемости втулок иэ опытных чугунов проводились методом наружного точения на специальном токарном полуавтомате модели IH713 режущим инструментом, оснащенным четырехгранной пластинкой 20 твердого сплава ВК6 с размерами
12,7х12,7 мм ГОСТ 19049-80 на следующих режимах резания:
Число оборотов шпинделя, об/мин 174 25
Скорость резания, м/мин 58
Подача, мм/об 0,5
Глубина резания, мм 5
Время обработки, мин 0,78 Зо
В качестве критерия затупления инструмента была принята фаска износа по задней поверхности, равная
0,8 мм.
Стойкость режущего инструмент а выводилась к ак средняя вели-— чина стойкости (в деталях) 5 резцов с износом по задней лов ер хиос ти О, 8 мм.
Средняя стойкость резцов для чугунов У 1, 2, 3, 4 составила 18, 24, 24, 22 детали соответственно.
Результаты исследований показывают, что стойкость инструмента при обработке чугунов и 2, 3, 4 в 1,51,8 раза вьппе, чем у чугуна В 1.
Предлагаемый чугун имеет предел прочности на изгиб 50,7-52 кг/мм .
Учитывая, что чугун имеет высокую прочность, квазиизотропность, его применение целесообразно для корпусных деталей двигателя.
Плавка чугунов проводилась в индукционной печи емкостью тигля 30 кг.
В качестве шихтовых материалов применяли литейный чугун ЛКЗ, стальной лом, ферросплавы, металлический марганец. Чугуны модифицировались
0,3 . ферросилиция ФС75, а также лигатурами СЦЕИИШ-1, СИИТИИШ-1 производства Ключевского завода ферросплавов.
Добавки лигатур с РЗМ проводили в ковш перед разливкой металла. Температура перегрева составляла 14501480 С, а температура заливки 13801360 С.
Чугун заливали в песчаные формы, и иэ одного ковша получали отливки
9 30, 9 10, 9 5 мм.
Из отливок вырезали образцы для измерения твердости и контроля микроструктуры. Твердость измеряли на приборах Бринель и Роквелл, а микро" структуру исследовали с помощью микроскопа MHM-7 по ГОСТ 3443-77.
Данные по химическому составу чугунов, микроструктуре, твердости в различных сечениях занесены в таблицу.
Из данных таблицы следует, что изотропность твердости и микроструктуры у предполагаемого чугуна в
1,5 раза вьппе, чем у известного.
Экономическая эффективность использования данного чугуна составляет не менее 100 тыс. руб.
О
СЧ ф
Г» а
1» л !
4 14
Р !4
iE у! а о л о
О л о
4!\ о З
llj а л а8
М м!
ФЧ л
СЧ л 4! 4!
14 а э о у!
Е у! л
СЧ! — ) л
О
CV! о!
О
РЪ л
S г ! !
4!
I ! ! ! cv ! м1 о
1;$ й
11!6086 а
+ л 4! о в ф л
1:Ф а е
+ э а л м1 я
«Ф C»I
И л о л
О Д
I м
1 л
О л о о л ь
С») ь л ь л
О л
if
Ю л
Ю м1 о
О
Ю с 1
Ю
Ю л
Ю л
Ю Л
Ю л
Ю и
О
О л
00
Ю л
О о л о
О л
О о л
ФГ\ л ь и
Р1 л
1о
I л л
) a
4!
oj
1»
v о
С»1 л
CD м1 л ь с i л
I
1
I !
1 (Ч
Р3
Ю л
О О
О л
О СО
О1
CD . л о
СО
О л
C i
О м1
Щ л
Г л л
С ) л
СЧ м1
СЧ л
Ф»Ъ
Ю л
M л л с 1
O I и ! ц
1 !
1
I
1 !
Г !э
1 ь
1 ф
1 I
1 I
1 !
В!
H! o
1 ! —
° r4 !
Н 1
I I»
1 1
l ! o o ! !
I 1
1 I
I 1 ! .!
»! .!
О о
1о о
1 м
1о
1 л
1о
1о! о !
1о
1а ! сч
1 ! м1 л
I rl
I !
11t
I f сЧ ! v
1 <у
1 р! Я
I +
