Высокопрочный чугун
Владельцы патента RU 2413026:
Открытое акционерное общество "ГАЗ" (ОАО "ГАЗ") (RU)
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) (RU)
Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов высокопрочного чугуна с шаровидным графитом для разностенных сложных отливок. 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; цирконий 0,01-0,06; сера до 0,022; фосфор до 0,1; железо - остальное. Использование изобретения позволяет уменьшить расход сфероидизирующего модификатора и улучшить механическую обрабатываемость чугуна. 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 они имеют высокую стоимость за счет дорогих сфероидизирующих модификаторов и затрудненную механическую обработку.
Наиболее близким к предлагаемому по составу и достигаемым свойствам является чугун [1] следующего химсостава, 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 |
Недостатком данного чугуна является его высокая стоимость вследствие большого расхода дорогостоящего сфероидизирующего модификатора «Lamet» и затрудненная механическая обработка отливок.
Технической задачей данного изобретения является уменьшение расхода сфероидизирующего модификатора и улучшение механической обрабатываемости.
Технический результат достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, магний, лантан, кальций, алюминий, серу и фосфор, дополнительно содержит цирконий 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 |
| Цирконий | 0,01-0,06 |
| 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 предложенными чугунами. Чугун выплавляли в индукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой. В качестве шихты использовали чушковые передельные чугуны, возврат чугуна ВЧ 50, отходы стали и ферросплавы. Лантан, кальций, алюминий и цирконий вводили в виде отдельных ферросплавов.
Металл перегревали в печи до 1500°С и заливали чугун четырьмя ковшами в песчано-глинистые формы для получения отливок «коленвал компрессора» с внутриформенным модифицированием сфероидизирующим модификатором « Lamet» в количестве 0,57%. В первый ковш ферроциркониевый модификатор ФС60 Цр5Мн4 не вводили. Во второй ковш ввели 0,2% ФС60 Цр5Мн4, в третий ковш ввели 0,4% ФС60 Цр5Мн4, в четвертый ковш ввели 0,6% ФС60 Цр5Мн4. Количество вводимого модификатора, химический состав и микроструктура полученных отливок приведены в таблицах №1, 2, 3.
| таблица №1 | ||
| № ковша | Количество добавок в ковш ФС60Цр5, % | Количество добавок в форму «Lamet»,% |
| 1 | Без добавок | 0,57 |
| 2 | 0,2 | 0,57 |
| 3 | 0,4 | 0,57 |
| 4 | 0,6 | 0,57 |
| 5 | 0,8 | 0,57 |
| 6 | 1,0 | 0,57 |
| таблица №2 | |||||||
| № ковша | С | Si ковш/ отл. | Mn | S | P | Cr | Zr |
| 1 | 3,6 | 1,47/1,77 | 0,22 | 0,016 | 0,06 | 0,05 | 0,002 |
| 2 | 3,56 | 1,56/1,84 | 0,28 | 0,015 | 0,06 | 0,05 | 0,013 |
| 3 | 3,57 | 1,67/1,89 | 0,22 | 0,013 | 0,06 | 0,05 | 0,024 |
| 4 | 3,53 | 1,83/2,17 | 0,22 | 0,012 | 0,07 | 0,05 | 0,04 |
| 5 | 3,52 | 1,92/2,22 | 0,23 | 0,011 | 0,06 | 0,05 | 0,062 |
| 6 | 3,52 | 2,0/2,37 | 0,24 | 0,010 | 0,06 | 0,06 | 0,073 |
| таблица №3 | ||
| № ковша | Микроструктура по ГОСТ 3443-87 | Твердость, НВ |
| 1 | Графит: ШГф4,3,5-ВГф3(15%)-ШГд25,45,90-ШГр2-ШГ10 Металлическая основа: П70(Фе30) |
187 |
| 2 | Графит: ШГф4,3,5-ШГд25,45,90-ШГр2-ШГ10 Металлическая основа: П45(Фе55) |
179 |
| 3 | Графит: ШГф4,5-ШГд25,45-ШГр1-ШГ10 Металлическая основа: П45(Фе55) |
179 |
| 4 | ШГф4,5-ШГд25,45-ШГр1-ШГ10 Металлическая основа: П20(Фе80) |
163 |
| 5 | Графит: ШГф4,5-ШГд25,45-ШГр1-ШГ12 Металлическая основа: П15(Фе85) |
156 |
| 6 | Графит: ШГф4,5-ШГд25,45-ШГр1-ШГ12 Металлическая основа: П10(Фе90) |
143 |
При внутриформенном модифицировании критическим количеством модификатора «Lamet» (с Mg=5% и Zr=0,3%), когда в структуре появляется вермикулярный графит (15%) дополнительное модифицирование циркониевой лигатурой ФС60Цр5 в количестве 0,2-0,6% в начале уменьшает количество вермикулярного графита до нуля, а потом улучшает форму графита от компактного до шаровидного. Количество феррита увеличивается с 30 до 80%, а твердость уменьшается с 187 до 163 НВ.
Промышленная заливка в литейном цехе отливок «Ступиц заднего колеса» с добавкой в раздаточный ковш 0,5% циркониевой лигатуры ФС60Цр5Мн4 и 0,5% сфероидизирующего модификатора «Lamet» в форму (вместо 0,8% по норме) показала удовлетворительные результаты по микроструктуре и отсутствие усадочной пористости на этих деталях после механической обработки.
Твердость на этих отливках с добавлением циркония была на 12-15 ед.НВ меньше, чем на отливках без добавления циркония. Лаборатория механической обработки выдала заключение, что стойкость режущего инструмента при обработке ступиц заднего колеса, обработанных циркониевой лигатурой возросла в 3 раза.
Меньшее количество циркония (менее 0,01%) приводит к появлению вермикулярного графита, большее количество циркония (более 0,06%) является излишним, т.к. резко снижает твердость отливок.
Список литературы
1. Гольштейн Я.Е., Мизин В.Г. Модифицирование и микролегирование чугуна и стали - М.: Металлургия, 1986. - 272 с.
2. Бубликов В.Б., Берчук Д.Н. Повышение степени модифицирования высокопрочного чугуна // Металлургия машиностроения. - 2006. - №5. - с.31-33.
3. Болдырев Д.А. Новые эффективные модификаторы и технологии модифицирования чугунов // Литейное производство. - 2006. - №12. - c.9-13.
4. Зиновьев Ю.А. и др. «Чугун», патент №2358032 С22С 37/04, бюллетень №16 от 10.06.09.
Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, магний, лантан, кальций, алюминий, серу, фосфор и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий 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 |
| цирконий | 0,01-0,06 |
| сера | до 0,022 |
| фосфор | до 0,1 |
| железо | остальное |
