Половинчатый чугун Советский патент 1992 года по МПК C22C37/06 

Изобретение относится к металлургии, в частности к половинчатым чугунам, обла-ч дающим повышенными антифрикционными свойствами, износостойкостью и прочностью.

Известен чугун следующего химического состава, мас.%:

Углерод2,9-3,8

Кремний3,6-5,5

Марганец0,9-1,5

Хром1,5-3.8

Медь0.8-1.5

. ЖелезоОстальное

К недостаткам этого чугуна относятся повышенная хрупкость и не всегда достаточная прочность, что является следствием частичного силикокарбидного отбела и пластинчатой формы графитных включений. Наличие большого количества силикокарби- дов (наряду с карбидами МпСз типа СпСз) ухудшает также обрабатываемость чугуна резанием.

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

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Медь

Ванадий

Алюминий

Магний

Кальций

РЗМ

Железо

3,5-3,8 3,4-4.0 0,3-0,6 1.4-2.1 0.5-2.0 0,15-0,5 0,04-0,4 0.01-0,035 0.01-0,08 0.01-0.15 Остальное

Недостатками этого чугуна являются нестабильные значения свойств из-за возможного несогласованного соотношения содержащий графитизирующих и карбидо- образующих элементов и отсутствия ограничений по суммарному содержанию элементов - модификаторов. В ряде случаев это может привести к резким выпадам по прочности и износостойкости.

Целью изобретения является повышение и стабилизация значений прочности и износостойкости чугуна при сохранении низких значений коэффициента трения.

VJ О 00 00 00

со

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, ванадий, алюминий, магний, кальций. РЗМ и железо, дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод3.0-4,2

Кремний2,4-3,3

Марганец0,3-1,5

Хром1,2-2,6

Медь0.4-2,3

Ванадий0.1-0,8

Титан0,05-0,2

Алюминий0,06-0,6

Магний0,002-0,05

Кальций0.005-0,05

РЗМ0,005-0,06

ЖелезоОстальное

причем содержание компонентов удовлетворяет следующим соотношениям, мас.%: П1 SI + AI + 1 /2 Си 3,04-4.67; П2 Сг + У+ 1/2Мп 2,15-3.26: Пз My + Са + РЗМ 0,067- 0.096; ПН12 0,5,

где Hi - параметр, характеризующий суммарное содержание элементов-графитиза- торов;

П2 - параметр, характеризующий содержание карбидообразующих элементов; Пз - параметр, характеризующий содержание элементов-модификаторов.

В качестве примесей чугун может содержать серу (до 0,03%) и фосфор (до 0,08%).

Состав чугуна выбран, исходя из следующих соображений.

По сравнению с известным в составе предлагаемого чугуна уменьшено содержание кремйия с ограничением в интервале 2,4-3,3%. Если содержание кремния более 3,3%, то становится возможным образование силикокарбидов и силикоферрита с ох- рупчиванием чугуна, что приводит к снижению прочности и стабильности всего комплекса свойств. При содержании кремния менее 2,4% степень графитизации чугуна оказывается недостаточной, что проявляется в существенном повышении твердости, ухудшении обрабатываемости чугуна резанием и увеличении коэффициента трения,

Алюминий в чугуне оказывает как гра- фитиэирующеё, так и модифицирующее действие. При содержании алюминия менее 0,06% ни один из этих эффектов практически не проявляется. Содержание алюминия более 0,6% трудно обеспечить технологически, так как при этом резко ухудшается жид коте кучесть чугуна и повышается склонность чугуна к образованию газовых дефектов.

Медь в составе чугуна способствует грэ- фитизации при температурах твердожидко- го и аустенитного состояний, при более низких температурах перлитизирует етруктуру матрицы. При содержании в чугуне более 1% медь образует собственную (медистую) фазу. Все эти факторы сильно снижают коэффициент трения и повышают износостойкость чугуна. При содержании

0 меди менее 0,4% эти эффекты незначительны. Повышение содержания меди более 2,3% удорожает чугун без значительного положительного эффекта по свойствам.

Общее содержание элементов-фафи5 тизаторов определяется значением параметра Пч. причем коэффициентом 0,5 характеризуется более слабое действие меди по сравнению с другими элементами. При Пч 3.04 степень графитизации чугуна

0 оказывается недостаточной, если же Hi 4,67, что происходит снижение свойств чугуна из-за уменьшения количества карбидов и охрупчивания матрицы чугуна.

Основным карбидообразующим эле5 ментом в чугуне является хром. Его содержание ограничено 1,2-2,6%. При содержании хрома менее 1,2% структура чугуна оказывается сильно графитизированной, что проявляется в снижении твердости и

0 износостойкости чугуна. При содержании в чугуне более 2,6% хрома трудно обеспечить необходимую степень графитизации без образования силикокарбидов и силикоферрита, так как отбеливающее действие такого

5 количества хрома можно нейтрализовать только большим количеством кремния.

Небольшие количества ванадия существенно изменяют структуру чугуна и повышают его прочность и износостойкость. При

0 содержании ванадия менее 0,1% этот эффект незначителен. Использование ванадия в количестве б.олее 0,8% нецелесообразно из-за повышения стоимости чугуна без заметного положительного эффекта по свой5 ствам.

Содержание марганца ограничено интервалом 0.3-1,5%. При содержании 0,3% марганец является технической примесью и дальнейшее его уменьшение требует при0 менения специальной шихты, что удорожает чугун. При содержании более 1,5% марганец сильно повышает твердость матрицы чугуна, что проявляется в повышении общей твердости, ухудшении обрабатыаае5 мости чугуна резанием и повышении коэффициента трения.

Общее содержание карбидообразующих элементов определяется значением параметра П2. При П2 2.15% лсличество карбидов в литой структуре чугуна недостаточно, так как не обеспечивает нужную твердость и высокую износостойкость чугуна. При 3,26% существенно снижается степень графитизации чугуна, увеличивается коэффициент трения и ухудшается обра- батываемость чугуна резанием.

Титан играет роль стабилизатора степени графитизации и свойств чугуна. Первичные и эвтектические карбиды титана являются центрами графитизации, что спо- собствует устранению кинетического отбе- ла. При остаточном содержании титана менее 0,05% этот эффект незначителен, при содержании титана более 0,2% образуются крупные первичные карбиды компактной формы, которые легко выкрашиваются и увеличивают износ чугуна.

Предлагаемый интервал содержания углерода 3,0-4,2% обеспечивает формирование половинчатой структуры чугуна при соблюдении условий по параметрам П1 и П2. При содержании углерода менее 3% ослабляется действие графитизаторов и усиливается влияние отбеливающих элементов, что приводит к недостаточной графитизации чу- гуна, излишне высокой твердости, плохой обрабатываемости резанием и повышению коэффициента трения. При содержании углерода более 4,2% проявляется обратный эффект с чрезмерным увеличением степени графитизации и появлением в структуре чугуна крупных заэвтектических карбидов, резко снижающих свойства чугуна.

Магний, кальций и РЗМ использованы в качестве элементов-модификаторов с целью сфероидизации графитных включений и измельчении первичной структуры чугуна. Общее содержание этих элементов должно соответствовать параметру Пз. При Пз 0,067% результаты модифицирования нестабильны и в структуре чугуна может появляться вермикулярный или пластинчатый графит со значительным снижением прочности чугуна. При Пз 0,096% становится возможным эффект перемодифицирования с необоснованным повышением расхода модификатора. Целесообразно нижнее значение содержаний магния сочетать с верхними значениями содержаний РЗМ. Кальций играет роль десульфуратора, уменьшая расход магния и РЗМ. Остаточное содержание кальция менее 0,005% свидетельствует о повышенном расходе магния и РЗМ. Содержание кальция более 0.05% достигается при слишком высоком его содержании в комплексном модификаторе, что затрудняет усвоение модификатора жидким чугуном и приводит к увеличению в чугуне количества неметаллических включений и снижению его свойств.

Плавки чугуна проводились в открытых индукционных тигельных печах на шихте, состоящей из углеродистой стали, электродного боя, ферросплавов (ферросилиция, ферромарганца, феррохрома, феррованадия и ферротитана), отходов электротехнической меди и алюминия. Ферросплавы (за исключением ферротитана) вводят в расплав при 1350-1380°С. После расплавления ферросплавов вводят медь и алюминий. Алюминий частично используют в составе комплексного модификатора.

При переливе металла из печи в раз- ливо чный ковш проводят комплексное модифицирование чугуна и его микролегирование титаном. В качестве модификатора используют смесь лигатур ЖКМ и ЖКМК, а также мишметалла и небольшого количества алюминия (до 0,2%). Модифицирование проводят сандвич-процессом, пригружая модифицирующую смесь специально отлитой чугунной решеткой. Температура модифицируемого металла составляет 1420-1450°С.

Жидкий чугун разливают в сухие песча- но-глинистые формы. Отливают стандартные клиновые пробы толщиной 30 мм, из которых вырезают образцы для проведения металлографического анализа, механических испытаний и испытаний на износ. Испытания на износ проводят на машине МИ-1М в условиях сухого трения по схеме вращающийся диск - неподвижная колодка. Диск контртела диаметром 50 мм изготавливают из стали 45 и термообрабатывают на 1-ШСэ46. Испытания проводят при частоте вращения диска 250 об/мин с удельной нагрузкой 1,2 МПа. Износ определяют по потере массы образца в процессе изнашивания. Параллельно определяют коэффициент трения.

Химические составы сплавов и результаты их испытаний приведены в табл.1 и 2 в сопоставлении с известным составом.

Чугун предлагаемого состава (сплавы 1- 6) отличается от известного сочетанием более высоких и стабильных свойств. При выходе за предлагаемые пределы содержания компонентов в чугуне (сплавы 7-9) существенно ухудшаются его свойства (снижаются прочность и износостойкость, повышается коэффициент трения).

Формула изобретения

Половинчатый чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, ванадий, алюминий, магний, кальций, РЗМ и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения и стабилизации прочности и износостойкости при сохранении низкого коэффициента трения, он дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мае. %:

РЗМ Железо

0,005-0,06 Остальное

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве чугунных отливок, Сущность изобретения: половинчатый чугун содержит. мас.%: С 3-4,2; SI 2.4-3.3; Мп 0.3-1,5; Сг 1,2-2.6; Си 0,4-2,3; V 0.1-0,8; AI 0,06-0,6; Ма 0,002-0,05; Са 0,005-0.06; РЗМ 0.005- 0,06; TI 0.05-0,2; Fe остальное. Дополнительное введение TI и уменьшение содержания Si позволяют повысить до в 1,57-1,72 раза и стабилизировать в интервале 630-680 МПа. а также повысить износостойкость в 1.56-1,89 раза при сохранении низкого коэффициента трения. 2 табл.

3.0-4,22.4-3,3

0.3-1,5

0.4-2,3

0,1-0,8

0,05-0.2

0,06-0.6

0,002-0.05

0,005-0.05

0

причем содержание компонентов удовлетворяет следующим соотношениям, мас.%:

Ri - SI + AI + 1 /2 Си - 3,04-4,67;

П2 - Сг + V + 1 /2 Мп - 2,15-3.26;

Пз - Мд + Са + РЗМ 0.067-0,096;

ПНЪ Ј0,5,

где fli - суммарное содержание элементов графитизатора;

П2 - карбидообразующих;

Пз - элементов-модификаторов.

Т б л и « I

Таблица2