ЧУГУН Российский патент 2007 года по МПК C22C37/10 

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.%:

Углерод3,15-3,5Кремний2,1-2,5Марганец0,5-0,9ХромДо 0,25ФосфорДо 0,25Серы0,05-0,12Барий0,005-0,012Кальций0,003-0,008Алюминий0,002-0,006ЖелезоОстальное

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 1Чугун №СSiMnCrРSВаСаAlFeПредлагаемый 13,02,00,40,150,10,040,0040,0020,001ост.23,152,10,50,20ОД50,050,0050,0030,002ост.33,502,50,90,250,250,120,0120,0080,006ост.43,552,551,00,250,250,130,0150,010,008ост.53,52,50,90,20,080,080,005--ост.63,472,490,850,190,0790,074-0,003-ост.73,482,510,920,220,0770,078--0,002ост.83,512,470,840,190,0780,0770,0050,003-ост.93,522,520,870,210,0750,075-0,0030,002ост.103,492,480,880,20,0740,0760,005-0,002ост.113,52,20,50,30,250,050,0050,0030,002ост.Известный 123,22,00,50,10,250,08---ост.133,52,30,80,250,650,15---ост.

Таблица 2Чугун №СтруктураТвердостьНаличие дефектов в стенке толщиной  5 мм45 мм5 мм45 мм Предлагаемый 1Перлит + Цементит10%Перлит273НВ256НВНет2ПерлитПерлит229НВ187НВНет3ПерлитПерлит217НВ179НВНет4ПерлитПерлит 95% + феррит 5%207НВ173НВГазовые раковины при влаге формовочной снеси >4,5%5Перлит 40% + Цементит 60%Перлит42HRC269НВНет6Перлит 40% + Цементит 60%Перлит44HRC272НВНет7Перлит 40% + Цементит 60%Перлит41HRC268НВНет8Перлит 60% + Цементит 40%Перлит38HRC265НВНет9Перлит 50% + Цементит 50%Перлит35HRC253НВНет10Перлит 70% + Цементит 30%Перлит33HRC245НВНет11Перлит 85% + Цементит 15%Перлит276НВ264НВНетИзвестный 12Перлит 20% + Цементит 80%Перлит48HRC285 НВУсадочные раковины13Перлит 30% + Цементит 70%Перлит45HRC273 НВНетТехнические условияПерлитПерлит + Феррит до 5%207-240НВ170-240НВНе допускается

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.

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.%:

Углерод3,15-3,5Кремний2,1-2,5Марганец0,5-0,9ХромДо 0,25ФосфорДо 0,25Сера0,05-0,12Барий0,005-0,012Кальций0,003-0,008Алюминий0,002-0,006ЖелезоОстальное