чугун

Формула изобретения

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

Углерод	3,85-4,05
Кремний	1,95-2,2
Марганец	До 0,5
Хром	До 0,1
Магний	0,03-0,06
Лантан	0,001-0,01
Кальций	0,002-0,007
Алюминий	0,003-0,01
Сера	До 0,022
Фосфор	До 0,1
Железо	Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии литейного производства, в частности, к разработке составов высокопрочного чугуна с шаровидным графитом для разностенных сложных отливок.

Широко известны высокопрочные чугуны с шаровидным графитом, содержащие углерод, кремний, марганец, хром, магний и другие элементы, служащие для изготовления литых деталей машин и механизмов. Эти чугуны обладают высокой прочностью и износостойкостью, однако у них высокая склонность к усадке, а следовательно, к образованию усадочных дефектов.

Наиболее близким к предлагаемому по составу и достигаемым свойствам является чугун [1] следующего химсостава, мас.%:

Углерод	3,4-3,8
Кремний	2,1-2,7
Марганец	до 0,4
Хром	до 0,1
Магний	0,03-0,08
Сера	до 0,02
Фосфор	до 0,1
Железо	остальное

Недостатком данного чугуна является большая склонность к образованию усадочных дефектов (раковин и пористости), в особенности у сложных разностенных отливок.

Технической задачей данного изобретения является исключение усадочных дефектов в отливках из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

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

Углерод	3,85-4,05
Кремний	1,95-2,2
Марганец	до 0,5
Хром	до 0,1
Магний	0,03-0,06
Лантан	0,001-0,01
Кальций	0,002-0,007
Алюминий	0,003-0,01
Сера	до 0,022
Фосфор	до 0,1
Железо	остальное

Аналогов, содержащих отличительные признаки предлагаемого технического решения не обнаружено. На ОАО «ГАЗ» в условиях литейной лаборатории были проведены опытные сравнительные плавки с известным и предложенным чугунами.

Чугун выплавляли в редукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой, В качестве пикты использовали чушковые передельные чугуны, возврат чугуна ВЧ50, отходы стали и ферросплавы. Лантан, кальций и алюминий вводили в виде отдельных ферросплавов.

Металл перегревали в печи до 1500°С и заливали стержневые пробы на объемную усадку с внутриформенным модифицированием. Количество модификатора в реакционной камере пробы на усадку - 40 г (1,25%), фракции 1-5 мм. Известный чугун получали модифицированием в форме ФСМг5 (Si - 52%; Mg - 5,6%.

Химсостав чугунов из печи приведен в таблице № 1.

таблица № 1
№ пробы	С	Si	Mn	Cr	P	S
1	3,92	1,6	0,32	0,036	0,057	0,012
2	3,93	1,59	0,34	0,035	0,058	0,014

Химсостав предлагаемого и известного чугунов из проб на усадку после внутриформенного модифицирования приведен в таблице № 2.

Микроструктура и твердость чугунов определялись из проб на усадку (представлены в таблице № 3).

таблица № 2
Чугун №	С	Si	Mn	Cr	Mg	La	Ca	Al	P	S
Предлагаемый 1	3,80	2,25	0,32	0,036	0,042	0,0009	0,001	0,002	0,057	0,012
2	3,85	2,20	0,33	0,037	0,043	0,001	0,002	0,003	0,058	0,014
3	3,95	2,1	0,32	0,035	0,044	0,003	0,004	0,007	0,057	0,012
4	4,05	1,95	0,34	0,038	0,043	0,01	0,007	0,01	0,059	0,014
5	4,1	1,8	0,33	0,035	0,048	0,015	0,008	0,015	0,057	0,012
6	3,85	2,2	0,33	0,037	0,042	0,001	-	0,003	0,057	0,012
7	3,9	2,19	0,32	0,036	0,041	-	0,002	0,003	0,058	0,014
8	3,95	2,12	0,31	0,035	0,043	0,001	0,002	-	0,056	0,012
Известный	3,78	2,1	0,35	0,037	0,041	-	-	-	0,059	0,012
9
10	3,80	2,2	0,34	0,040	0,046	-	-	-	0,056	0,014
таблица № 3
Чугун №	Микроструктура по ГОСТ 3443-87	Твердость, НВ	Усадка, %
1	2	3	4
1	ШГф4,3, ВГф3-Шгд25, 45-ШГр2-ШГ12 П8(Фе92)	150-170	1,78-1,95
2-4	ШГф5-Шгд15,25 - ШГр1-ШП12 П6(Фе94)	140-155	1,66-1,69
5	ШГф5-Шгд15, 25-ШГр1-ШГ12 П10(Фе90), имеются плены	140-160	1,97-2,45
6	ШГф5-Шгд15, 25-ШГр1-ШГ12 П15(Фе85)	176	3,2
7	ШГф4, 3-Шгд25, 45-ШГр2-ШГ12 П30(Фе70)	192	3,8
8	ШГф4, 5-Шгд15, 25-ШГр1-ШП2 П20(Фе80)	183	3,0
9-10	ШГф5, 4, 3-Шгд25, 45-ШГр2-ШГ10 П10(Фе90)	150-170	3,4-4,6

Предлагаемое количество лантана, кальция и алюминия (чугун № 2-4, табл.2) обеспечивает максимальный эффект повышения температуры расплава за счет их взаимодействия с серой и кислородом чугуна, что улучшает растворимость модификатора, очищает границы зерен, дает максимальный графитизирующий эффект и минимальную усадку (столбец 4, чугуны 2-4, таблица № 3).

При повышении суммарного содержания лантана, кальция, алюминия (чугун 5, табл.3) модификатор плохо усваивается, графита выделяется меньше, увеличивается количество неметаллических включений, усадка увеличивается.

Снижение содержания этих элементов (чугун № 1, табл. № 3) не обеспечивает модификатору хорошей десульфурирующей способности, что также не позволяет получить при обработке высокосернистого чугуна, графит полностью сфероидальной формы.

При содержании углерода и кремния в пределах, указанных в чугунах № 2-4, табл. № 2, усадка сплава наименьшая (чугуны № 2-4, табл.3).

При меньшем содержании углерода и кремния (чугун № 1, табл. № 2) жидкотекучесть чугуна уменьшается [2] и усадка увеличивается (чугун № 1, таблица № 3).

При большем содержании углерода и кремния (чугун № 5, таблица № 2) происходит флотация графита и образование плен и усадка чугуна увеличивается (чугун № 5, табл.3).

В известном чугуне (чугуны № 9,10, табл. № 2) без добавок La, Са, Al усадка резко возрастает (чугуны № 9, 10, табл. № 3).

Отлитые в литейном цехе ступицы заднего колеса с предложенным химсоставом (чугун № 2-4, табл.3) усадочных дефектов не имели. Ранее отливаемые ступицы из известного чугуна (чугуны № 9-10, табл.3) после мехобработки в механическом цехе имели усадочные дефекты на рабочей части детали и забраковывались.

Эффект уменьшения усадки высокопрочного чугуна (чугуны № 2-4, табл. № 3) и исключение усадочных дефектов на отливках получается только при совместном вводе лантана, кальция, алюминия и других элементов в указанных пределах (чугуны 2-4, табл.2). Отдельный ввод этих элементов (лантана кальция и алюминия, чугуны № 6, 7, 8, табл.2) снижения усадки не дал (чугуны 6, 7, 8, табл.3).

Список литературы

1. «Справочник по чугунному литью» под редакцией Н.Г.Гиршовича, Л., Машиностроение, 1978 г., стр.670-672.

2. И.В.Гаврилин «Предусадочное расширение как следствие внутреннего давления в металлах и сплавах», ж. «Металлургия машиностроения», № 6(9). 2002.