SU1746888A3 - Половинчатый чугун - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области металлургии и может быть использовано при производстве чугунных отливок, Сущность изобретени : половинчатый чугун содержит . мас.%: С 3-4,2; SI 2.4-3.3; Мп 0.3-1,5; Сг 1,2-2.6; Си 0,4-2,3; V 0.1-0,8; AI 0,06-0,6; Ма 0,002-0,05; Са 0,005-0.06; РЗМ 0.005- 0,06; TI 0.05-0,2; Fe остальное. Дополнительное введение TI и уменьшение содержани  Si позвол ют повысить до в 1,57-1,72 раза и стабилизировать в интервале 630-680 МПа. а также повысить износостойкость в 1.56-1,89 раза при сохранении низкого коэффициента трени . 2 табл.

Description

Изобретение относитс  к металлургии, в частности к половинчатым чугунам, обла-ч дающим повышенными антифрикционными свойствами, износостойкостью и прочностью .

Известен чугун следующего химического состава, мас.%:

Углерод2,9-3,8

Кремний3,6-5,5

Марганец0,9-1,5

Хром1,5-3.8

Медь0.8-1.5

. ЖелезоОстальное

К недостаткам этого чугуна относ тс  повышенна  хрупкость и не всегда достаточна  прочность, что  вл етс  следствием частичного силикокарбидного отбела и пластинчатой формы графитных включений. Наличие большого количества силикокарби- дов (нар ду с карбидами МпСз типа СпСз) ухудшает также обрабатываемость чугуна резанием.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  чугун, содержащий, мас.%:

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Медь

Ванадий

Алюминий

Магний

Кальций

РЗМ

Железо

3,5-3,8 3,4-4.0 0,3-0,6 1.4-2.1 0.5-2.0 0,15-0,5 0,04-0,4 0.01-0,035 0.01-0,08 0.01-0.15 Остальное

Недостатками этого чугуна  вл ютс  нестабильные значени  свойств из-за возможного несогласованного соотношени  содержащий графитизирующих и карбидо- образующих элементов и отсутстви  ограничений по суммарному содержанию элементов - модификаторов. В р де случаев это может привести к резким выпадам по прочности и износостойкости.

Целью изобретени   вл етс  повышение и стабилизаци  значений прочности и износостойкости чугуна при сохранении низких значений коэффициента трени .

VJ О 00 00 00

со

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, ванадий, алюминий, магний, кальций. РЗМ и железо, дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод3.0-4,2

Кремний2,4-3,3

Марганец0,3-1,5

Хром1,2-2,6

Медь0.4-2,3

Ванадий0.1-0,8

Титан0,05-0,2

Алюминий0,06-0,6

Магний0,002-0,05

Кальций0.005-0,05

РЗМ0,005-0,06

ЖелезоОстальное

причем содержание компонентов удовлетвор ет следующим соотношени м, мас.%: П1 SI + AI + 1 /2 Си 3,04-4.67; П2 Сг + У+ 1/2Мп 2,15-3.26: Пз My + Са + РЗМ 0,067- 0.096; ПН12 0,5,

где Hi - параметр, характеризующий суммарное содержание элементов-графитиза- торов;

П2 - параметр, характеризующий содержание карбидообразующих элементов; Пз - параметр, характеризующий содержание элементов-модификаторов.

В качестве примесей чугун может содержать серу (до 0,03%) и фосфор (до 0,08%).

Состав чугуна выбран, исход  из следующих соображений.

По сравнению с известным в составе предлагаемого чугуна уменьшено содержание кремйи  с ограничением в интервале 2,4-3,3%. Если содержание кремни  более 3,3%, то становитс  возможным образование силикокарбидов и силикоферрита с ох- рупчиванием чугуна, что приводит к снижению прочности и стабильности всего комплекса свойств. При содержании кремни  менее 2,4% степень графитизации чугуна оказываетс  недостаточной, что про вл етс  в существенном повышении твердости, ухудшении обрабатываемости чугуна резанием и увеличении коэффициента трени ,

Алюминий в чугуне оказывает как гра- фитиэирующеё, так и модифицирующее действие. При содержании алюмини  менее 0,06% ни один из этих эффектов практически не про вл етс . Содержание алюмини  более 0,6% трудно обеспечить технологически , так как при этом резко ухудшаетс  жид коте кучесть чугуна и повышаетс  склонность чугуна к образованию газовых дефектов .

Медь в составе чугуна способствует грэ- фитизации при температурах твердожидко- го и аустенитного состо ний, при более низких температурах перлитизирует етруктуру матрицы. При содержании в чугуне более 1% медь образует собственную (медистую) фазу. Все эти факторы сильно снижают коэффициент трени  и повышают износостойкость чугуна. При содержании

0 меди менее 0,4% эти эффекты незначительны . Повышение содержани  меди более 2,3% удорожает чугун без значительного положительного эффекта по свойствам.

Общее содержание элементов-фафи5 тизаторов определ етс  значением параметра Пч. причем коэффициентом 0,5 характеризуетс  более слабое действие меди по сравнению с другими элементами. При Пч 3.04 степень графитизации чугуна

0 оказываетс  недостаточной, если же Hi 4,67, что происходит снижение свойств чугуна из-за уменьшени  количества карбидов и охрупчивани  матрицы чугуна.

Основным карбидообразующим эле5 ментом в чугуне  вл етс  хром. Его содержание ограничено 1,2-2,6%. При содержании хрома менее 1,2% структура чугуна оказываетс  сильно графитизированной, что про вл етс  в снижении твердости и

0 износостойкости чугуна. При содержании в чугуне более 2,6% хрома трудно обеспечить необходимую степень графитизации без образовани  силикокарбидов и силикоферрита , так как отбеливающее действие такого

5 количества хрома можно нейтрализовать только большим количеством кремни .

Небольшие количества ванади  существенно измен ют структуру чугуна и повышают его прочность и износостойкость. При

0 содержании ванади  менее 0,1% этот эффект незначителен. Использование ванади  в количестве б.олее 0,8% нецелесообразно из-за повышени  стоимости чугуна без заметного положительного эффекта по свой5 ствам.

Содержание марганца ограничено интервалом 0.3-1,5%. При содержании 0,3% марганец  вл етс  технической примесью и дальнейшее его уменьшение требует при0 менени  специальной шихты, что удорожает чугун. При содержании более 1,5% марганец сильно повышает твердость матрицы чугуна, что про вл етс  в повышении общей твердости, ухудшении обрабатыаае5 мости чугуна резанием и повышении коэффициента трени .

Общее содержание карбидообразующих элементов определ етс  значением параметра П2. При П2 2.15% лсличество карбидов в литой структуре чугуна недостаточно , так как не обеспечивает нужную твердость и высокую износостойкость чугуна . При 3,26% существенно снижаетс  степень графитизации чугуна, увеличиваетс  коэффициент трени  и ухудшаетс  обра- батываемость чугуна резанием.

Титан играет роль стабилизатора степени графитизации и свойств чугуна. Первичные и эвтектические карбиды титана  вл ютс  центрами графитизации, что спо- собствует устранению кинетического отбе- ла. При остаточном содержании титана менее 0,05% этот эффект незначителен, при содержании титана более 0,2% образуютс  крупные первичные карбиды компактной формы, которые легко выкрашиваютс  и увеличивают износ чугуна.

Предлагаемый интервал содержани  углерода 3,0-4,2% обеспечивает формирование половинчатой структуры чугуна при соблюдении условий по параметрам П1 и П2. При содержании углерода менее 3% ослабл етс  действие графитизаторов и усиливаетс  вли ние отбеливающих элементов, что приводит к недостаточной графитизации чу- гуна, излишне высокой твердости, плохой обрабатываемости резанием и повышению коэффициента трени . При содержании углерода более 4,2% про вл етс  обратный эффект с чрезмерным увеличением степени графитизации и по влением в структуре чугуна крупных заэвтектических карбидов, резко снижающих свойства чугуна.

Магний, кальций и РЗМ использованы в качестве элементов-модификаторов с целью сфероидизации графитных включений и измельчении первичной структуры чугуна . Общее содержание этих элементов должно соответствовать параметру Пз. При Пз 0,067% результаты модифицировани  нестабильны и в структуре чугуна может по вл тьс  вермикул рный или пластинчатый графит со значительным снижением прочности чугуна. При Пз 0,096% становитс  возможным эффект перемодифицировани  с необоснованным повышением расхода модификатора. Целесообразно нижнее значение содержаний магни  сочетать с верхними значени ми содержаний РЗМ. Кальций играет роль десульфуратора, уменьша  расход магни  и РЗМ. Остаточное содержание кальци  менее 0,005% свидетельствует о повышенном расходе магни  и РЗМ. Содержание кальци  более 0.05% достигаетс  при слишком высоком его содержании в комплексном модификаторе , что затрудн ет усвоение модификатора жидким чугуном и приводит к увеличению в чугуне количества неметаллических включений и снижению его свойств.

Плавки чугуна проводились в открытых индукционных тигельных печах на шихте, состо щей из углеродистой стали, электродного бо , ферросплавов (ферросилици , ферромарганца, феррохрома, феррованади  и ферротитана), отходов электротехнической меди и алюмини . Ферросплавы (за исключением ферротитана) ввод т в расплав при 1350-1380°С. После расплавлени  ферросплавов ввод т медь и алюминий. Алюминий частично используют в составе комплексного модификатора.

При переливе металла из печи в раз- ливо чный ковш провод т комплексное модифицирование чугуна и его микролегирование титаном. В качестве модификатора используют смесь лигатур ЖКМ и ЖКМК, а также мишметалла и небольшого количества алюмини  (до 0,2%). Модифицирование провод т сандвич-процессом, пригружа  модифицирующую смесь специально отлитой чугунной решеткой. Температура модифицируемого металла составл ет 1420-1450°С.

Жидкий чугун разливают в сухие песча- но-глинистые формы. Отливают стандартные клиновые пробы толщиной 30 мм, из которых вырезают образцы дл  проведени  металлографического анализа, механических испытаний и испытаний на износ. Испытани  на износ провод т на машине МИ-1М в услови х сухого трени  по схеме вращающийс  диск - неподвижна  колодка. Диск контртела диаметром 50 мм изготавливают из стали 45 и термообрабатывают на 1-ШСэ46. Испытани  провод т при частоте вращени  диска 250 об/мин с удельной нагрузкой 1,2 МПа. Износ определ ют по потере массы образца в процессе изнашивани . Параллельно определ ют коэффициент трени .

Химические составы сплавов и результаты их испытаний приведены в табл.1 и 2 в сопоставлении с известным составом.

Чугун предлагаемого состава (сплавы 1- 6) отличаетс  от известного сочетанием более высоких и стабильных свойств. При выходе за предлагаемые пределы содержани  компонентов в чугуне (сплавы 7-9) существенно ухудшаютс  его свойства (снижаютс  прочность и износостойкость, повышаетс  коэффициент трени ).

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Половинчатый чугун, содержащий углерод , кремний, марганец, хром, медь, ванадий , алюминий, магний, кальций, РЗМ и железо, отличающийс  тем, что, с целью повышени  и стабилизации прочности и износостойкости при сохранении низкого коэффициента трени , он дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мае. %:

   РЗМ Железо

   0,005-0,06 Остальное

   3.0-4,2

   2.4-3,3

   0.3-1,5

   1.2-2,6

   0.4-2,3

   0,1-0,8

   0,05-0.2

   0,06-0.6

   0,002-0.05

   0,005-0.05

   0

   причем содержание компонентов удовлетвор ет следующим соотношени м, мас.%:

   Ri - SI + AI + 1 /2 Си - 3,04-4,67;

   П2 - Сг + V + 1 /2 Мп - 2,15-3.26;

   Пз - Мд + Са + РЗМ 0.067-0,096;

   ПНЪ Ј0,5,

   где fli - суммарное содержание элементов графитизатора;

   П2 - карбидообразующих;

   Пз - элементов-модификаторов.

   Т б л и « I

   Таблица2