чугун

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хром, барий, кальций и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	3,15-3,5
Кремний	2,1-2,5
Марганец	0,5-0,9
Хром	До 0,25
Фосфор	До 0,25
Сера	0,05-0,12
Барий	0,005-0,012
Кальций	0,003-0,008
Алюминий	0,002-0,006
Железо	Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии литейного производства, в частности к разработке сплавов чугуна для мелких разностенных отливок.

Известен серый чугун для отливок с толщиной стенок менее 10 мм (1) следующего химсостава, мас.%:

Углерод 3,2-3,8

Кремний 2,4-2,7

Марганец 0,5-0,8

Фосфор не более 0,65

Серы не более 0,15

Железо остальное

Недостатком данного чугуна является низкая прочность и твердость толстых стенок отливок. По этой причине происходит разрушение толстых стенок при закручивании штуцеров. В тонких стенках отливок дефект чугуна "отбел" отсутствует.

Наиболее близким к предлагаемому чугуну по технической сущности и достигаемому результату является чугун (2) следующего химсостава, мас.%:

Углерод 3,2-3,5

Кремний 2,0-2,3

Марганец не более 0,65

Серы не более 0,15

Железо остальное

Недостатком данного химсостава чугуна является получение в тонких сечениях отливок дефекта "отбел" (включения цементита), хотя в толстых сечениях отливок прочность и твердость были удовлетворительными разрушений стенок не было.

Первый чугун - "мягкий" с более высоким углеродным эквивалентом был без "отбела" в тонких сечениях, но в толстых была низкая твердость и прочность, что приводит к его разрушению при эксплуатации.

Второй чугун - "жесткий" с более низким углеродным эквивалентом имел "отбел" в тонких сечениях, а твердость и прочность в толстых сечениях были удовлетворительными (разрушений не было). Это противоречие между "мягким" и "жестким" чугуном было разрешено введением в "жесткий" чугун хрома, бария, кальция, алюминия и изменением количественного состава других элементов.

Решаемая задача - повышение качества чугуна. Техническим результатом изобретения является повышение твердости в толстых сечениях и исключение цементита ("отбела") в тонких сечениях мелких разностенных отливок низких марок чугуна.

Технический результат достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, серу, фосфор и железо, дополнительно содержит хром, барий, кальций и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	3,15-3,5
Кремний	2,1-2,5
Марганец	0,5-0,9
Хром	До 0,25
Фосфор	До 0,25
Серы	0,05-0,12
Барий	0,005-0,012
Кальций	0,003-0,008
Алюминий	0,002-0,006
Железо	Остальное

Аналогов, содержащих отличительные признаки предлагаемого технического решения, не обнаружено. На "ГАЗе", в условиях литейной мастерской и литейного цеха были проведены опытные сравнительные плавки с известным и предложенным чугунами. Чугун выплавляли в индукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой. В качестве шихты использовали чушковые передельные чугуны, возврат чугуна СЧ18, отходы стали и ферросплавы. Барий и алюминий вводили в виде модификатора "Баринок", а кальций в виде силикокальция.

Металл перегревали в печи до 1500°С и заливали отливки типа "колесных цилиндров", в которых минимальная стенка 5 мм, а максимальная 45 мм.

В таблице 1 приведен химический состав предлагаемого и известного чугунов. В таблице 2 приведены структуры и твердость в тонком (5 мм) и толстом (45 мм) сечениях отливок из предлагаемого и известного чугунов.

Как видно из таблиц 1, 2, в отливках из известного чугуна (вар. 12, 13, табл.1) структура тонкого сечения имела цементит "отбел", твердость очень высокая 45...48 HRC (вар. 12, 13, табл.2), в толстом сечении (45 мм) твердость тоже высокая. У предлагаемого чугуна как в тонком сечении (5 мм), так и в толстом сечении (45 мм) структура одинаковая перлитная без цементита (без "отбела") и твердость в пределах требований технических условий (варианты 2, 3, таблицы 1, 2). При меньших значениях бария, кальция и алюминия в тонком сечении появляется цементит, а твердость завышена против требований технических условий (вариант 1, табл.1, 2).

При больших значениях А1 в отливках появляются газовые раковины (при влаге формовочной смеси больше 4,5%). При больших значениях Ва и Са улучшений по структуре и твердости нет и даже появляется феррит и наблюдается снижение твердости, поэтому расход их излишний (вариант 4, табл.1, 2).

В вариантах 5-7 (табл.1) предлагаемого чугуна, когда в чугуне было содержание только одного из предлагаемых элементов и в вариантах 8-10 (табл.1), когда в чугуне было содержание двух элементов в разных сочетаниях, микроструктура чугуна имела цементит (т.е. "отбел") в тонких сечениях и высокую твердость как в тонких, так и в толстых сечениях. При увеличении содержания хрома свыше 0,25% (0,3% - вариант 11, табл.1) в тонком сечении отливки появляется цементит и твердость повышается выше допустимой (вариант 11, табл.2)

Список литературы

1. Справочник по чугунному литью. Под редакцией Н.Г.Гиршовича. М.: Машиностроение, 1978 г., с.57, таблица 1-11 (1-я строка сверху).

2. Справочник по чугунному литью. Под редакцией Н.Г.Гиршовича, М.: Машиностроение, 1978 г., с.57, таблица 1-11 (5-я строка сверху).

Таблица 1
Чугун №	С	Si	Mn	Cr	Р	S	Ва	Са	Al	Fe
Предлагаемый 1	3,0	2,0	0,4	0,15	0,1	0,04	0,004	0,002	0,001	ост.
2	3,15	2,1	0,5	0,20	ОД5	0,05	0,005	0,003	0,002	ост.
3	3,50	2,5	0,9	0,25	0,25	0,12	0,012	0,008	0,006	ост.
4	3,55	2,55	1,0	0,25	0,25	0,13	0,015	0,01	0,008	ост.
5	3,5	2,5	0,9	0,2	0,08	0,08	0,005	-	-	ост.
6	3,47	2,49	0,85	0,19	0,079	0,074	-	0,003	-	ост.
7	3,48	2,51	0,92	0,22	0,077	0,078	-	-	0,002	ост.
8	3,51	2,47	0,84	0,19	0,078	0,077	0,005	0,003	-	ост.
9	3,52	2,52	0,87	0,21	0,075	0,075	-	0,003	0,002	ост.
10	3,49	2,48	0,88	0,2	0,074	0,076	0,005	-	0,002	ост.
11	3,5	2,2	0,5	0,3	0,25	0,05	0,005	0,003	0,002	ост.
Известный 12	3,2	2,0	0,5	0,1	0,25	0,08	-	-	-	ост.
13	3,5	2,3	0,8	0,25	0,65	0,15	-	-	-	ост.

Таблица 2
Чугун №	Структура		Твердость			Наличие дефектов
	в стенке толщиной
	5 мм	45 мм		5 мм	45 мм
Предлагаемый 1	Перлит + Цементит10%	Перлит		273НВ	256НВ	Нет
2	Перлит	Перлит		229НВ	187НВ	Нет
3	Перлит	Перлит		217НВ	179НВ	Нет
4	Перлит	Перлит 95% + феррит 5%		207НВ	173НВ	Газовые раковины при влаге формовочной снеси >4,5%
5	Перлит 40% + Цементит 60%	Перлит		42HRC	269НВ	Нет
6	Перлит 40% + Цементит 60%	Перлит		44HRC	272НВ	Нет
7	Перлит 40% + Цементит 60%	Перлит		41HRC	268НВ	Нет
8	Перлит 60% + Цементит 40%	Перлит		38HRC	265НВ	Нет
9	Перлит 50% + Цементит 50%	Перлит		35HRC	253НВ	Нет
10	Перлит 70% + Цементит 30%	Перлит		33HRC	245НВ	Нет
11	Перлит 85% + Цементит 15%	Перлит		276НВ	264НВ	Нет
Известный 12	Перлит 20% + Цементит 80%	Перлит		48HRC	285 НВ	Усадочные раковины
13	Перлит 30% + Цементит 70%	Перлит		45HRC	273 НВ	Нет
Технические условия	Перлит	Перлит + Феррит до 5%		207-240НВ	170-240НВ	Не допускается