ЧУГУН Российский патент 2009 года по МПК C22C37/04 

Изобретение относится к металлургии литейного производства, в частности, к разработке составов высокопрочного чугуна с шаровидным графитом для разностенных сложных отливок.

Широко известны высокопрочные чугуны с шаровидным графитом, содержащие углерод, кремний, марганец, хром, магний и другие элементы, служащие для изготовления литых деталей машин и механизмов. Эти чугуны обладают высокой прочностью и износостойкостью, однако у них высокая склонность к усадке, а следовательно, к образованию усадочных дефектов.

Наиболее близким к предлагаемому по составу и достигаемым свойствам является чугун [1] следующего химсостава, мас.%:

Углерод 3,4-3,8 Кремний 2,1-2,7 Марганец до 0,4 Хром до 0,1 Магний 0,03-0,08 Сера до 0,02 Фосфор до 0,1 Железо остальное

Недостатком данного чугуна является большая склонность к образованию усадочных дефектов (раковин и пористости), в особенности у сложных разностенных отливок.

Технической задачей данного изобретения является исключение усадочных дефектов в отливках из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

Технический результат достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, магний, серу и фосфор, дополнительно содержит лантан, кальций и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 3,85-4,05 Кремний 1,95-2,2 Марганец до 0,5 Хром до 0,1 Магний 0,03-0,06 Лантан 0,001-0,01 Кальций 0,002-0,007 Алюминий 0,003-0,01 Сера до 0,022 Фосфор до 0,1 Железо остальное

Аналогов, содержащих отличительные признаки предлагаемого технического решения не обнаружено. На ОАО «ГАЗ» в условиях литейной лаборатории были проведены опытные сравнительные плавки с известным и предложенным чугунами.

Чугун выплавляли в редукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой, В качестве пикты использовали чушковые передельные чугуны, возврат чугуна ВЧ50, отходы стали и ферросплавы. Лантан, кальций и алюминий вводили в виде отдельных ферросплавов.

Металл перегревали в печи до 1500°С и заливали стержневые пробы на объемную усадку с внутриформенным модифицированием. Количество модификатора в реакционной камере пробы на усадку - 40 г (1,25%), фракции 1-5 мм. Известный чугун получали модифицированием в форме ФСМг5 (Si - 52%; Mg - 5,6%.

Химсостав чугунов из печи приведен в таблице № 1.

таблица №1 № пробы С Si Mn Cr P S 1 3,92 1,6 0,32 0,036 0,057 0,012 2 3,93 1,59 0,34 0,035 0,058 0,014

Химсостав предлагаемого и известного чугунов из проб на усадку после внутриформенного модифицирования приведен в таблице №2.

Микроструктура и твердость чугунов определялись из проб на усадку (представлены в таблице №3).

таблица №2 Чугун № С Si Mn Cr Mg La Ca Al P S Предлагаемый
1 3,80 2,25 0,32 0,036 0,042 0,0009 0,001 0,002 0,057 0,012 2 3,85 2,20 0,33 0,037 0,043 0,001 0,002 0,003 0,058 0,014 3 3,95 2,1 0,32 0,035 0,044 0,003 0,004 0,007 0,057 0,012 4 4,05 1,95 0,34 0,038 0,043 0,01 0,007 0,01 0,059 0,014 5 4,1 1,8 0,33 0,035 0,048 0,015 0,008 0,015 0,057 0,012 6 3,85 2,2 0,33 0,037 0,042 0,001 - 0,003 0,057 0,012 7 3,9 2,19 0,32 0,036 0,041 - 0,002 0,003 0,058 0,014 8 3,95 2,12 0,31 0,035 0,043 0,001 0,002 - 0,056 0,012 Известный 3,78 2,1 0,35 0,037 0,041 - - - 0,059 0,012 9 10 3,80 2,2 0,34 0,040 0,046 - - - 0,056 0,014   таблица №3 Чугун № Микроструктура по ГОСТ 3443-87 Твердость, НВ Усадка, % 1 2 3 4 1 ШГф4,3, ВГф3-Шгд25, 45-ШГр2-ШГ12 П8(Фе92) 150-170 1,78-1,95 2-4 ШГф5-Шгд15,25 - ШГр1-ШП12 П6(Фе94) 140-155 1,66-1,69 5 ШГф5-Шгд15, 25-ШГр1-ШГ12 П10(Фе90), имеются плены 140-160 1,97-2,45 6 ШГф5-Шгд15, 25-ШГр1-ШГ12 П15(Фе85) 176 3,2 7 ШГф4, 3-Шгд25, 45-ШГр2-ШГ12 П30(Фе70) 192 3,8 8 ШГф4, 5-Шгд15, 25-ШГр1-ШП2 П20(Фе80) 183 3,0 9-10 ШГф5, 4, 3-Шгд25, 45-ШГр2-ШГ10 П10(Фе90) 150-170 3,4-4,6

Предлагаемое количество лантана, кальция и алюминия (чугун №2-4, табл.2) обеспечивает максимальный эффект повышения температуры расплава за счет их взаимодействия с серой и кислородом чугуна, что улучшает растворимость модификатора, очищает границы зерен, дает максимальный графитизирующий эффект и минимальную усадку (столбец 4, чугуны 2-4, таблица №3).

При повышении суммарного содержания лантана, кальция, алюминия (чугун 5, табл.3) модификатор плохо усваивается, графита выделяется меньше, увеличивается количество неметаллических включений, усадка увеличивается.

Снижение содержания этих элементов (чугун №1, табл.№3) не обеспечивает модификатору хорошей десульфурирующей способности, что также не позволяет получить при обработке высокосернистого чугуна, графит полностью сфероидальной формы.

При содержании углерода и кремния в пределах, указанных в чугунах №2-4, табл.№2, усадка сплава наименьшая (чугуны №2-4, табл.3).

При меньшем содержании углерода и кремния (чугун №1, табл.№2) жидкотекучесть чугуна уменьшается [2] и усадка увеличивается (чугун №1, таблица №3).

При большем содержании углерода и кремния (чугун №5, таблица №2) происходит флотация графита и образование плен и усадка чугуна увеличивается (чугун №5, табл.3).

В известном чугуне (чугуны №9,10, табл.№2) без добавок La, Са, Al усадка резко возрастает (чугуны №9, 10, табл.№3).

Отлитые в литейном цехе ступицы заднего колеса с предложенным химсоставом (чугун №2-4, табл.3) усадочных дефектов не имели. Ранее отливаемые ступицы из известного чугуна (чугуны №9-10, табл.3) после мехобработки в механическом цехе имели усадочные дефекты на рабочей части детали и забраковывались.

Эффект уменьшения усадки высокопрочного чугуна (чугуны №2-4, табл.№3) и исключение усадочных дефектов на отливках получается только при совместном вводе лантана, кальция, алюминия и других элементов в указанных пределах (чугуны 2-4, табл.2). Отдельный ввод этих элементов (лантана кальция и алюминия, чугуны №6, 7, 8, табл.2) снижения усадки не дал (чугуны 6, 7, 8, табл.3).

Список литературы

1. «Справочник по чугунному литью» под редакцией Н.Г.Гиршовича, Л., Машиностроение, 1978 г., стр.670-672.

2. И.В.Гаврилин «Предусадочное расширение как следствие внутреннего давления в металлах и сплавах», ж. «Металлургия машиностроения», №6(9). 2002.

Изобретение относится к металлургии литейного производства, в частности к высокопрочным чугунам с шаровидным графитом. Чугун содержит мас.%: углерод 3,85-4,05; кремний 1,95-2,2; марганец до 0,5; хром до 0,1: магний 0,03-0,06; лантан 0,001-0,01; кальций 0,002-0,007; алюминий 0,003-0,01; сера до 0,022; фосфор до 0,1; железо - остальное. Использование изобретения позволяет исключить усадочные дефекты в отливках. 3 табл.

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, магний, серу, фосфор и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит лантан, кальций и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 3,85-4,05 Кремний 1,95-2,2 Марганец До 0,5 Хром До 0,1 Магний 0,03-0,06 Лантан 0,001-0,01 Кальций 0,002-0,007 Алюминий 0,003-0,01 Сера До 0,022 Фосфор До 0,1 Железо Остальное