Чугун

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к чугунам, эксплуатируемым в условиях трения со смазкой с высокими динамическими нагрузками. Предложенный чугун содержит компоненты в следующем соотношении, в мас.%: углерод 2,5 - 2,9; кремний 2,2 - 8,2; марганец 0,47 - 0,9; цирконий 0,2 - 6,17; фосфор 0,1 - 0,15; сера 0,02 - 0,05; хром 0-0,13; никель 0 - 0,14; остальное - железо. Техническим результатом изобретения является повышение прочности и износостойкости чугуна. Введение циркония обеспечивает измельчение графита и повышение равномерности его распределения в перлите. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам сплавов на основе железа, и может быть использовано для изготовления конструкционных деталей.

Известен антифрикционный чугун АЧС-6 состава: углерод 2,2...2,8%; кремний 3,0...4,0%; марганец 0,2...0,4%; фосфор 0,5...1,0%; сера до 0,12%; свинец 0,5. . .1,0%; остальное - железо /ГОСТ 1585-70/. В связи с тем, что в структуре этого чугуна размер графита пластинчатой формы может колебаться от 90 до 360 мкм, он имеет нестабильные прочностные и эксплуатационные свойства.

Известны результаты легирования чугуна цирконием в количестве от 0,2 до 0,4%. При этом достигнуто повышение прочности до 320 МПа /Литовка В. И. Повышение качества чугуна в отливках. Киев: Наукова думка, 1987, 191 с./. Однако не уточнен химический состав чугуна по другим элементам, в частности по углероду, кремнию, марганцу.

Наиболее близок к предлагаемому чугун ЖЧС-5 состава: углерод 2,5...3,2%; кремний 4,5...6,0%, марганец до 0,8%; хром 0,5...1,0%; фосфор до 0,3%; сера до 0,12 %; остальное - железо /ГОСТ 7769-75/. Однако данный чугун имеет невысокие значения прочности (105. ..155 МПа) и большие колебания твердости (140...300 НВ).

Технической задачей заявляемого изобретения является повышение прочности и износостойкости чугуна.

Указанная задача решается тем, что в состав чугуна введен цирконий и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод - 2,5...2,9; кремний - 2,2...8,2; марганец - 0,47...0,9; цирконий - 0,2...6,17; хром - от 0 до 0,13; никель - от 0 до 0,14; фосфор - от 0,1 до 0,15%; сера - от 0,02 до 0,05%; остальное - железо. Введение циркония обеспечило измельчение графита и повышение равномерности его распределения в чугуне при перлитной металлической основе. Это позволило увеличить прочность и износостойкость чугуна. Небольшие содержания никеля (0...0,14) позволяют повысить прочность и износостойкость чугуна за счет увеличения количества перлита в структуре и повышения микротвердости металлической матрицы. Невысокие содержания углерода необходимы для обеспечения высокой прочности чугуна, а высокое содержание кремния обеспечивает улучшение процесса графитизации и получения отливок без "отбела", а также для повышения износостойкости чугуна.

Предлагаемый чугун имеет в структуре равномерно распределенные включения пластинчатого графита, высокую прочность и износостойкость, что позволяет повысить эксплуатационные характеристики деталей, эксплуатирующихся в условиях трения со смазкой с высокими динамическими нагрузками.

Пример 1. Шихту состава, мас.%: литейный чугун - 20, стальной лом - 30, чугунный лом - 20 и возврат - 30, плавили в электродуговой печи. Металл перегревали до 1450^oC. Затем расплав легировали введением ферроциркония или ферросиликоциркония. Отливали цилиндрические пробы диаметром 40 мм, длиной 300 мм при температуре 1350^oC. Плавки повторяли на указанной шихте с введением различных количеств легирующих добавок. Один из составов полученных чугунов следующий: углерод - 2,9%; кремний -2,2%; марганец - 0,52%; цирконий - 0,67%; никель - 0,14%; фосфор - 0,1%; сера - 0,05 %; остальное - железо. Составы чугунов других плавок приведены в таблице.

Пример 2. Шихту состава, мас.%: стальной лом - 80, электродный бой - 2 и возврат - 18, плавили в электродуговой печи. Металл легировали по схеме, аналогичной приведенной в примере 1, перегревали до 1550^oC, выдерживали 15-20 мин, при необходимости постепенно снижая температуру до 1450^oC. Цилиндрические пробы заливали при температуре 1380^oC. Получен чугун следующего состава: углерод - 2,5%; кремний -8,2%; марганец - 0,9%; цирконий - 0,5%; фосфор - 0,11%; сера - 0,05%; остальное - железо. Составы чугунов других плавок приведены в таблице.

Пример 3. Шихту состава, мас.%: литейный чугун - 20, стальной лом - 30, чугунный лом - 20 и возврат - 30, плавили в индукционной печи. Металл перегревали до 1450^oC. Затем расплав легировали введением ферроциркония или ферросиликоциркония. Отливали в песчаные формы цилиндрические пробы диаметром 40 мм, длиной 300 мм и в кокиль стандартные образцы для испытаний на растяжение диаметром рабочего сечения 10 мм при температуре 1350^oC. Получен чугун следующего состава: углерод - 2,86%; кремний -2,82%; марганец - 0,72%; цирконий - 6,17%; хром - 0,13%; никель - 0,1%; фосфор - до 0,12%; сера - до 0,037 %; остальное - железо. Плавки повторяли на указанной шихте с введением различных количеств легирующих добавок.

В таблице приведены примеры полученных чугунов.

Характерная структура чугуна, легированного цирконием, приведена на чертеже.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, серу, фосфор, железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий и никель, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод - 2,5 - 2,9 Кремний - 2,2 - 8,2 Марганец - 0,47 - 0,9 Цирконий - 0,2 - 6,17 Фосфор - 0,1 - 0,15 Сера - 0,02 - 0,05 Хром - 0 - 0,13 Никель - 0 - 0,14
Железо - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2