Чугун Советский патент 1981 года по МПК C22C37/10 

(54) ЧУГУН

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к производству ковких чугунов.

Известен ковкий чугун, содержащий в.вес.%: углерод 2,2-2,6, кремнии 1,0-1,3, марганец 0,3-0,4, фосфор до 0,18, сера до 0,12, железо - остальное 1 .

Основным недостатком известного состава чугуна является ненысокий уровень физико-механических свойств :

Предел прочности 30-37 кг/мм

Относительное удлинение6-12%.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является чугун,содержащий в вес.% :

3,2-3,6

Угдерод 1,6-2,6

Кремнии 0,1-0,5

Марганец 0,02-0,05

Магнии 0,01-0,05

Кальции 0,02-0,10

Медь 0,05-0,15

Алюминий Редкоземельные металлы

0,01-0,06 (РЗМ)

Однако ввиду сравнительного высокого содержания углерода и кремния в этом чугуне при первичной кристаллизации выделяется свободный графит, что в значительной степени понижает его прочностные и пластические свойства.

Целью изобретения являегся повышение прочности и пластичности.

10

Поставленная цель достигается тем, что чугун, содержаний углерод, кремнии, марганец, магний, кальций, медь, алюминий, редкоземельные металлы и железо, дополнительно 15 содержит хром при следующем соотношении компонентов, в вес1%:

20

25

Верхние пределы содержания углерода и кремния в чугуне (2,7 30 и 1,7% соответственно) выбраны с

учеток предотврацения образования свободного графита при первичной кристаллизации чугуна и ускорения процесса зарождения и увеличения количества графитовых включений при графйтиэирующем отжйге. Нижние пределы содержания углерода и кремния (1,5 и 1,;0% соответственно) являются гранипей, после которо происходит существенное снижение количества центров кристаллизации и образование неблагоприятной первиной структуры белого чугуна, а также ухудшение литейны с свойств сплава.

Содержание марганца в чугуне в пределах 0,1-0,7% выбрано с учетом получения ферритной структуры после проведения графитизирующего отжига. Превышение содержания марганца сверх 0,7% тормозит первую и вторую стадии графитизации, уменьшает количество центров графитиэаций и способствует перлитизации металлическо основы и снижению пластических свойств чугуна. Нижний предел (0,1% содержания марганца в чугуне выбран с .учетом минимального содержания его в исходных шихтовых материалах.

Хром, оказывая легирующее действие на металлическую основу чугуна, повышает его физико-механические свойства. Нижний предел (0,05%) содержания хрома в чугуне выбран с учетом начала проявления его легирущего воздействия. Верхний предел (0,15%) является границей, после которой хром, несмотря на присутствие в сплаве таких элементов, как углерод, кремний, медь, кальций, магний, РМЗ, начинает усиливать сво карбидостабилизирующее действие, понижая механические свойства чугуна.

Введение меди в состав чугуна обосновывается положительным влиянием ее на процесс графитизации за счет уменьшения устойчивости цементита. Оптимальное количество центров графитизации (углерода отжига) обеспечивает получение высокого уроня прочностных и пластических свойств чугуна. Однако при одновременном ускорении первой стадии графитизации медь снижает температуру эвтектоидного првращения и способствует увеличению количества перлита при проведений второй стадии графитйзацйи. Поэтому содержание ее в чугуне до 0,10% является предельным, превышение этого предела способствует перлитизации металлической основы и снижению пластических свойств чугуна. При содергжании меди в чугуне нйже нижнего предела (0,01%) .ее влияние на процесс графйтизацйи незначительно.

Введение алюминия в состав чугуна обосновывается проявлением е.го

сильного графйтизирующего воздеи- ствйя при термической обработке, Нижний предел (0,02%) является границей, после которой наиболее заметно проявляется его графйтизйрующее действие. Верхний предел (0,20%) 5 ограничивается тем, что превышение его вызывает выделение свободного графита при первичной кристаллизации чугуна и оказывает деглобуляризирующее влияние на формирование

0 графита.

Нижний предел (0,01%) содержания магния в чугуне является границей, после которой магний, в совокупности с РЗМ и кальцием, начинает

5 проявлять свое сфероидизирующее влияние на формирование графита, повышая механические свойства чугуна. Превышение содержания магния в чугуне более 0,05% вызывает наступление

Q эффекта перемодифицирования ухудшение формы графитовых включений) и как следствие - снижение физйкомеханическйх свойств чугуна. Магнии, несмотря на то, что он является отбеливающим элементом, понижает УСТОЙЧИВОСТЬ цементита, ослабляет карбидостабилизирующее действие хрома и способствует ускорению процесса графитизации при проведении отжига. :

О Влияния РЗМ на формирование структуры чугуна аналогично действию магния. Содержание РЗМ в чугуне в пределах 0,01-0,10% выбрано с учетом оптимального содержания магния

5 и кальция. Действие РЗМ, магния и кальция усиливается при их совместном вводе в чугун. Понижение содержания РЗМ ниже нижнего предела 0,01%) уменьшает глобуляризируюп щйй Эффект, превышение верхнего предела (0,10%) вызывает явление перемодифйцирования. РЗМ, кроме того, оказывает легирующее влияние на чугун, создавая дополнительные условия для повышения его физико-механических свойств.

Кальций оказывает графитизйрующее и сферойдиэйрующее влияние на структуру чугуна. Содержание его в количестве 0,01-0,05% является оп0 тймальным для выбранных содержании магния и РЗМ. Превышение содержания кальция в чугуне выше верхнего предела (0,05%) вызывает, кроме того, образование большого количества шлака в процессе приготовления сплава.

Результаты исследований свой.ств чугуна пpeдJ aгaeмoгo состава приведены в прилагаемом акте испытаний.

QПример

Были выплавлены чугуны предлагаемого состава и известного С2.

Результаты исследования механических свойств этих чугунов приведены в таблице.

Выплавку чугуна осуществляли в высокочастотной индукционной печи МГИ-52 на шихте, состоящей из чушковых чугунов и стального лома. Жидкий чугун перегревали до температуры 1500-1520°С, выдерживали в течение 10-15 мин и выпускали в разливочный ковш, на дно которого помещали модификатор - силикомишметалл (СИМИШ), содержащий в своем составе: 15-25% РМЗ, 45-50% Si, 3-5% Л1, 2-5% Са, 3-5% Мд, Fe остальное. Модифицированным чугуном заливали образцы- для проведе.Нйя испытаний на растяжение по ГОСТ 1215-59. Отлитые образцы подвергали ртжйгу по режиму: нагрев до Б течение 4 ч, выдержка при этой температуре в течение 9 ч, далее охлаждение до 760° с в течение 1,5 ч и медленное, охлаждение с 760 до в течение 8 ч, дальнейшее охлаждение до 100-200с в течение 4 ч Параллельно с изготовлением предлагаемых чугунов отливали известный чугу 2. Режим термообработки быг аналогичен режиму отжига чугунов предлагаемого состава.

Результаты проведенных исследований показывают (табл.), что чугугы предлагаемого состава имеют прочность на 7-11 кгс/мм, а относительное удлинение в 1,5-2,0 раза иНИР, чем известный чугун 2.

Использование чугунов предлагаемого состава позволяет снизить вес деталей на 10-15% при одновременном повышении их надэ 1;ности и долговечности на 20%.

Экономический эффект от использования чугунов предлагаемого состава составляет 90 рублей на каждой тонне годного литья.

Формула изобретения

Чугун,содержащий углерод,кремний,

марганец,медь,алюмйний,кальций,магний, редкоземельные металлы и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и 5 пластичности, он дополнительно содержит хром при следующем соотношении компонентов, в вес.%: Углерод1,5-2,7

Кремний1,0-1,7

0 Марганец 0,1-0,7 Медь0,01-0,10

Алюминий 0,02-0,20 Кальций 0,01-0,05 Магний. 0,01-0,05 Редкоземельные металлы 0,01-0,10 Хром0,05-0,13

Железо Остальное

ИСТОЧНИКИ информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР hf 643638, кл. С 22 С.37/10, 1977.