Патент на изобретение №2358032

(54) ЧУГУН

(57) Реферат:

Изобретение относится к металлургии литейного производства, в частности к высокопрочным чугунам с шаровидным графитом. Чугун содержит мас.%: углерод 3,85-4,05; кремний 1,95-2,2; марганец до 0,5; хром до 0,1: магний 0,03-0,06; лантан 0,001-0,01; кальций 0,002-0,007; алюминий 0,003-0,01; сера до 0,022; фосфор до 0,1; железо – остальное. Использование изобретения позволяет исключить усадочные дефекты в отливках. 3 табл.

Изобретение относится к металлургии литейного производства, в частности, к разработке составов высокопрочного чугуна с шаровидным графитом для разностенных сложных отливок.

Широко известны высокопрочные чугуны с шаровидным графитом, содержащие углерод, кремний, марганец, хром, магний и другие элементы, служащие для изготовления литых деталей машин и механизмов. Эти чугуны обладают высокой прочностью и износостойкостью, однако у них высокая склонность к усадке, а следовательно, к образованию усадочных дефектов.

Наиболее близким к предлагаемому по составу и достигаемым свойствам является чугун [1] следующего химсостава, мас.%:

Недостатком данного чугуна является большая склонность к образованию усадочных дефектов (раковин и пористости), в особенности у сложных разностенных отливок.

Технической задачей данного изобретения является исключение усадочных дефектов в отливках из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

Технический результат достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, магний, серу и фосфор, дополнительно содержит лантан, кальций и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аналогов, содержащих отличительные признаки предлагаемого технического решения не обнаружено. На ОАО «ГАЗ» в условиях литейной лаборатории были проведены опытные сравнительные плавки с известным и предложенным чугунами.

Чугун выплавляли в редукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой, В качестве пикты использовали чушковые передельные чугуны, возврат чугуна ВЧ50, отходы стали и ферросплавы. Лантан, кальций и алюминий вводили в виде отдельных ферросплавов.

Металл перегревали в печи до 1500°С и заливали стержневые пробы на объемную усадку с внутриформенным модифицированием. Количество модификатора в реакционной камере пробы на усадку – 40 г (1,25%), фракции 1-5 мм. Известный чугун получали модифицированием в форме ФСМг5 (Si – 52%; Mg – 5,6%.

Химсостав чугунов из печи приведен в таблице 1.

таблица 1
пробы	С	Si	Mn	Cr	P	S
1	3,92	1,6	0,32	0,036	0,057	0,012
2	3,93	1,59	0,34	0,035	0,058	0,014

Химсостав предлагаемого и известного чугунов из проб на усадку после внутриформенного модифицирования приведен в таблице 2.

Микроструктура и твердость чугунов определялись из проб на усадку (представлены в таблице 3).

таблица 2
Чугун	С	Si	Mn	Cr	Mg	La	Ca	Al	P	S
Предлагаемый 1	3,80	2,25	0,32	0,036	0,042	0,0009	0,001	0,002	0,057	0,012
2	3,85	2,20	0,33	0,037	0,043	0,001	0,002	0,003	0,058	0,014
3	3,95	2,1	0,32	0,035	0,044	0,003	0,004	0,007	0,057	0,012
4	4,05	1,95	0,34	0,038	0,043	0,01	0,007	0,01	0,059	0,014
5	4,1	1,8	0,33	0,035	0,048	0,015	0,008	0,015	0,057	0,012
6	3,85	2,2	0,33	0,037	0,042	0,001	–	0,003	0,057	0,012
7	3,9	2,19	0,32	0,036	0,041	–	0,002	0,003	0,058	0,014
8	3,95	2,12	0,31	0,035	0,043	0,001	0,002	–	0,056	0,012
Известный	3,78	2,1	0,35	0,037	0,041	–	–	–	0,059	0,012
9
10	3,80	2,2	0,34	0,040	0,046	–	–	–	0,056	0,014
таблица 3
Чугун	Микроструктура по ГОСТ 3443-87	Твердость, НВ	Усадка, %
1	2	3	4
1	ШГф4,3, ВГф3-Шгд25, 45-ШГр2-ШГ12 П8(Фе92)	150-170	1,78-1,95
2-4	ШГф5-Шгд15,25 – ШГр1-ШП12 П6(Фе94)	140-155	1,66-1,69
5	ШГф5-Шгд15, 25-ШГр1-ШГ12 П10(Фе90), имеются плены	140-160	1,97-2,45
6	ШГф5-Шгд15, 25-ШГр1-ШГ12 П15(Фе85)	176	3,2
7	ШГф4, 3-Шгд25, 45-ШГр2-ШГ12 П30(Фе70)	192	3,8
8	ШГф4, 5-Шгд15, 25-ШГр1-ШП2 П20(Фе80)	183	3,0
9-10	ШГф5, 4, 3-Шгд25, 45-ШГр2-ШГ10 П10(Фе90)	150-170	3,4-4,6

Предлагаемое количество лантана, кальция и алюминия (чугун 2-4, табл.2) обеспечивает максимальный эффект повышения температуры расплава за счет их взаимодействия с серой и кислородом чугуна, что улучшает растворимость модификатора, очищает границы зерен, дает максимальный графитизирующий эффект и минимальную усадку (столбец 4, чугуны 2-4, таблица 3).

При повышении суммарного содержания лантана, кальция, алюминия (чугун 5, табл.3) модификатор плохо усваивается, графита выделяется меньше, увеличивается количество неметаллических включений, усадка увеличивается.

Снижение содержания этих элементов (чугун 1, табл.3) не обеспечивает модификатору хорошей десульфурирующей способности, что также не позволяет получить при обработке высокосернистого чугуна, графит полностью сфероидальной формы.

При содержании углерода и кремния в пределах, указанных в чугунах 2-4, табл.2, усадка сплава наименьшая (чугуны 2-4, табл.3).

При меньшем содержании углерода и кремния (чугун 1, табл.2) жидкотекучесть чугуна уменьшается [2] и усадка увеличивается (чугун 1, таблица 3).

При большем содержании углерода и кремния (чугун 5, таблица 2) происходит флотация графита и образование плен и усадка чугуна увеличивается (чугун 5, табл.3).

В известном чугуне (чугуны 9,10, табл.2) без добавок La, Са, Al усадка резко возрастает (чугуны 9, 10, табл.3).

Отлитые в литейном цехе ступицы заднего колеса с предложенным химсоставом (чугун 2-4, табл.3) усадочных дефектов не имели. Ранее отливаемые ступицы из известного чугуна (чугуны 9-10, табл.3) после мехобработки в механическом цехе имели усадочные дефекты на рабочей части детали и забраковывались.

Эффект уменьшения усадки высокопрочного чугуна (чугуны 2-4, табл.3) и исключение усадочных дефектов на отливках получается только при совместном вводе лантана, кальция, алюминия и других элементов в указанных пределах (чугуны 2-4, табл.2). Отдельный ввод этих элементов (лантана кальция и алюминия, чугуны 6, 7, 8, табл.2) снижения усадки не дал (чугуны 6, 7, 8, табл.3).

Список литературы

1. «Справочник по чугунному литью» под редакцией Н.Г.Гиршовича, Л., Машиностроение, 1978 г., стр.670-672.

2. И.В.Гаврилин «Предусадочное расширение как следствие внутреннего давления в металлах и сплавах», ж. «Металлургия машиностроения», 6(9). 2002.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, магний, серу, фосфор и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит лантан, кальций и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%: