Результат интеллектуальной деятельности: ЧУГУН

Изобретение относится к металлургии литейного производства, в частности к разработке составов чугуна для корпусных отливок с различной толщиной стенок.

Известен чугун [1] следующего химсостава, мас.%:
Углерод - 3,15-3,35
Кремний - 2,20-2,40
Марганец - 0,6-0,8
Хром - 0,2-0,3
Никель - 0,1-0,35
Сера - До 0,12
Фосфор - 0,18-0,25
Железо - Остальное
Недостатком данного чугуна является отсутствие ограничения нижнего предела содержания серы, что делает чугун при содержании серы менее 0,05% маловосприимчивым к модифицированию, а присутствие большого количества марганца и хрома при данном содержании никеля при низком углеродном эквиваленте приводит к появлению в структуре чугуна структурно-свободного цементита и высокой твердости, что приводит к ухудшению механической обработки и охрупчиванию фасонных отливок. При высоком углеродном эквиваленте высокое содержание кремния приводит к появлению феррита, заниженной твердости и низким механическим свойствам отливок.

Наиболее близким к предлагаемому чугуну по технической сущности и достигаемому результату является чугун [2] следующего химического состава, маc. %:
Углерод - 3,0-3,5
Kремний - 1,7-2,2
Марганец - 0,5-0,8
Хром - 0,15-0,30
Медь - 0,5-0,8
Сера - 0,05-0,12
Фосфор - ≤0,2
Барий - 0,003-0,015
Кальций - 0,007-0,025
Железо - Остальное
Недостатком данного химсостава чугуна является недостаточная термическая стойкость перлита в микроструктуре чугуна и низкая стабильность по твердости отливок. При длительных выдержках больших отливок на конвейере, т.е. в результате большого промежутка времени от заливки чугуна в формы до выбивки отливок и очистки их от земли, происходит самоотжиг с распадом перлита, появлению феррита и снижению твердости (см. табл.1).

Технической задачей данного изобретения является повышение стабильности перлита и твердости при длительных выдержках больших разностенных отливок в формах.

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

Углерод - 3,0-3,5
Кремний - 1,7-2,2
Марганец - 0,5-0,8
Хром - 0,15-0,30
Медь - 0,5-0,8
Сера - 0,05-0,12
Фосфор - ≤0,2
Барий - 0,003-0,015
Кальций - 0,007-0,025
Олово - 0,05-0,1
Железо - Остальное
Аналогов, содержащих отличительные признаки предлагаемого технического решения, не обнаружено.

На ГАЗе, в условиях лабораторно-исследовательского отдела, 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 СЧ25, отходы стали, катодную медь, олово и ферросплавы. Барий вводили в виде ФС65Ба4, кальций и серу в виде гипса (CaSO₄). Металл перегревали в печи при 1500^oС и заливали образцы: клин на отбел и заготовки диаметром 60 мм для определения твердости чугуна.

В табл.1 приведен химический состав предлагаемого и известного чугунов. В табл. 2 приведена твердость образцов в литом состоянии и после термообработки при разных температурах выдержки образцов в печи в течение 2 ч из предлагаемого и известного чугунов.

Как видно из табл.2, у известного чугуна стабильности по твердости при высоких температурах на конвейере (или в печи) нет (см. табл.2, чугун 7,8). Твердость у известного чугуна резко уменьшается, начиная с 630^oС, и находится на уровне 187-170 НВ, а у предлагаемого чугуна (табл.2, чугуны 2-4) твердость при температурах выдержки 630-660^oС стабильная и держится до уровня 207 НВ ( что соответствует нормативным требованиям на самые ответственные автомобильные отливки, такие как блок цилиндров, и превышает твердость у известного чугуна на 34-47 НВ).

При низком содержании олова (меньше 0,05%) 0,04% (чугун 1, табл.1) твердость начинает уменьшаться с температуры 660^oС (чугун 1, табл.2). При высоком содержании олова более 0,1%(чугун 5, табл.1) твердость получается очень высокой 255 НВ (чугун 5, таблица 2), что превышает нормативные требования на блок цилиндров (до 240 НВ) и ухудшает механическую обработку отливок. Чугуны вариантов 1-5, 7-8 получали модифицированием 0,3% ФС65Ба4+0,1% гипса. Чугуны вариантов 7-8 без ввода олова. Чугун варианта 6 табл.1-2 получали с оловом, но без ввода гипса. По табл.1, вариант чугуна 6 видно отсутствие кальция и низкое содержание серы, что делает чугун плохо модифицируемым и уменьшает порог снижения твердости при термовыдержках до 630^oС.

Выбранные пределы содержания бария (0,003-0,015%) и кальция (0,007-0,025) обеспечивают за счет эффективного модифицирования, исключение в тонких стенках цементита и других твердых составляющих, что ограничивает превышение верхнего предела нормативных требований по твердости. Ввод олова без гипса обеспечивает стабильность получения необходимой твердости при термовыдержках до температуры 630^oС (чугун варианта 6, табл.2). Дополнительный ввод 0,1% гипса (CaSО₄) поднимает уровень стабильного получения твердости до 660^oС. Ввод олова в чугун при выбранном соотношении остальных элементов дает положительный эффект по стабилизации и повышению уровня свойств предлагаемого чугуна.

Список литературы
1. Справочник по чугунному литью. Под редакцией Н.Г. Гиршовича. Л.: Машиностроение, 1978, с.554-555.

2. Ю.А. Зиновьев и др. Чугун. А.с. 2148673, МКИ С 22 С 37/10.