SU1749292A1 - Чугун - Google Patents

Abstract

Изобретение Может быть использовано при производстве тонкостенных чугунных отливок Сущность изобретени  заключаетс  в том, что в чугун, содержащий С, SI, Мп, Си, AI, Са, РЗМ, Сг и Fe, дополнительно введены Ва, Yt и Ti при следующем соотношении компонентов, мас.%ч С 3,5-4,0; Si 3-3,4; Мп 0,1-0,35, Си 0,1-0,2; AI 0,1-0,25; Са 0,1-0,30, РЗМ 0.1-0,2, Сг 0,05-0,15; Ва 0.05-0,15: Yt 0,02-0,05, Ti 0,05-0,3; Fe - остальное . Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна Ва, Yt и Ti позволит повысить1 7В 1 5-1,8 раза, 6 на 8-11%, а также уменьшить склонность к отбелу при одновременном улучшении обрабатываемости . 3 табл

Description

Изобретение относитс  к литейному производству, а именно к производству тонкостенных отливок, например ниппелей отопительных радиаторов

Кчугунам дл  таких отливок предъ вл ютс  повышенные требовани  по прочно- чти, пластичности, а также обрабатываемости . Повышенные требовани  к обрабатываемости отливок обуславливают тем, что их обработку осуществл ют на станках-автоматах при больших скорост х резани .

Известны чугуны с пониженным содержанием углерода и кремни , которые в литейных формах затвердевают белыми. Отливки выбивают из форм и подвергают термической обработке (графитизирующе- му отжигу) дл  улучшени  из обрабатываемости и повышени  пластичности

Известны высокопрочные чугуны с магнием .

Высокопрочные чугуны с магнием имеют недостатки: дл  их получени  ввод т магний в жидкий чугун Ввод магни  или лигатур с магнием в жидкий чугун сопровождаетс  образованием пироэффекта, значительного выделени  дыма, ухудшением условий труда Этот процесс  вл етс  плохо контролируемым и результаты  вл ютс  нестабильными. При этом чугун кристаллизуетс  по стабильной системе, с отбелом, так как магний  вл етс  сильным карбидообразующим элементом. Чугуны имеют плохую обрабатываемость и дл  ее улучшени  требуетс  термическа  обработка , котора  увеличивает цикл производства отливок из высокопрочного чугуна. Такие чугуны невозможно использовать дл  тонкостенных отливок из высокопрочного чугуна без использовани  термической обработки.

Известен чугун, содержащий, мас.%- углерод 1,5-2,7; кремней 1,0-1,7; марганец 0,1-0,7; медь 0,01-0,1; алюминий 0,02-0,2; кальций 0,01-0,05; редкоземельные металю

ю о to

лы 0.01-0,1: хром 0,05-0,15; железо остальное .

Основными недостатками известного чугуна  вл ютс  высока  твердость, больша  склонность к отбелу, низка  пластин- ность, неудовлетворительна  обрабатываемость в литом состо нии при изготовлении тонкостенных отливок. Этот чугун обладает плохими литейными свойствами: низкой жидкотекучестью. высокой температурой плавлени , склонностью к значительным остаточным напр жени м. Указанные недостатки обусловлены пониженным содержанием углерода, кремни  и повышенным содержанием марганца (до 0,7 мас.%). Нали- чие магни  приводит к образованию свободного цементита в отливках, ухудшению обрабатываемости чугуна, требует длительного отжига отливок, что увеличивает цикл их производства.

Цель изобретени  - уменьшение склонности чугуна к отбелу, повышение предела прочности при раст жении и пластичности, а также улучшение обрабатываемости за счет снижени  твердости.

Указанна  цель достигаетс  тем, что чугун , содержащий углерод, кремний, марганец , хром, кальций, алюминий, медь, РЗМ, железо, дополнительно содержит барий, иттрий , титан при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3,5-4,0: кремний 3,0-3,4; марганец 0,1-0,35; медь 0,1- 0,2; алюминий 0,1-0,25; кальций 0.1-0,2; редкоземельные металлы 0,1-0,2; хром 0,05-0,15; барий 0,05-0,15: иттрий 0,02- 0,05; титан 0,05-0,3; железо остальное.

Пределы содержани  углерода определены исход  из необходимости получени  высоких литейных свойств чугуна, снижени  его твердости, улучшени  обрабатываемо- сти в литом состо нии. Содержание кремни  в чугуне (3,0-3,4 мае. %) выбирают также с целью получени  хороших литейных свойств, уменьшени  количества брака отливок , получени  ферритной или феррито- перлитной структуры в литом состо нии.

Марганец в чугун поступает из шихтовых материалов. Указанные пределы марганца выбирают с учетом получени  тонкостенных отливок без структурно-сво- бодных карбидов, увеличивающих твердость и снижающих обрабатываемость чугунз.

Содержание меди (0,1-0,2 мас.%) определ ют исход  из того, что медь  вл етс  графитообразующим элементом при первичной кристаллизации чугуна и устранени  образовани  структурно-свободного цементита , снижающего обрабатываемость отливок.

Алюминий выбирают в пределах 0 1 -0,2 мас.% как раскисл ющий, противоо бели- вающий, сильный графитообразующий, способствующий выделению феррита, элемент. Алюминий снижает твердость чугуна, улучшает его обрабатываемость. Содержание алюмини  более 0.25 мас.% нежелательно, так как в этом случае возможно образование неблагопри тной формы графита и снижение пластических свойств чугуна.

Редкоземельные элементы выбирают с целью получени  определенной формы графита в чугуне (хлопьевидной или шаровидной ), обеспечивающей повышенные механические свойства чугуна. Содержание РЗМ в чугуне в пределах 0.1-0,2 мас.% выбрано с учетом содержани  кальци , иттри . Наличие редкоземельных металлов (РЗМ) в чугуне в указанных пределах способствует процессу графитизации сплава в процессе кристаллизации. Графитиз ирующий эффект начинает заметно про вл тьс  при содержании РЗМ в чугуне свыше 0,05 мас.%, а при повышенном содержании (более 0.2 мас.%) значительно возрастает склонность чугуна к отбелу. Верхний предел ограничиваетс  также в св зи с возрастанием стоимости чугуна.

Кальций в чугуне необходим дл  десуль- фурации серы и нейтрализации вредного вли ни  алюмини  на образование шаровидного графита. При содержании кальци  в чугуне (более 0,3 мас.% он способствует ухудшению формы графита и образованию большого количества шлака.

Иттрий способствует получению хлопьевидной или шаровидной формы графита, обеспечивает повышенные механические свойства. Повышение верхнего предела содержани  иттри  неэкономично в св зи с сравнительно высокой его стоимостью.

Барий до определенного предела 0,15 мас.%  вл етс  сильным графитообразую- щим элементом, способствует образованию шаровидного графита, повышает пластические свойства, улучшает его обрабатываемость . Верхний предел установлен исход  из того, что при дальнейшем увеличении бари  возрастает склонность чугуна к отбе-  у.

Благодар  присутствию бари , кальци , алюмини  сплав имеет чисто ферритную структуру без термической обработки в тонкостенных отливках с небольшой массой.

В небольших количествах (до 0,5 мас.%) титан  вл етс  графитообразующим элементом , раскисл ет чугун. Добавка титана в чугуне способствует измельчению зерна, повышению механических свойств, Верхний предел 0.3 мае % титана устанавливают с учетом его вли ни  на форму графита.

Пример. Выплавл ют чугуны предлагаемых составов и известного в тигельной индукционной печи емкостью 60 кг. Выплавку чугунов осуществл ют на шихте, состо щей из чушковых литейных чугунов и стального лома. Жидкий чугун перегревают до 1480-1500°С, выдерживают в течение 10-15 мин и выпускают в разливочный ковш, на дно которого помещают модификатор - силикомишметалл, содержащий в бво- ем составе, %: РЗМ 30(16,8% Се; 5,6% Yt: 2,5% La; 2,9% Nd; 1.5% Pr); Si 50; Fe 8; Ca5: Al - остальное. Иттрий содержитс  в сили- комишметалле в количестве 5,6 мас.% и соответственно вводитс  совместно с ним. В ковш также ввод т добавки силикокальци  (содержание Са 30%). титана, силикобари , с содержанием бари  31 мае %. Чугун заливают в сырые песчаные формы дл  получени  ниппелей радиаторов с толщиной стенки 5 мм и весом 200 г.

Чугуном заливают клиновые пробы из которых изготавливают образцы дл  механических испытаний.

В табл. 1 и i приведены составы и механические свойства известного и предлагаемого чугунов.

Из табл. 2 видно, что предлагаемый чугун имеет значительно выше прочностные и пластические свойства по сравнению с известным в литом состо нии. Из предлагаемого чугуна изготовл ют ниппел  отопительных радиаторов и определ ют их твердость в литом состо нии без термической обработки

Результаты испытаний приведены в табл.3.

Как видно из табл 3 твердость предлагаемого чугуна в 2 раза ниже чем известного , ч го обуславливаетс  соответствующими структурами чугунов (табл. 2) Указанные твердости и структура чугунов обеспечивают хорошую обрабатываемость (табл 2) ниппелей радиаторов

Использование предлагаемого чугуна дл  тонкостенных отливок к которым

предъ вл ютс  повышенные требовани  по прочностным, пластическим свойствам и хорошей обрабатываемости, позвол ет получить значительный экономический эффект

Экономический эффект обеспечивают за счет уменьшени  брака отливок в св зи с более высокими литейными свойствами предлагаемого чугуна, уменьшени  трудоемкости финишной обработки отливок, /странени  трудозатрат на термическую обработку, сокращени  расходов энергоресурсов на 1 т годных отливок, обеспечени  более стабильной технологии и устранени  вспышек брака из-за попадани  в шихту

примесей, например хрома более 0,07 мае % сокращени  цикла производства

Замена известного чугуна на предлагаемый особенно актуальна из-за массового характера производстёа деталей санитарно-технического оборудовани , в частности ниппелей отопительных радиаторов

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Чугун содержащий углерод, кремний,

   марганец, медь, алюминий, кальций, хром, редкоземельные э лементы и железо, отличающийс  тем. что с целью уменьшени  склонности чугуна к отбелу, повышени  пре- дела прочности при раст жении и пластичности а также улучшени  обрабатываемости за счет снижени  твердости, он дополнительно содержит барий, иттрий, титан при следующем соотношении компонентов, мае %

   Углерод3,5-4,0

   Кремний3,0-3,4

   Марганец0,1-0,35

   Медь0,1-02

   Алюминий0,1-0,25

   Кальций0 1-0,30

   Редкоземельные элементы0,1-0,2

   Хром0,05-0.15

   Барий0,05-0,15

   Иттрий0,02-0 05

   Титан0,05-0,3

   ЖелезоОстальное

   Таблица

   Примечание. Обрабатываемость оценивают по количеству ниппелей, обрабатываемых за одну заточку резца.

   Таблица 3