ЧУГУН Российский патент 2009 года по МПК C22C37/08 

Изобретение относится к металлургии литейного производства, в частности к разработке составов чугуна для отливок блоков цилиндров автомобилей повышенной грузоподъемности.

Известен серый чугун, содержащий, маc.%:

углерод 2,8-4,2 кремний 1,3-3,0 марганец 0,3-0,8 фосфор 0,5-1,6 сера 0,03-0,1 хром 0,1-0,3 никель 0,05-0,15 титан 0,01-0,05 алюминий 0,02-0,06 молибден 0,03-0,1 кальций 0,01-0,05 ванадий 0,05-0,15 железо остальное

(SU 1006531 А, 23.03.1983, МПК С22С 37/10).

Наиболее близким к заявляемому является чугун, содержащий, мас.%:

углерод 3,4-3,9 кремний 1,2-1,7 марганец 0,7-1,0 хром 0,4-0,6 никель 0,02-0,2 медь 0,6-0,9 титан 0,03-0,08 алюминий 0,01-0,05 цирконий 0,03-0,08 стронций 0,03-0,1 сурьма 0,01-0,08 барий 0,01-0,05 кальций 0,01-0,05 сера не больше 0,06 фосфор не больше 0,1 железо остальное

(RU 2281982, С22С 37/10).

Указанный чугун также имеет недостаточную износостойкость.

Заявляемое техническое решение направлено на увеличение износостойкости полученного чугуна с размерами графитовых включений в пределах 90-120 мкм.

Для решения поставленной задачи предлагается чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан, медь, цирконий, стронций и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 3,15-3,30 кремний 1,2-1,7 марганец 0,7-1,0 хром 0,4-0,6 никель 0,0,2-0,2 медь 0,6-0,9 титан 0,03-0,08 цирконий 0,03-0,08 стронций 0,03-0,1 железо остальное.

Пределы содержания углерода в чугуне определены с целью получения в структуре чугуна большого количества мелких включений графита (ПГд 90-120 мкм). Если содержание углерода будет менее 3,15 маc.%, размер графитовых включений ПГд будет менее 90 мкм, что может привести к повышенному образованию трещин. Если содержание углерода будет более 3,3 маc.%, размер графитовых включений будет более 120 мкм, что приведет к резкому снижению твердости.

Содержание в чугуне кремния выбрано по тем же соображениям, а также из-за необходимости получения перлитной структуры с дисперсностью перлита Пд 0,1-0,3 мкм. При содержании кремния менее 1,9 маc.% в структуре чугуна получаются свободные карбиды железа (цементит), при этом в тонких сечениях образуется «отбел». При содержании кремния более 2,3 маc.% размер графитовых включений ПГд будет более 120 мкм, что приведет к резкому снижению твердости.

Марганец в чугун переходит из шихтовых материалов как постоянный компонент чушковых чугунов. При выбранном составе чугуна указанные пределы марганца (0,7-1,0 маc.%) определены как условие получения отливок с низким содержанием серы и с высокими механическими свойствами в литом состоянии как в тонкостенных (при нижнем содержании марганца), так и в толстостенных (при верхнем значении марганца) отливках. При содержании марганца менее 0,7 маc.% уменьшается твердость, при содержании марганца более 1 маc.% ухудшается морфология графита.

Содержание хрома в пределах 0,4-0,6 маc.% выбрано исходя из соображений получения чугуна необходимой твердости и удовлетворительной обрабатываемости резанием. При содержании хрома менее 0,4 маc.% увеличивается дисперсность перлита и увеличивается размер графитовых включений. При содержании хрома в чугуне более 0,6 маc.% увеличивается твердость и ухудшается обрабатываемость резанием.

Медь и никель входят в состав чугуна как легирующие элементы, упрочняющие металлическую основу и с целью выравнивания структуры и свойств чугуна по сечению отливок. Никель, кроме того, способствует повышению растворимости в чугуне меди, обладающей большей перлитизирующей и упрочняющей способностью. При содержании меди менее 0,15 маc.% и содержании никеля менее 0,02 мас.% в структуре чугуна образуется феррит, снижающий износостойкость чугуна. Верхнее содержание меди 0,5 маc.% и никеля 0,2 мас.% ограничено из-за повышения твердости и ухудшения обрабатываемости резанием.

Титан измельчает структуру, повышает прочность чугуна. При количестве менее 0,03 маc.% влияние его на механические свойства незначительно, при содержании более 0,08 мас.% появляется опасность появления неметаллических включений и снижения механических свойств чугуна.

Цирконий в предлагаемых количествах измельчает кристаллическую структуру чугуна, препятствует распространению трещин, рафинирует расплав по азоту, образуя тугоплавкие карбиды циркония. При содержании менее 0,03 маc.% действие его незначительно, повышение содержания циркония более 0,08 мас.% приводит к образованию большого количества карбидов и нитридов циркония, являющимися хрупкими фазами, ухудшающими свойства чугуна.

Стронций способствует графитизации чугуна, значительно снижает образование «отбела» в тонкостенных отливках. При содержании стронция менее 0,03 маc.% действие его незначительно, при содержании стронция более 0,1 маc.% снижается прочность чугуна.

Испытания предлагаемого чугуна произведены на литейном заводе ОАО «КАМА3-Металлургия». Чугун выплавляли в дуговой электропечи, необходимые добавки ферросплавов (ферросилиций, феррохром, ферротитан) и легирующие элементы (никель, медь) вводили в печь, а модифицирование проводили вводом на дно ковша ферросилиция, содержащего стронций и цирконий. Одновременно с этим на дно ковша вводили графит гранулированный и ферромарганец. Отливали вертикальные пробы диаметром 30 мм и высотой 250 мм, из которых изготавливали образцы для изучения структуры, механических свойств и твердости чугуна. Показателем износостойкости является форма, распределение, величина графитовых включений и дисперсность перлита, которые определяли методом количественной металлографии. Структуру чугуна изучали в зоне разрушения образцов после испытаний. Химические составы изученных чугунов приведены в таблице 1. Результаты исследований приведены в таблице 2. Как следует из проведенных испытаний, предлагаемый состав чугуна позволяет стабилизировать размер графитовых включений равномерно распределенной прямолинейной формы и уменьшить дисперсность перлита.

Таблица 1 Состав Содержание элементов, мас.% С Si Mn Cr Ni Cu Тi Zr Ba Са Аl Sr Sb S P Предлагаемый 1 3,29 1,99 0,76 0,39 0,028 0,19 0,038 0,038       0,031   0,031 0,044 2 3,2 2,12 0,85 0,48 0,15 0,35 0,052 0,068       0,088   0,032 0,056 3 3,2 2,3 0,92 0,45 0,029 0,48 0,045 0,045       0,058   0,042 0,054 4 3,16 2,22 0,73 0,52 0,045 0,32 0,058 0,052       0,075   0,054 0,063 5 3,18 2,18 0,85 0,58 0,19 0,29 0,078 0,071       0,09   0,028 0,045 6 3,18 2,15 0,66 0,53 0,14 0,22 0,034 0,041       0,081   0,025 0,048 7 3,27 2,22 0,60 0,41 0,13 0,31 0,032 0,064       0,066   0,031 0,049 Известный 8 3,82 1,25 0,85 0,58 0,15 0,75 0,052 0,048 0,038 0,015 0,046 0,07 0,035 0,032 0,056 9 3,66 1,22 0,83 0,52 0,045 0,72 0,058 0,052 0,035 0,037 0,021 0,082 0,032 0,054 0,063 10 3,42 1,68 0,95 0,58 0,19 0,89 0,078 0,071 0,028 0,038 0,038 0,089 0,032 0,028 0,045

Таблица 2 Чугун Физико-механические свойства Микроструктура Предел прочности, МПа Твердость НВ, ГПА Графит Металлическая основа Форма Распределение Размер ПГд Перлит Пд Феррит Предлагаемый 1 26 220 ПГф1 ПГр1 90-120 100 0,1 0 2 27 233 ПГф1 ПГр1 90-120 100 0,1 0 3 28 240 ПГф1 ПГр1 90-120 100 0,1 0 4 28 230 ПГф1 ПГр1 90-120 100 0,1 0 5 27 225 ПГф1 ПГр1 90-120 100 0,1 0 6 26 230 ПГф1 ПГр1 90-120 100 0,1 0 7 28 240 ПГф1 ПГр1 90-120 100 0,1 0 Известный 8 27 233 ПГф1 ПГр1 250-450 100 0,1 0 9 28 230 ПГф1 ПГр1 250-450 100 0,1 0 10 27 225 ПГф1 ПГр1 250-450 100 0,1 0

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам чугуна для отливок блоков цилиндров автомобилей повышенной грузоподъемности. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,15-3,30; кремний 1,2-1,7; марганец 0,7-1,0; хром 0,4-0,6; никель 0,02-0,2; медь 0,6-0,9; титан 0,03-0,08; цирконий 0,03-0,08; стронций 0,03-0,1; железо - остальное. Чугун обладает высокой износостойкостью. 2 табл.

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, титан, цирконий, стронций и железо, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
углерод 3,15-3,30 кремний 1,2-1,7 марганец 0,7-1,0 хром 0,4-0,6 никель 0,02-0,2 медь 0,6-0,9 титан 0,03-0,08 цирконий 0,03-0,08 стронций 0,03-0,1 железо остальное.