чугун

Формула изобретения

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, азот и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит один или более компонентов из группы, содержащей нитриды алюминия, титана, циркония, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод - 2,6 - 4,8

Кремний - 0,5 - 3,6

Марганец - 0,15 - 2,0

Азот - 0,008 - 0,05

Один или более компонентов из группы, содержащей нитриды алюминия, титана, циркония - 0,005 - 0,15

Железо - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к разработке составов чугунов для металлургических и машиностроительных отливок.

Известен чугун, содержащий, мас.%: углерод 2,5-3,75; кремний 0,5-2,5; марганец 0,3-1,0; сера до 0,15; фосфор до 0,2; азот 0,0-5 0,1; железо и примеси - остальное [1].

Недостаток указанного чугуна - высокая склонность к отбелу.

Известен также чугун, содержащий, мас.%: углерод 3,4; кремний 2,43-2,62; марганец 0,7-0,8; фосфор 0,2; сера 0,06-0,11; азот 0,0074-0,028; железо - остальное [2].

Этот чугун обладает тем же недостатком, что и упомянутый.

Наиболее близким по составу к заявляемому является чугун, содержащий, мас.%: углерод 2,8-4,0; кремний 1,0-4,0; марганец 0,1-2,0; азот 0,005-0,04; железо и примеси - остальное [3].

Недостатками этого чугуна являются малая дисперсность включений графита и высокая склонность к образованию отбела по причине слабого зародышеобразования.

Целью изобретения являются повышение дисперсности включений графита и снижение склонности чугуна к отбелу.

Для достижения указанной цели в чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, азот и железо, дополнительно вводят нитриды алюминия, титана, циркония при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод 2,6-4,8 Кремний 0,5-3,6 Марганец 0,15-2,0 Азот 0,008-0,05 Нитриды алюминия, титана, циркония 0,005-0,15 Железо Остальное.

Нитриды алюминия, титана, циркония, являются тугоплавкими и химически нейтральными по отношению к элементам чугуна веществами и проявляют себя как гетерогенные зародыши для кристаллизации включений графита. Увеличение количества зародышевой фазы в чугуне способствует повышению дисперсности включений графита и снижению склонности чугуна к отбелу.

При содержании нитридов в чугуне менее 0,005 мас.% цель изобретения не достигается, так как их количество оказывается недостаточным для эффективного влияния на кристаллизацию чугуна (см. таблицу, опыт N 18). При содержании нитридов более 0,15 мас.% происходит снижение дисперсности включений графита из-за образования макросегрегаций нитридов (см. таблицу, опыт 21).

Углерод входит в состав чугуна как графитизирующий элемент. Оптимальное содержание углерода в чугуне 2,6-4,8 мас.%. При содержании менее 2,6 мас.% углерода повышается склонность к отбелу чугуна вследствие снижения способности сплава к графитизации (см. таблицу, опыт 2). Увеличение содержания углерода свыше 4,8 мас.% сопровождается снижением дисперсности включений графита вследствие нарушения соотношения между графитизирующими и перлитизирующими элементами в составе чугуна (см. таблицу, опыт 5).

Кремний входит в состав чугуна как графитизирующий элемент. Оптимальное содержание кремния в чугуне 0,5-3,6 мас.%. При содержании кремния менее 0,5 мас.% не обеспечивается снижение склонности чугуна к отбелу вследствие пониженной способности сплава к графитизации (см. таблицу, опыт 6). Увеличение содержания кремния свыше 3,6 мас.% сопровождается укрупнением включений графита, так как кремний снижает растворимость углерода в железе (см. таблицу, опыт 9).

Марганец входит в состав чугуна как перлитизирующий элемент. При его содержании менее 0,15 мас.% не обеспечивается повышение дисперсности включений графита вследствие высокой активности углерода в железе (см. таблицу, опыт 10). При содержании марганца более 2,0 мас.% повышается склонность чугуна к отбелу вследствие чрезмерного снижения активности углерода в железе марганцем (см. таблицу, опыт 13).

Азот входит в состав чугуна как перлитизирующий элемент, его оптимальное содержание 0,008-0,05 мас.%. При содержании азота менее 0,008 мас.% не обеспечивается повышение дисперсности включений графита (см. таблицу, опыт 14). При содержании азота более 0,05 мас.% повышается склонность чугуна к отбелу вследствие стабилизирующего влияния азота (см. таблицу, опыт 17).

Железо составляет основу чугуна.

П р и м е р. Проверку преимуществ изобретения проводили путем выполнения опытов по получению в условиях опытного производства Института проблем литья АН Украины чугунов заявляемого и известного составов. Условия проведения опытов выдерживались идентичными во всех случаях. Из жидкого чугуна получали отливки и технологические пробы, по которым оценивали склонность чугуна к отбелу и дисперсность включений графита.

Плавки металла выполнены в индукционной печи с кислой футеровкой. Шихту, состоящую из чушкового чугуна, стального лома и ферросплавов, расплавляли, подвергали азотированию карбамидом, затем при переливе металла из печи в ковш под струю вводили брикеты, полученные методами порошковой металлургии из нитридов алюминия, титана, циркония. В опытах с чугуном известного состава нитриды в чугун не вводились. Порошки нитридов, используемые для получения упомянутых брикетов имели размеры частиц 50 мкм и менее. Приготовленный таким образом чугун заливали в формы. После естественного охлаждения отливок их разрезали и изучали микроструктуру и замеряли глубину отбела.

Результаты опытов приведены в таблице. Сравнительный анализ данных показывает, что чугун заявляемого состава обладает повышенной дисперсностью графита и пониженной склонностью к отбелу. Так, по сравнению с чугуном известного состава средняя длина включений графита уменьшилась на 15-55 мкм, глубина отбела снизилась на 3-13 мм.

Опыт 1 выполнен с чугуном известного состава, опыты 2-23 с заявляемым. В опытах 2, 5, 6, 9, 10, 13, 14, 17, 18, 21 цель изобретения достигнута не была, так как содержания компонентов чугуна выходили за заявляемые пределы. В таблице приняты следующие обозначения: H - глубина отбела чугуна, мм; L - средняя длина (дисперсность) включений графита, мкм.