Чугун
Владельцы патента RU 2358032:
Открытое акционерное общество "ГАЗ" (ОАО "ГАЗ") (RU)
Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет (ГОУ ВПО НГТУ) (RU)
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.%:
| Углерод | 3,4-3,8 |
| Кремний | 2,1-2,7 |
| Марганец | до 0,4 |
| Хром | до 0,1 |
| Магний | 0,03-0,08 |
| Сера | до 0,02 |
| Фосфор | до 0,1 |
| Железо | остальное |
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.%:
| 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 |
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.
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.%:
| 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 |
