Чугун

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве деталей машин. Цель изобретения - повышение теплопроводности. Новый чугун содержит, мас.%: C 3,10 - 3,95

SI 1,85 - 2,90

MN 0,25 - 0,75

CR 0,02 - 0,10

CU 0,20 - 0,85

NI 0,18 - 0,75

MG 0,004 - 0,012

CA 0,005 - 0,025

РЗМ 0,009 - 0,040

SN 0,04 - 0,18

ZN 0,0008 - 0,010

ZR 0,003 - 0,016

FE ОСТАЛЬНОЕ. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ВВОД В СОСТАВ ПРЕДЛОЖЕННОГО ЧУГУНА ZN И ZR, А ТАКЖЕ ИЗМЕНЕНИЕ В НЕМ СООТНОШЕНИЯ CU, MG И CA ПОЗВОЛИЛИ ПОВЫСИТЬ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ В 1,5 - 1,7 РАЗА. 2 ТАБЛ.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 22 С 37/1О

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕ1ЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР з((i,tj

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (о 4 (л), о с

М

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4696184/02 (22) 25.05.89 (46) 30.08.91. Бюл. N. 32 (71) Институт проблем литья АН УССР (72) В.И.Литовка, И.В.Ткачук, Н.И.Китайгора, А,М.Голосовкер, М,Ф.Казаков, А,В.Стрешнев, А.С.Дубровин и М.И.Серапин (53) 669.16-196(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 924146, кл, С 22 С 37/10, 1980.

Авторское свидетельство СССР

N587171,,кл. С 22 С 37/10, 1976.

Изобретение относится к металлургии, в час ности к разработке составов чугуна для деталей машин.

Цель изобретения — повышение теплопроводности.

Выбор граничных пределов содержания компонентов чугуна предложенного состава обусловлен следующим.

Содержание в чугуне кремния выбрано исходя из необходимости получения заданного уровня физико-механических характеристик металла. при этом нижний предел (1,85%) относится к толс остенным, а верхний (2,90%) — к тонкостенным отливкам.

Марганец в чугун переходит иэ шихговых материалов как постоянный компонент чушковых чугунов, при выбранном составе чугуна указанные пределы содержания марганца определены как условие получения отливок с высокими механическими

„„. Ж„„1673626 А1 (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве деталей машин. Цель изобретения — повышение теплопроводности. Новый чугун содержит, мас.%: С 3,10 — 3,95; SI 1,85 — 2.90;

Мп 0.25-0,75. Cr 0,02 — 0.10; Си 0,20-0.85; Ni

0,18-0,75; Mg 0,004-0,012; Са 0,005-0,025;

Р3М 0,009-0.040; Sn 0,04 — 0,18; Zn 0,00080,010: Zr 0,003-0,016; Fe остальное. Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна Zn и Zr, а также изменение в нем соотношения Cu, Mg и Са позволили повысить теплопроводность в 1,5-1,7 раза. 2 табл. свойствами как в тонкостенных (при нижнем значении этого элемента), так и в толстостенных (при верхнем значении) отливках.

Хром, легируя чугун, повышает pãî механические свойства, кроме того, он о(ладает способностью связывать углерод в карбиды, способствует формированию в структуре чугуна точечного графита, снижающего теплопроводность металла. Ири нижнем (0,02%) пределе концентрации хрома начинает проявляться влияние его на повы:шение 1ехгнических своиств чугуна как в тонкостенных, так и в толстостенных о.ливках, а при превышении верхнего предела (0,10%) появляется опасность появления отбела отливок, особенно тонкостенных и, как следствие, уменьшения теплопроводности.

1673626

50 с,г

Медь, никель и олово входят в состав чугуна как легирующие элементь, упрочняющие металлическую основу. а также снижающие анизотропию свойств металла по сечению отливок. Никель увеличивает растворимость в чугуне меди, обладающей большой перлитиэирующей и упрочняющей способностью. Нижняя концентрация этих элементов (0,2;ь меди 0,18 никеля) является пределом, при котором наблюдается повышение механических свойств чугуна не только в тонкостенных, но и в толстостенных отливках; верхний предел меди (0,857ь) обеспечивает при выбранном составе чугуна получение чисто перлитной структуры и максимальное упрочнение металлической основы; превышение содержания никеля свыше 0,75 4 является излишним по той же причине, а также ввиду дефицитности и высокой стоимости этого элемента.

Олово в указанных пределах способствует повышению механических свойств чугуна вследствие перлитизации металлической основы и, кроме того, обладая демодифицирующим эффектом, тормозит сфероидизацию включений графита, увеличивая теплопроводность чугуна. Содержание олова менее 0,04 7, недоста точно для получения чисто перлитной структуры и изменения формы графита в чугуне, а содержание 0,18; является верхним пределом, обеспечивающим высокое значение механических свойств при перлитной металлической основе. в тонко- и толстостенных отливках, дальнейшее увеличение содержания олова нерационально по экономическим соображениям, Магний и Р3М являются основнь.ми ингредиентами чугуна, вызывающими струк гу ру графитовой составляющей, причем более эффективно действует магний. Снижение магния ниже 0,0047ь ведет к получению точечного (уменьшающего теплопроводность чугуна) или пластинчатого (снижающего механические свойства) графита, Увеличение магния сверх 0,012 в присутствии РЗМ вызывает формирование графита шаровидной формы, при которои теплопроводность чугуна также снижается, При содержании в чугуне Р3М менее 0,009 его действие на форму графита не проявляется, при превышении 0,040 увеличивается склон.;ость чугуна затвердевать в тонкостенных отлиьках с карбидами, т.е. понижается теплопроводность металла, а в толс:остенных отливках форма графита изменяется до шаровидной, что также вызывает уменьшение теплопровидности чугуна.

Кальций, рафинируя расплав, позволяет снизить нижние пределы содержания магния и Р3М для изменения формы графита от пластинчатой или точечной до компактной; кальций также повышает механические свойства чугуна, Концентрации кальция менее 0,005 не сказываются на изучаемых характеристиках чугуна, а при содержании кальция более

0,025 7,, магния и РЗМ в верхних заявляемых пределах повышается вероятность эатвердевания отливок, в первую очередь тонкостенных, с шаровидным графитом (т.е. с низкой теплопроводностью) и с неметаллическими включениями (сульфиды, оксиды кальция). снижающими механические свойства чугуна.

Цинк и цирконий в заявляемых концентрациях препятствуют образованию точечного графита. снижающего теппопроводность чугуна, и действуют как модифицирующие и легирующие элементы.

B присутствии цинка подавляется карбидообразующее влияние циркония. При содержании в чугуне цинка менее 0,0008 или циркония менее 0,003 / укаэанный эффект не проявляется; увеличение содержания циркония сверх 0,016 ведет к снижению тепл0проводности, поскольку часть углерода связана в виде карбидов. При содержании цинка сверх 0,01 / начинает п роя вля ься его демодифицирующее действие, в результате че о в структуре появляется точечный графит, снижающий теплоприводность.

Предлагаемый чугун отличается от известного дополнительным сод..ржанием цинка и циркиния, пониженным содержанием меди и магния, а также выведением иэ его сосгава бария и молибдена.

Чугун получали расплавлением и перегревом в индукционной печи шихты на базе стэнд=:ртных материалов (литейные и предельные чушковые чугуны марок fiP4, медь катодная марки М4. никель гранулированный Н4). Олово марки 02 вводили в ковш при выпуске из печи выплавленного чугуна с температурои 440- 1450 С. Медь, никель и олово усваивались н чугуне соответственно на 85-95, 90-98, и 85-95 . В качестве модификаторов использовали лигатуры марик ФСМг2 и ФСМ 4, со следующим содержанием элементов,ь: магний 1,15-4,3; ка."ьций 0,5 — 6,0; РЗМ 3,0-6,9; цинк 0,03—

1.0; цирконий 0,29 — 1,7G. Усвоение в чугуне эт. х элементов составляло,,ь; магний 6590; кальция 55-89; РЗМ 60-80; цинк 75 — 90; цирконий 65-80. Расходы лигатур, при которых достигались граничные пределы элементов в составе чугунов, 0.5-1.87,.

1673626

0,009 — 0,040

0,04 — 0,18

0,0008-0,010

0,003-0,016

Остальное

Таганца!

° ° !

4ориа 1 Доля ГеллолрограФи- верби- i нодность та ССГ, дов, I ьал/сн с

2 !

Чугун 1 ! —

Солернанне влеиентов, 2 т

:n ре

Cu Iii IIB Сл Г р!

1 .. LL

76! Cr

Пргллоненньн!

1 37

2 3, ЬО

3 ?,Ь4

4 3,10

5 1, ?Ь

6 3,e5

Известный

Остал! ч-,е 60

ЬО

5S

i0

0, 108

О, 120

О, 117 !

О, I!0

О, 106

0,112

0,О:

0, 0!19

0, сн?1

i, 005

О, 016

О, ?03

О, 013

0,02»

О, 008

0,0I7

О, 005

0,025

0,0/

0,16

О, в о,iC

4»

Г?, Оь

1, Ое

О, C;II 5

0,0008

0,00< 5

О, о078

0,010

О, 0015

О, 009

2, 90:?, (О

",45 0,"5

2,10 0,5»

2, <В 0,50

1,85 0,75

1,90 0,68

2CI

0,85 0,18 0,008

0,72 0,4 0,009

C,2О 0.67 0,004

4,78 0,24 О,О!2

С 65 0,75 0,007

0,25 0,70 О, 011

0,50 0,4! 0,008

i1, inn

О,OI

0 4111

О, 019

0,0. О

0,011

0,:1, 0,0u

0,10

0,07

0,С2

0,03

О, 0 II

О,ОСЬ Be

0,07 Ва

0,065

О,ОЬ9

O, lZ С,,5Мо

О, 08 Г, 2 57!о

0,O5

О, ОЕ.

1,1 07 0007

1,4 I,О 002

3,60

3,45

2,9 0.38

2, 55 0,40

0,01

0,10

С,О!

09 I ll

=. одинаковых условиях (сырые песчансо формы температура чугуна на заливке формы 1390 10 C, остывание отливок в формах до комнатной температуры) изго- 5 тавливали стандартные клиновые пробы.

Теплопроводность чугунов изучали на образцах диаметром 15 мм, высотой 30 мм, вырезанных из проб. Теплопроводность определяли с помощью экспериментальной 10 установки ИТС-400 (измеритель теплофиэических свойств), Для определения остаточных содержаний цинка в изучаемых количествах приме- 15 няли атомно-абсорбционный метод (спектометр марки AAS — 1N). Концентрации в чугуне циркония определяли фотометриеским методом.

Химические составы известного и пред- 20 ложенного чугуна и их свойства приведены в табл.1 и 2, соответственно.

Как следует из табл.1 и 2, дополнительный ввод в состав предложенного чугуна цинка и циркония, а также изменение соот- 25 ношения Cu,Mg Са позволи;: -.овыс11ть теплопроводнрсть в 1,5-1,7 раза

Формула изобретен;,-. я

Чугун, содержащий углерод. кремний. марганец, хром, медь, никель, магний, кальций, редкоземельные металлы, олово и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения теплопроводности, он дополнительно содержит цинк и цирконий при следующем соотношении компонентов, мас, :

Углерод 3,10 — 3,95

Кремний 1,85-2,90

Марганец 0,25 — 0,75 .

Хром 0,02 — 0,10, Медь 0,20-0.85

Никель 0.18 — 0,75

Магний 0,004-0,012

Кальций 0,005-0,025

Редкоземельные элеМенты

Олово

Цинк

Цирконий

Железо

1673626

Таблица 2

Составитель Н.Косторный

Редактор Л,Веселовская Техред М.Моргентэл Корректор Э.Лончакова

Заказ 2898 Тираж 371 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101