Чугун с шаровидным графитом Советский патент 1985 года по МПК C22C37/00 

ел Изобретение относится к металлу гии, в частности к разработке состава чугуна для получения отливок, обладающих повышенной гидроплотностью и пластичностью. Известен чугун CU .-Содержащий, мас.%: Углерод3,2-3,9 Кремний1,5-3,0 Марганец0,2-0,7 Магний0,01-0,06 Барий0,02-0,2 Редкоземельные металлы 0,005-0,1 Кальций0,03-0,2 Железо Остальное Указанный чугун не обеспечивает необходимых эксплуатационных свойст отливок и пластических свойств чугу на. Наиболее близким к предлагаемому по достигаемому результату является чугун 2, содержащий, мас.%: Углерод3,4-3,8 Кремний1,8-2,4 Марганец0,7-1,2 Никель0,7-1,8 Медь0,2-0,5 Хром , 0,15-0,4 Молибден0,3-1,1 Алюминий0,1-0,3 Магний0,04-0,08 РЗМ0,005-0,02 ЖелезоОстальное Высокое содержание в известном чугуне хрома, марганца и молибдена приводит к получению в тонких стенках отливок структуросвободного цементита, что сказывается на повышении уровня остаточных напряжений и получении недостаточных эксплуата ционных и пластических свойств чугуна в литом состоянии. Цель изобретения - улучшение экс плуатационных свойств отливок и пла тических свойств чугуна в литом сос тоянии . Указанная цель достигается тем, что чугун с шаровидным графитом для отливки, содержащий углерод, кремни марганец, никель, хром, медь, молиб ден, алюминий, магний, редкоземельн элементы и железо, дополнительно содержит титан, стронций и барий при следующем соотношении компонентов, нас. %: Углерод3,0-3,6 Кремний1,6-2,8 Оптимальное содержание углерода в чугуне находится в пределах 3,,6%. При содержании углерода меньше 3,0% в микроструктуре чугуна появляется структурносвободный цементит, а при содержании больше 3,6% значительно увеличиваются размеры графитовых включений и это приводит к уменьшению гидроплотности и прочностных свойств чугуна. Кремний в количестве 1,6-2,8% обеспечивает получение микроструктуры чугуна без цементита и высокие прочностные свойства. Если содержание кремния меньше 1,6%, то в микроструктуре образуется ледебурит, а если больше 2,8%, то уменьшается ударная вязкость. Нижний предел по содержанию в чугуне марганца определяется его содержанием в рудах. При содержании меньше 0,1% марганец не оказывает / заметного влияния на микроструктуру и свойства чугуна. При содержании марганца больше 0,4% в микроструктуре чугуна появляются отдельные включения цементита, что снижает прочностные свойства и, особенно, ударную вязкость чугуна. Ввод в состав чугуна никеля способствует улучшению микроструктуры и повьш1ению прочностных свойств чугуна. Благоприятное влияние никеля наблюдается при его содержании в чугуне больше 0,1%. При увеличении содержания никеля больше 0,6% дальнейшее повышение свойств чугуна происходит медленно. Хром способствует перлитизации металлической матрицы микроструктуры чугуна. Влияние хрома на микроструктуру и свойства чугуна начинает проявляться при его содержании в металле больше 0,05%. При увеличении содержания хрома больше 0,3% по3

является структурносвободный цеменТИТ, что приводит к снижению пластических свойств чугуна.

Медь повьппает жидкотекучесть чугуна и положительно влияет на строение металлической матрицы. Положи-, тельное влияние меди проявляется при ее содержании в чугуне в количествах, превышающих 0,1%. При содержании больше 0,5% медь начинает отрицательно влиять на гидроплотность чугуна.

Ввод в состав чугуна молибдена приводит к улучшению микроструктуры и повьш1ению прочностных и пластических свойств чугуна. Положительное влияние молибдена начинает проявляться при его содержании в чугуне больше 0,05%. При содержании больше 0,4% влияние молибдена на повьш1ение прочностных свойств чугуна заметно уменьшается и становится экономически необоснованным.

Ввод в состав чугуна алюминия обусловлен тем, что он способствует подавлению выпадения структурносвободного цементита в микроструктуре чугуна. Благоприятное, влияние алюминия проявляется при его содержании

I

в чугуне больше 0,05%. Если содержание алюминия превышает 0,25%, та в чугуне на 1инают образовываться пленки окиси алюминия, что приводит к снижению гидроплотности металла, а .следовательно, ухудшению эксплуатационных свойств отливок..

Магний обеспечивает получение в чугуне шаровидной формы графита. Если его содержание меньше 0,02%, то в чугуне получается пластинчатая форма графита,,а если его количество превьппает 0,05%, то в чугуне появляется структурносвободный цементит, повьшается объемная усадка и уменьшается гидроплотность.

Ввод.в состав чугуна РЗМ способствует уменьшению размеров, увеличению количества и улучшению формы графитовых включений. Положительное влияние РЗМ начинает проявляться при их содержании в чугуне в количествах превышающих 0,005%. Если содержание РЗМ больше 0,02%, то дальнейшего улучшения формы графитовых включений и уменьшения их размеров не наблюдается.

Дополнительный ввод в состав чугу на титана обеспечивает получение

571114

в микроструктуре чугуна мало отличающегося по величине и равномерно распределенного графита шаровидной формы. Благоприятное влияние титана 5 на форму, размеры и распределение графита в микроструктуре чугуна проявляется при его содержании больше 0,01%. Если содержание титана превышает 0,08%, то он начинает проявлять

10 карбидообразующее действие и отрицательно влияет на прочностные свойства и гидроплотность чугуна.

Ввод в состав чугуна стронция способствует получению формы графита

15 близкой к правильной шаровидной, и подавлению выпадения в микроструктуре отдельных мелких включений цемен; тита. Такое влияние стронция начинает проявляться при его содержании

20 в чугуне в количествах, больших 0,01%, При увеличении содержания стронция до 0,03%дальнейшее улучшение микроструктуры и повьш1ение свойств чугуна происходит медленно.

5 Барий обеспечивает более полное рафинирование исходного чугуна от газов, серы и фосфора и способствует увеличению количества центров графитизации и повьш1ению гидроплотности

Q металла. Положительное влияние бария начинает проявляться при его содержании в чугуне больше 0,005%. Если его содержание превышает 0,02%, то , наблюдается уменьшение числа центров

графитизации, увеличение размеров

графитовых включений и уменьшение гидроплотности чугуна.

Об эксплуатационных свойствах чугунных отливок судят по величине

давления испытуемой жидкости, вызываклдей гидротечь в отливках.

Чугуны выплавляли в печи ИСТ-0,16, Шихта необходимого состава загружалась в печь, расплавлялась, перегревалась до 1485±15 С.Жидкий чугун при этой температуре выдерживали в течение 10-15 мин, а затем выливали в ковш и модифицировали по сендвич -процессу 2,8% комплексного мод№

фикатора ЖКМК-6. После размешивания, выдержки и очистки чугун разливали по формам с заготовками для образцов и опытных отливок.

Химический состав предлагаемого и известного чугунов приведен в табл. 1.

Из данных табл. 1 видно, что составы 1 и 2 соответствуют известноку

чугуну, состав 3 содержит меньше стронция и титана, состав 9 содержит больше титана, чем предлагаемьй чугун. Составы 4-8 соответствуют составу предлагаемого чугуна.

В табл. 2 приведены свойства и микроструктура чугунов известного и предлагаемого составов.

Из данных -цабл. 2 видно, что . в сравнении с известным в чугуне предлагаемого состава повышается на 1,5-4% предел прочности при растяжении, на 2-7% предел текучести, на 10-25% ударная вязкость, в три раза величина относительного удлинения и почти в два раза величина давления, при которой появляется гидро-; течь в отливках. Это объясняется уменьшением площади, занятой графитом, с 11,1-11,3 до 8,9-9,4% и уменьшением среднего размера графитовых включений с 42-46 до 23-30 мкм. Экономический эффект от внедрения предлагаемого чугуна по сравнению с известным обеспечивается за счет сокращения содержания никеля и молибдена в 2,0-2,5 раза, повьппения пластических свойств чугуна в 2,5-3,0 раза, гидроплотности чугуна почти в два раза и возможного уменьшения благодаря этому толщины стенок отливки на 15-30%.

Т а б л и ц а 1

1157111

Таблица

ЧУГУН С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ для отливки, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, медь, молибден, алюминий, магний, редкоземельные элементы и железо, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных свойств отливок и пластических свойств чугуна в литом состоянии, он дополнительно содержит титан, стронций и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%: сл

Предел прочности при растяжении, МПа746 768 778 788 Предел текучести, МПа54,3 54,6 58,2 58,7 Относительное удлинение, % 3,1 3,3 5,8 8,3 Ударнаявязкость, кгсм/см23,2 3,4 3,3 3,7 Твердость (НВ), кгс/мм 250 260 242 247 Модуль упругости, кгс/мм 16350 16400 16500 16750 1 Появление гидротёчи при давлении, МПа668 683 704 1156 Площадь, занятая графитом, % 11,3 11,1 10,8 9,1 Средний размер графитовых включений, мкм46 42 39 26 793 796 787 787 775 59,0 59,3 58,4 58,3 58,1 10,4 10,8 10,0 9,8 6,4 4,2 4,6 4,1 4,0 3,5 252 242 245 247 242 800 16850 16750 16700 16650 184 1263 1142 1137 829 8,9 8,7 9,3 9,4 10,6 25 23 28 30 .. 37