Чугун — SU 1041597 (original) (raw)
(51) С 22 С 37 06 САНИ БРЕТЕН ИДЕТ Т Н АВТОРСКОМ 0,9-1,5Остальное1,отличао,хром и марган г + 1/3( Мп)4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) 1ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, медь, отбеливающиекомпоненты и железо, о т л и ч аю щ и й с я тем,что, с целью снижения стоимости, улучшения жидкотекучести, износостойкости и выравнивания твердости в различных сечения отливок, в качестве отбеливающих компонентов,он содержит хром и марганец при следующем соотношении ингредиентов, мас.В:Углерод 2,9-3,8Кремний 3,6-5,5Медь0,8-1,5Хром , 1,5-3,8МарганецЖелезо2. Чугун по п, ющ и й с я тем, чт ец взяты в сооношении20(0 3Изобретение относится к металлургии, в частности к разработкесоставов чугуна для деталей, работаю.щих в условиях трения,износа и тепловых ударов;Известен чугун (1), содержащийкомпоненты. в следующем соотношении,вес,:Углерод 1,8-3,2Кремний . 4,0-10,0Хром 0,6-0,8Марганец 0,2-3,0Железо ОстальноеК недостаткам чугуна следует отнести его чувствительность к внешними внутренним тепловым факторам формирования отливок и отсутствиенеобходимой стабильности соотношения процента графита к процентукарбидов.Наиболее близким к предложенному 20является чугун 2, содержащий,вес.:Углерод 3,8-4,5Кремний 2,5-4,2Ванадий 3,5-4,5. Медь 0,1-1,5Никель 0,1-2,0Марганец До 0,8Сера До 0,1Фосфор , До 0,15Хром До 0,10Магний До 0,05РЗМ До 0,03Железо ОстальноеНедостатком этоГо чугуна является высокая стоимость из-за дефи-.цитности входящего в его составванадия и никеля. 10 25 30 Цель изобретения - снижение стоимости, улучшение жидкотекучести, износостойкости и выравнивание твердости в различных сечениях отливокУказанная цель достигается тем, что в чугуне, содержащем углерод, кремний, медь, отбеливающие компоненты и железо, в качестве отбели-вающих компонентов он содержит хром и марганец при следующем соот" ношении ингредиентов, мас.:/Углерод 2,9-3,8Кремний 3,6-5,5Медь 0,8-1,5Хром 1,5-3,8Марганец 0,9-1,5Железо Остальное При этом хром и марганец взяты в соотношении2,0С + 1/3 ( М,и) 6 4,2Сущность изобретения сводится к тому, что хромом обогащаются за счет эвтектической микроликвации первые порции затвердевающего ледебуритного цементита,. что превращает их в стабилЬные карбиды, не способные графитизироваться. Последние 4045506065 порции карбидной фазы эвтектических колоний (зерен), наоборот, обеднены хромом и могут графитизиронаться. Аналогично ведет себя марганец, отбеливающая "сила" которого примерно н 3 раза меньше, чем у хрома.Особую роль играет высокое содержание кремния н сплаве. Большая часть кремния участвует в структурообразонании в качестве "графитизатора". Она микроликнирует н противоположном напранлении по отношению к хрому, скапливаясь при ледебуритном превращении в маточном расплане и нызывая выделение в немграфита при окончательном затнердевании. Однако небольшая часть кремния участвует н карбидообразонании, образуя силикокарбидную фазу, йли когда содержание хрома находится н нерхнем пределе, входит в состав появляющейся стабильной карбидной фазы типа (РЕ,С,5)уС(здесьСг обозначает комплекс СР + Ми).Чтобы усилить этот эффект и достичь еще большей дифференциации карбидной фазы н чугуне его легируют, как и прототип, медью, Этот элемент почти не содержится н первых порциях цементита, обогащенного хромом и марганцем, и поэтому не дестабилизирует их. Наоборот,. последние порции затвердевающей энтектики оказываются не только обедненными хромом, но и сильно обогащенными медью, являющейся гра. фитизирующим элементом в условиях эвтектической кристаллизации чугуна.В результате этого н указанных граничных зонах вовсе не образуется эвтектических карбидов, а кристаллизуется аустенитографитная эвтектика.,Чугун получается стабильно- половинчатым с характерной "островной" структурой, отвечающей принципу Шарпи (изолированные области с повышенной твердостью, окруженные более мягкой матрицей, содержащей графитную фазу). В процессе тепло- смен (нагрев во время износа, эксплуатация кокилей и прессформ, стеклоформ и т.п,) такой материал "дышит" за счет графитсодержащей составляющей, окружающей "островки" более твердых и износостойких участков.При содержащии хрома в составе сплава ниже 1,5, а меди выше 1,5 чугун получается с недостаточным количеством карбидной фазы и приближается к классу серых чугунов, что приводит к снижению износостойкости.При содержании хрома выше 3,8, марганца выше 1,5, а меди ниже 0,8 чугун получается насквозь отбеленным и переходит в класс белых чугу104157 10 15 Таблица 1 Параметр Ппри диаметре литойпробы, мм Сплав,Р ОтношениеПбо -П заа Ви Сг Сц 30 60 Прототип 4,2 Зф 4 Ок 4 0 ф 8 4,0 0,55 0,57 0,38 0,40 0,04 0,05 1 2,92 37 , 3 3,8 4,6 0,9 3,8 0,8 нов, что приводит к снижению анти" фрикционных и противозадирных харак" теристик, к потере способности "дышать" во время теплосмен и к снижению сопротивляемости тепловым ударам, к резкому ухудшению обраба-. тываемости резанием. Нижний предел Мр соответствует верхнему его Пределу в непегированных чугунах.Роль кремния сложнее, так как она является одновременно очень сильным "графитизатором" и своевременным "карбидообразующим" элемен" том, входящим в состав силикокарбидов и фазы МС. Поэтому рекомендуемые пределы содержания кремния (4,6-4,5) выработаны на базе как теоретических соображений, так и эмпирических данных. Причем выплавлять высококремнистые чугуны с содержанием углерода свыше 3,8 (как в прототипе) очень трудно, особенно при отсутствии в сплаве ванадия, способствующегоСодержание элементов, мас. 4,.5 1,5 1,5 1,53,6 1,2 2,8 1,0. 4 2,9 5,5 1,5 3,8 1,5 растворению углерода в жидком чугуне. Поэтому содержание углерода снижено по сравнению с прототипом и не должно превышать 3,8. Ниже 2,9 возникает "кинетический" отбел чугуна и получать половинчатые чугу" ны со стабильным соотношением процен. та графита к проценту карбидов становится затруднительным и нежелательным, ибо малоуглеродистый чугун содержит слишком мало граФита.П р и и е р. Выплавляют в индукционной печи с емкостью тигля 60 кг чугуны различных составов, соответствующих нижнему, среднему и верхнему пределу содержания компонентов.Хром вводят в чугун в виде феррохрома, марганец в виде ферромарганца, кремний в виде ферросилиция, а медь в виде обрезков электролитической меди.Химические составы известного и предлагаемого чугунов и параметры, характеризующие их стабильность и свойства, приведены в табл. 1 и 2. 0,35 0,370,06 0,34 0,360,06.0,37 0,39 0,0511 1 11 1 1 о 1 10 1 1 1 1 1 1ща 3оМ ХФ ЯФ Июххоля а;ъ ЦФФФоАфнн мо цоеЦ 1: ФДг; йес нфее ФЕ 3 н о Ъс 1 1 11 1 1 1о 1 и 1 1 1 1 О ф Ю 1 о 0 Ю о о о ф 01 Ч Ю Ю сС) ф Ф 11 1 1 1 Но чонодоФнх 11 1 1 1 1 И М н о о В М сфйо Ф О М о ЖЮ 1 ехН 1 1 О о 1 хс ню 1 ОХ 1с 3,а 3 Ц йж ФЦф 5 цнн еоо до Ф хж й 1 1 Х И ы о й а ода И Р.-ф,Заказ 7070/28 Тираж 627 Подписное ВНИИПИ Государственногокомитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ЪфилаЛ ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Жидким металлом заливают пробы диаметром 30 и 60 мм, а также пробы на механические свойства и линейные формы различных отливок.Стабильность отношения% графитаП- --- - определяют по раз"% .карбидовности параметров П проб диаметром 60 и 30 мм соответственно (Пбо - П; отнесенной к величине П 60 .Из таблицы следует, что эта разность, а следовательно, и отношение (П 60 " По) Пбо минимальна как в прототипе, так и у предложенного . сплава (чугуны.1, 2, 3 и 4), особенно в сплаве 1.Преимущества предложенного ста- . бильно-половинчатого чугуиа заключается в его экономном легировании. В чугуне, являющимся наилучшим среди упомянутых (прототип), содержитсяванадий " дорогой и дефицитный элеМент, Качество предложенного чугуна,оцениваемое по величине отношения 5 (П 60 - По)/Пбо, находится на том жеуровне, что и у прототипа.Приемы выплавки остаются неизменными или даже упрощаются, так как ), ,угар хрома и марганца прн плавке эна чительно ниже, чем угар ванадия., Пред.:лагаемый чугун может подвергатьсятаким же видам термообрабатки, как ипрототип. Сфероидиэация графитнойфазы в предлагаемом чугуне (в случае 15 необходимости такой операции) осуществляется легче, чем у прототипа,так как в последнем содержатся 2 элемента-деглобуляризатора ( Ч и Сц .), ав предлагаемом чугуне - один (Сц).