Ковкий перлитный чугун Советский патент 1985 года по МПК C22C37/00 

со . 11 Изобретение относится к литейному производству тонкостенных чугунных заготовок с повьшенными механическими свойствами и может быть использовано при получении отливок методами литья в формы с интенсивной тепловой активностью и принудительной заливкой расплава на центробежных установ ках, литьем под давлением, вакуумным всасыванием. Известно использование легирования медью исходного чугуна с целью получения ковкого чугуна с повышенными механическими и коррозионными свойствами, а также уменьпюнной способностью к охрупчиванию l . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигавмому результату является чугун 2 , содержащий, мас.%: Углерод2,3-3,0 Кремний0,5-1,1 Марганец 0,&-1,2 , Хром 0,15 Медь1,0-1,5 Фосфор 0,2 Сера«0,08 ЖелезоОстальное Технология получения ковкого чугу на с медью приведенного состава не измеш ется и подобна технологии полу чения ковкого нелегированного чугуна с продолжительностью отжига 8-10 ч. Применение меди в чугунах с повы шенным содержанием кремния (для сокращения продолжительности отжига) не устраняет полностью тенденцию к фёрритизации чугуна при отжиге исход ного белого на ковкий. Чугун получа ется с низким модулем упругости 13000-14000 кгс/мм и весьма нестабильной характеристикой упругости при повышенной тепловой нагрузке до 400°С. Цель изобретения - повьшение механических свойств чугуна и стабили зация модуля упругости при 300 С. Поставленная цель достигается тем, что ковкий перлитный чугун, со держащий углерод, кремний, марганец медь и железо, дополнительно содержит никель при следующем соотношени компонентов, мас.%: Углерод2,4-3,2 Кремний1,00-1,75 Марганец1,3-2,0 Медь0,7-1,3 02 Никель0,3-1,0 ЖелезоОстальное при этом содержание кремния, меди и никеля должно соответствовать величине кремниевого эквивалента Si %Si + 0,3(%Cu + %Ni), равной 1,6 - 2,35. Содержание ингредиентов в указанных пределах определяется получением отливок с перлитной микроструктурой при оптимальном режиме их термической обработки. Выбор .ингредиентов и их содержание устанавливают по их влиянию на структурообразование в отливке при кристаллизации и термообработке. Ko шлeкcнoe влияние ингредиентов должно предотвратить развитие процесса образования пластинчатого графита при затвердевании отливок и обеспечить при их термообработк.е полную графитизацию первичных включений цементита с образованием равномерно распределенных включений графита отжига среднего размера и наиболее компактной формы, близкой к глобулярной, и перлита при последующем охлаждении отливок. Содержание углерода определено по результатам его влияния на распределение, количество и форму включений графита, влияюпщх на механические свойства чугуна: при содержании углерода ниже 2,4% и сравнительно высоком кремниевом эквиваленте после термообработки вьзделяются мелкие включения графита сетчатой формы; при содержании углерода более 3,2% включения графита значительно укрупняются и принимают форму разветвленных хлопьев. Выделение графита анормальной формы приводит к снижению значений модуля упругости и предела прочности чугуна. I Пределы содержания кремния оптимизируют продолжительность отжига белого чугуна, способствуют полной графитизации первичного цементита: при содержании кремния меньше 1,0% продолжительность графитизации первичного цементита увеличивается 2-3 раза и достигает 12-15 ч (вместо 5 ч), что затрудняет получение чугуна с плотной перлитной структурой и способствует го фёрритизации; при содержании кремния более 1,75% уже при коатковременном отжиге (5 ч) происхо31днт ферритизация чугуна и вьц1еленне крупного графита в виде разветвленных хлопьев. С ферритиза1 1ей чугуна увеличивается его пластичность при одновремен ном снижении значений пр1.лела прочности, модуля упругости и увеличении потери упругости при 300 С. Повышенное содержание марганца по сравнению с прототипом позволяет ста билизировать технологию получения чугуна с перлитной микроструктурой: при содержании марганца меньше 1,3% при наибольшем содержании кремния . образуется ферритный чугун с занижен ными механическими свойствами; при содержании.марганца больше 2,0% и минимальном содержании кремния продолжительность термообработки белого чугуна на перлитный увеличивается до 25 ч. При термообработке по указанному режиму первичные включения цементита полностью не графитизируются и процент их содержания остается высоким 30-40%. При наличии свободноструктур кого цементита в большом колич-естве резко снижаются механические свойства чугуна. Растворимость меди в твердом раст воре железа ограничена (0,8%) и дополнительное легирование сплава нике лем увеличивает положительное суммар ное воздействие его с медью. При повышенном содержании кремния и изменившемся отношении содержания серы и марганца дополнительное легирование чугуна никелем способствует получению компактных и округлых форм графита при равномерном их распределении, благоприятному т оздействию на графитизацию в высокотемпературной области и перлитизацию в низкотемпературной . В соответствии с вводимыми значениями кремниевого экивалента комплексное влияние никеля и меди компен сирует однонаправленное влияние кремния, при довольно широком интервале его содержания, на структурообразование в чугуне в процессе отжига. При суммарном содержании никеля .и меди меньше 1,0% при минимальном со-держанйи кремния и максимальном 104 марганца графитизация первичного цементита (при указанном режиме термообрабоки) не завершается полностью и в структре остается до 30% цементита - механические свойства принимают заниженные значения. Повьпиенное суммарное содержание никеля и меди (более 2,3%) при максимальном содержании кремния и минимальном марганца приводит к образованию легированной ферритной матрицы с заниженным модулем упругости. Приме р. Из чугуна известного и предложенного составов (табл. 1) отливались тонкостенные маслоты (4 мм) на центробежных установках в металлические водоохлаждаемые изложницы. Термообработку для маслот из чугуна предлагаемого состава осуществляли по единичному режиму: выдержка при 920°С 5 чи отпуск при 650°С 2 ч. Для изделий из чугуна известного состава термообработку осуществляли по режиму: вьщержка при 920 С 12 ч и отпуск при 2 ч. Результаты испытаний представлены в табл. 2. Из приведенных данных следует,что предлагаемый состав чугуна обеспечивает получение перлитной микроструктуры заготовок с требуемым комплексом мехнических свойств (табл. 2) при термообработке их по принятому режиму - нормализация с 920-950 С после вьщержки 5 ч и последующий отпуск при 650 G в течение 2ч. Пределы содержания каждого ингредиента обеспечивают повьш1ение механических свойств чугуна и стабилизацию модуля упругости при 300°С в производственных условиях при неизбежных отклонениях технологических параметров литья и термообработки, химического состава применяемых исходных шихтовых материалов. Внедрение кобкого перлитного чугуна взамен легированного с пластинчатым графитом позволяет ликвидировать поломку (лом) поршневых колец и получить экономический эффект только за счет ликвидации лома колец Е процессе их изготовления и эксгшуатации 116 тыс. рублей. Xи шчecкий состав чугунов

Таблица 1

КОВКИЙ ПЕРЛИТНЫЙ ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, медь и железо, отличающий с я тем, что, с целью повьш1ения механических свойств чугуна и стабилизации модуля упругости при 300°С, он дополнительно содержит никель при следующем соотношении компонентов, мае.%: Углерод2,4-3,2 Кремний1,00-1,75 Марганец1,3-2,0 Медь0,7-1,3 Никель 0,3-1,0 ЖелезоОстальное при этом содержание кремния, меди и никеля должно соответствовать величине кремниевого эквивалента Si %Si + 0,3(%Cu + %Ni), равной 1,6 - 2,35 (Л