ЧУГУН Российский патент 2008 года по МПК C22C37/06 

Изобретение относится к металлургии литейного производства, в частности к разработке высоколегированных хромистых чугунов.

Известны хромистые чугуны [1] типа сормайт с химическим составом, мас.%:

углерод2,5-3,5кремний2,5-3,5марганец1,0-1,5хром28,0-35,0никель3-5фосфордо 0,08серадо 0,08железоостальное

Предел прочности этого чугуна 35-40 кгс/мм² и твердость 460-490 НВ. Недостаток этого чугуна - пониженная обрабатываемость и низкая рабочая температура (до 850°С).

Наиболее близким к предлагаемому чугуну по технической сущности к достигаемому результату является хромистый чугун ЧХ34М [2] с химическим составом, мас.%:

углерод1,5-2,2кремний1,3-1,7марганец0,4-0,8хром32,0-36,0молибден1,5-2,0железоостальное

Рекомендуемая температура эксплуатации ЧХ34М 1150-1200°С, хром придает изделию высокую износостойкость при повышенных температурах. Износостойкость этих чугунов повышается при дополнительном легировании их 1,5-2,0% молибдена. Недостатком этого чугуна является большая объемная усадка и, как следствие, склонность к образованию усадочных раковин, которая растет пропорционально содержанию хрома. Поэтому отливку необходимо питать прибылями, составляющими по весу до 20% от веса отливки. Но если усадочные раковины можно «вывести» в прибыли, то усадочную пористость можно исключить только изменением физико-химических свойств сплава, меняя химический состав сплава.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение качества отливок из высокохромистого чугуна.

Техническим результатом данного изобретения является уменьшение дефектов отливок по усадочной пористости.

Технический результат достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, молибден, серу, фосфор и железо, дополнительно содержит цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод1,8-2,3кремний1,8-2,1марганецдо 0,6хром33-35молибден2,0-2,5фосфордо 0,06серадо 0,03цирконий0,02-0,1железоостальное

В ОАО «ГАЗ» в условиях литейного цеха были проведены сравнительные плавки с известным и предложенным чугунами, с заливкой седел клапанов для двигателя. Чугун выплавляли в электродуговой печи. В качестве шихты использовали чушковые передельные чугуны, возврат высокохромистого чугуна, отходы стали, ферромолибден, ферромарганец. Цирконий вводили в виде ферросплава ФСЦр45.

Металл перегревали в печи до 1600°С и заливали седла клапана с известным и предлагаемым химическим составом (см. таблицу 1). В этой же таблице приведен брак седел клапанов по усадочной пористости, обнаруживаемой при проведении рентгенографии седел на рентгеновской установке. Как видно из таблицы 1, у седел клапанов предлагаемого чугуна (варианты 5-7) брак (столбец №11) по усадочной пористости ниже, чем у известного чугуна (варианты 1-3) в ˜10 раз, причем оптимальным содержанием циркония является количество в пределах 0,02-0,1%.

При содержании углерода меньше 1,8% в результате вторичного окисления металл интенсивно покрывается вязкой окисной пленкой, способствующей образованию брака литья по спаю и неслитинам. Повышение содержания углерода более 2,3% ведет к росту крупных первичных карбидов и, вследствие этого, к ухудшению механической обработки.

Для достижения содержания кремния менее 1,8% необходимо использование в шихте чистых по кремнию, но очень дорогих легирующих компонентов, что экономически нецелесообразно. При содержании в чугуне кремния более 2,1% возрастает степень легированности им ферритной основы, что приводит к нежелательному охрупчиванию и трещинам. При содержании марганца больше 0,6% увеличивается доля остаточного аустенита в основе чугуна, которая при механической обработке под воздействием лезвийного инструмента наклепывается и твердеет, в результате чего затрудняется механическая обработка.

Содержание хрома в предлагаемом чугуне определено исходя из необходимости получения оптимального сочетания износостойкости и жаростойкости сплава при высоких температурах. Содержание хрома ниже 30% нецелесообразно, так как увеличивается доля остаточного аустенита, возрастает концентрация несвязанного углерода в растворе, повышается твердость чугуна и затрудняется его механическая обработка.

При содержании хрома более 35% происходит еще большее выклинивание γ-области в твердом растворе при высокотемпературном нагреве, снижается концентрация углерода в растворе и затрудняется достижение высокой твердости чугуна после закалки.

Верхние пределы по содержанию фосфора и серы ограничены общеизвестным вредным влиянием их на чугун.

Ввод в состав чугуна молибдена приводит к существенному измельчению карбидных включений, что повышает износостойкость и трещиноустойчивость при одновременном улучшении обрабатываемости. При содержании молибдена менее 2,0% он не оказывает своего положительного действия на структуру и свойства чугуна, то есть не измельчает карбидные включения. При увеличении Мо более 2,5% появляется транскристаллизация, ухудшается механическая обработка.

Нижний предел по содержанию циркония 0,02% связан с началом эффективного его воздействия на уменьшение усадочной пористости отливок (вариант 5 таблицы 1). Верхний предел по содержанию циркония - 0,1% (вариант 7 таблицы 1) ограничен его эффективностью по снижению брака по усадочной пористости. Более высокое содержание циркония не влияет на уменьшение брака по пористости (вариант 8 таблицы 1).

Таблица 1Условный номер вариантаКоличество модификтора ФСЦр45Химический состав, мас.%Количество брака по усадочной пористости, %  СSiMnCrМоPSZr 1234567891011Известный 1-1,51,30,4321,50,050,02-252-2,01,50,6341,70,050,02-353-2,21,70,8362,00,050,02-40Предлагаемый 40,021,81,80,6332,00,060,030,011050,051,81,80,6332,00,060,030,022,560,12,32,10,6352,50,0060,030,042,070,32,32,10,6352,50,060,030,121,580,42,32,10,6352,50,060,030,162,0

Список литературы

1. Щедров К.П., Гакман Э.Л. «Жаростойкие материалы», М., Машиностроение», 1965.

2. Александров. Н.Н., Клочнев Н.И. «Технология получения и свойства жаростойких чугунов». М., «Машиностроение», 1964.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к разработке составов высоколегированных хромистых чугунов с уменьшенной усадочной пористостью. Чугун содержит, мас.%: углерод 1,8-2,3; кремний 1,8-2,1; марганец до 0,6; хром 33-35; фосфор до 0,06; сера до 0,03; молибден 2-2,5; цирконий 0,02-0,1; железо - остальное. 1 табл.

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, молибден, фосфор, серу и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод1,8-2,3кремний1,8-2,1марганецдо 0,6хром33-35фосфордо 0,06серадо 0,03молибден2-2,5цирконий0,02-0,1железоостальное