Высокопрочный чугун Советский патент 1993 года по МПК C22C37/10 

Изобретение относится к металлургии черных металлов и литейному производству, конкретно к разработке состава легированного кремнием высокопрочного чугуна с шаровидной и вермикулярной формами графита преимущественно для литых заготовок деталей гидроаппаратуры.

Известен высокопрочный чугун, содержащий, мас.%: С 2,8-4,2; Si 2,0-3,8; Мп 0,1- 1,0; S 0,001-0,1; Р 0,001-0,3; Sb 0,07-1,0; Fe остальное. Литые заготовки из высокопрочного чугуна имеют преимущественно фер- ритную металлическую основу и следующие механические свойства; ав 230-400 МПа, 6 10-15%, НВ 140-170. При механической обработке корпусных деталей гидроаппаратуры вследствие низкой твердости и высокой пластичности такого чугуна на доводочной операции (хонинговании) происходит искажение золотниковых отверстий, что ведет к нестабильности их размеров.

Изготовление этих деталей из высокопрочного чугуна с перлитной металической

основой, получаемой в результате термической обработки отливок (закалки с отпуском или нормализации), и механическими свойствами ав- 420-550 МПа, (,5- 2,0%, НВ 240-285 позволяет устранить искажение золотниковых отверстий при обработке, но при эксплуатации или хранении гидроаппаратуры в течение 0,5-1 г. геометрия их нарушается из-за коробления в связи с фазовыми превращениями (распада перлита на феррит и углерод) в металлической матрице высокопрочного чугуна.

Цель изобретения - повышение твердости, стабилизация ферритной структуры матрицы чугуна в литом состоянии и геометрических размером литых деталей (преиму- щесткенно геометрических размеров золотниковых отверстий в корпусных деталях гидроаппаратуры при доводочных операциях механической обработки, а также сохранение их первоначальных размеров с течением времени при эксплуатации без

SwЈ

VI

00

а

снижения прочностных свойств материала).

Выбор граничных пределов компонентов в высокопрочном чугуне для литых деталей гидроаппаратуры обусловлен еле- дующим. Легирование кремнием (4-5%) при углеродном эквиваленте 5-6,5% обеспечивает получение литых заготовок из фер- ритного высокопрочного чугуна со следующими механическими свойствами: 7в 350МПа,5 0,5-2,5%, НВ 230-260, а при механической обработке - отклонения от цилиндричности золотниковых отверстий в корпусных деталях гидроаппаратуры в пределах 1,3-2 мкм. При содержании кремния менее 4 существенно снижается твердость чугуна и увеличиваются отклонения от цилиндричности золотниковых отверстий в корпусных деталях, а при содержании кремния свыше 5% повышается твердость чугу- на и затрудняется обработка золотниковых отверстий в указанных деталях.

Граничные параметры содержания углерода (3,0-3,6%), марганца (0,4-0,7%, фосфора (0,08-0,10%) и серы (0,015-0,020%) определяются исходя из практики производства высокопрочного чугуна с углеродным эквивалентом, указанным выше.

Введение РЗМ (0,15-0,25%) обеспечивает, получение включений графита шаро- видной и вермикулярной формы, При содержании РЗМ менее 0,15% в структуре преобладают включения пластинчатого графита, а при содержании свыше 0,25% увеличивается склонность чугуна к отбелу в отливках.

Введение сурьмы в количестве 0,06- 0,08% обусловлено необходимостью получения равномерной структуры по сечению отливок.

Плавку чугуна осуществляют в индукционной печи с использованием в качестве шихты предельного чугуна марок ПЛ1 и ПЛ2 (90%), стального лома (10%) и ферросилиция ФС45. Расплав чугуна при температуре 1430-1450°С обрабатывают в ковше лигатурой ФСЗОРЗМЗОБ и сурьмой (лигатуру и сурьму вводят под струю расплава при его сливе из печи в ковш), вторичное модифицирование чугуна производят при температу- ре 1280-1320°С ферросилицием ФС75,

засыпая его на зеркало расплава в металло- приемник установки непрерывного литья или в разогретый ковш для заливки песчаных форм при заполнении их чугуном из ковша с РЗМ.

В песчаных формах получали отливки корпусов насосов-дозаторов и гидрораспределителей массой 10 кг, на установке непрерывного литья мод. А-126 изготовляли непрерывнолитые заготовки диаметром 104 и 112 мм из высокопрочного чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом и металлической матрицей из легированного кремнием феррита, отливки не имели поверхностного отбела.

Данные о химическом составе опытных плавок чугуна сведены в табл.1. Механические свойства, результаты микроструктурного анализа и данные по оценке отклонений от цилиндричности золотниковых отверстий в корпусных деталях гидроаппаратуры приведены в табл.2.

Повышенное содержание кремния в высокопрочном чугуне позволило за счет увеличения твердости феррита при сохранении его прочностных характеристик уменьшить отклонения от цилиндричности золотниковых отверстий начальных в 1,5-2 раза, по истечении 1/2 г. в 1,2-2,4 раза.

Формула изобретения Высокопрочный чугун, преимущественно для деталей гидроаппаратуры, содержащий углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, сурьму и железо, отличающий- с я тем, что, с целью повышения твердости, стабилизации ферритной матрицы чугуна в литом состоянии и геометрических размеров литых деталей, он дополнительно содержит редкоземельные металлы при следующем содержании компонентов, мас.%:

Углерод3,0-3,6 Кремний 4,0-5,0 Марганец 0,4-0,7 Сера 0,015-0,020 Фосфор 0,08-0,10 Редкоземельные

металлы /РЗМ/0,15-0,25 Сурьма 0,06-0,08 Железо Остальное.

Таблица 1

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству литейного чугуна преимущественно для деталей гидроаппаратуры. Чугун содержит, мас.%: 3,0-3,6 С; 4-5 Si; 0,4-0,7 Мп; 0,015-0,02 S; 0,08-0,1 Р; 0,15-0,25 РЗМ; 0,06-0,08 Sb и остальное Fe. Чугун обладает повышенной твердостью и стабильной ферритной матрицей в литом состоянии. Корпусные детали гидроаппаратуры, отлитые из предлагаемого чугуна имели - в 2 раза пониженные значения отклонения от цилиндричности золотниковых отверстий. 2 табл.

Тэблица2