ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН Российский патент 2011 года по МПК C22C37/04 C22C37/10 

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 они имеют высокую стоимость за счет дорогих сфероидизирующих модификаторов и затрудненную механическую обработку.

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

Недостатком данного чугуна является его высокая стоимость вследствие большого расхода дорогостоящего сфероидизирующего модификатора «Lamet» и затрудненная механическая обработка отливок.

Технической задачей данного изобретения является уменьшение расхода сфероидизирующего модификатора и улучшение механической обрабатываемости.

Технический результат достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, магний, лантан, кальций, алюминий, серу и фосфор, дополнительно содержит цирконий 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 Цирконий 0,01-0,06 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 предложенными чугунами. Чугун выплавляли в индукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой. В качестве шихты использовали чушковые передельные чугуны, возврат чугуна ВЧ 50, отходы стали и ферросплавы. Лантан, кальций, алюминий и цирконий вводили в виде отдельных ферросплавов.

Металл перегревали в печи до 1500°С и заливали чугун четырьмя ковшами в песчано-глинистые формы для получения отливок «коленвал компрессора» с внутриформенным модифицированием сфероидизирующим модификатором « Lamet» в количестве 0,57%. В первый ковш ферроциркониевый модификатор ФС60 Цр5Мн4 не вводили. Во второй ковш ввели 0,2% ФС60 Цр5Мн4, в третий ковш ввели 0,4% ФС60 Цр5Мн4, в четвертый ковш ввели 0,6% ФС60 Цр5Мн4. Количество вводимого модификатора, химический состав и микроструктура полученных отливок приведены в таблицах №1, 2, 3.

таблица №1 № ковша Количество добавок в ковш ФС60Цр5, % Количество добавок в форму «Lamet»,% 1 Без добавок 0,57 2 0,2 0,57 3 0,4 0,57 4 0,6 0,57 5 0,8 0,57 6 1,0 0,57

таблица №2 № ковша С Si ковш/ отл. Mn S P Cr Zr 1 3,6 1,47/1,77 0,22 0,016 0,06 0,05 0,002 2 3,56 1,56/1,84 0,28 0,015 0,06 0,05 0,013 3 3,57 1,67/1,89 0,22 0,013 0,06 0,05 0,024 4 3,53 1,83/2,17 0,22 0,012 0,07 0,05 0,04 5 3,52 1,92/2,22 0,23 0,011 0,06 0,05 0,062 6 3,52 2,0/2,37 0,24 0,010 0,06 0,06 0,073

таблица №3 № ковша Микроструктура по ГОСТ 3443-87 Твердость, НВ 1 Графит: ШГф4,3,5-ВГф3(15%)-ШГд25,45,90-ШГр2-ШГ10
Металлическая основа: П70(Фе30) 187 2 Графит: ШГф4,3,5-ШГд25,45,90-ШГр2-ШГ10
Металлическая основа: П45(Фе55) 179 3 Графит: ШГф4,5-ШГд25,45-ШГр1-ШГ10
Металлическая основа: П45(Фе55) 179 4 ШГф4,5-ШГд25,45-ШГр1-ШГ10
Металлическая основа: П20(Фе80) 163 5 Графит: ШГф4,5-ШГд25,45-ШГр1-ШГ12
Металлическая основа: П15(Фе85) 156 6 Графит: ШГф4,5-ШГд25,45-ШГр1-ШГ12
Металлическая основа: П10(Фе90) 143

При внутриформенном модифицировании критическим количеством модификатора «Lamet» (с Mg=5% и Zr=0,3%), когда в структуре появляется вермикулярный графит (15%) дополнительное модифицирование циркониевой лигатурой ФС60Цр5 в количестве 0,2-0,6% в начале уменьшает количество вермикулярного графита до нуля, а потом улучшает форму графита от компактного до шаровидного. Количество феррита увеличивается с 30 до 80%, а твердость уменьшается с 187 до 163 НВ.

Промышленная заливка в литейном цехе отливок «Ступиц заднего колеса» с добавкой в раздаточный ковш 0,5% циркониевой лигатуры ФС60Цр5Мн4 и 0,5% сфероидизирующего модификатора «Lamet» в форму (вместо 0,8% по норме) показала удовлетворительные результаты по микроструктуре и отсутствие усадочной пористости на этих деталях после механической обработки.

Твердость на этих отливках с добавлением циркония была на 12-15 ед.НВ меньше, чем на отливках без добавления циркония. Лаборатория механической обработки выдала заключение, что стойкость режущего инструмента при обработке ступиц заднего колеса, обработанных циркониевой лигатурой возросла в 3 раза.

Меньшее количество циркония (менее 0,01%) приводит к появлению вермикулярного графита, большее количество циркония (более 0,06%) является излишним, т.к. резко снижает твердость отливок.

Список литературы

1. Гольштейн Я.Е., Мизин В.Г. Модифицирование и микролегирование чугуна и стали - М.: Металлургия, 1986. - 272 с.

2. Бубликов В.Б., Берчук Д.Н. Повышение степени модифицирования высокопрочного чугуна // Металлургия машиностроения. - 2006. - №5. - с.31-33.

3. Болдырев Д.А. Новые эффективные модификаторы и технологии модифицирования чугунов // Литейное производство. - 2006. - №12. - c.9-13.

4. Зиновьев Ю.А. и др. «Чугун», патент №2358032 С22С 37/04, бюллетень №16 от 10.06.09.

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов высокопрочного чугуна с шаровидным графитом для разностенных сложных отливок. 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; цирконий 0,01-0,06; сера до 0,022; фосфор до 0,1; железо - остальное. Использование изобретения позволяет уменьшить расход сфероидизирующего модификатора и улучшить механическую обрабатываемость чугуна. 3 табл.

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, магний, лантан, кальций, алюминий, серу, фосфор и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий 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 цирконий 0,01-0,06 сера до 0,022 фосфор до 0,1 железо остальное