высокопрочный чугун

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, магний, лантан, кальций, алюминий, серу, фосфор и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий 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
цирконий	0,01-0,06
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 они имеют высокую стоимость за счет дорогих сфероидизирующих модификаторов и затрудненную механическую обработку.

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

Недостатком данного чугуна является его высокая стоимость вследствие большого расхода дорогостоящего сфероидизирующего модификатора «Lamet» и затрудненная механическая обработка отливок.

Технической задачей данного изобретения является уменьшение расхода сфероидизирующего модификатора и улучшение механической обрабатываемости.

Технический результат достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, магний, лантан, кальций, алюминий, серу и фосфор, дополнительно содержит цирконий 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
Цирконий	0,01-0,06
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 предложенными чугунами. Чугун выплавляли в индукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой. В качестве шихты использовали чушковые передельные чугуны, возврат чугуна ВЧ 50, отходы стали и ферросплавы. Лантан, кальций, алюминий и цирконий вводили в виде отдельных ферросплавов.

Металл перегревали в печи до 1500°С и заливали чугун четырьмя ковшами в песчано-глинистые формы для получения отливок «коленвал компрессора» с внутриформенным модифицированием сфероидизирующим модификатором « Lamet» в количестве 0,57%. В первый ковш ферроциркониевый модификатор ФС60 Цр5Мн4 не вводили. Во второй ковш ввели 0,2% ФС60 Цр5Мн4, в третий ковш ввели 0,4% ФС60 Цр5Мн4, в четвертый ковш ввели 0,6% ФС60 Цр5Мн4. Количество вводимого модификатора, химический состав и микроструктура полученных отливок приведены в таблицах № 1, 2, 3.

таблица № 1
№ ковша	Количество добавок в ковш ФС60Цр5, %	Количество добавок в форму «Lamet»,%
1	Без добавок	0,57
2	0,2	0,57
3	0,4	0,57
4	0,6	0,57
5	0,8	0,57
6	1,0	0,57

таблица № 2
№ ковша	С	Si ковш/ отл.	Mn	S	P	Cr	Zr
1	3,6	1,47/1,77	0,22	0,016	0,06	0,05	0,002
2	3,56	1,56/1,84	0,28	0,015	0,06	0,05	0,013
3	3,57	1,67/1,89	0,22	0,013	0,06	0,05	0,024
4	3,53	1,83/2,17	0,22	0,012	0,07	0,05	0,04
5	3,52	1,92/2,22	0,23	0,011	0,06	0,05	0,062
6	3,52	2,0/2,37	0,24	0,010	0,06	0,06	0,073

таблица № 3
№ ковша	Микроструктура по ГОСТ 3443-87	Твердость, НВ
1	Графит: ШГф4,3,5-ВГф3(15%)-ШГд25,45,90-ШГр2-ШГ10 Металлическая основа: П70(Фе30)	187
2	Графит: ШГф4,3,5-ШГд25,45,90-ШГр2-ШГ10 Металлическая основа: П45(Фе55)	179
3	Графит: ШГф4,5-ШГд25,45-ШГр1-ШГ10 Металлическая основа: П45(Фе55)	179
4	ШГф4,5-ШГд25,45-ШГр1-ШГ10 Металлическая основа: П20(Фе80)	163
5	Графит: ШГф4,5-ШГд25,45-ШГр1-ШГ12 Металлическая основа: П15(Фе85)	156
6	Графит: ШГф4,5-ШГд25,45-ШГр1-ШГ12 Металлическая основа: П10(Фе90)	143

При внутриформенном модифицировании критическим количеством модификатора «Lamet» (с Mg=5% и Zr=0,3%), когда в структуре появляется вермикулярный графит (15%) дополнительное модифицирование циркониевой лигатурой ФС60Цр5 в количестве 0,2-0,6% в начале уменьшает количество вермикулярного графита до нуля, а потом улучшает форму графита от компактного до шаровидного. Количество феррита увеличивается с 30 до 80%, а твердость уменьшается с 187 до 163 НВ.

Промышленная заливка в литейном цехе отливок «Ступиц заднего колеса» с добавкой в раздаточный ковш 0,5% циркониевой лигатуры ФС60Цр5Мн4 и 0,5% сфероидизирующего модификатора «Lamet» в форму (вместо 0,8% по норме) показала удовлетворительные результаты по микроструктуре и отсутствие усадочной пористости на этих деталях после механической обработки.

Твердость на этих отливках с добавлением циркония была на 12-15 ед.НВ меньше, чем на отливках без добавления циркония. Лаборатория механической обработки выдала заключение, что стойкость режущего инструмента при обработке ступиц заднего колеса, обработанных циркониевой лигатурой возросла в 3 раза.

Меньшее количество циркония (менее 0,01%) приводит к появлению вермикулярного графита, большее количество циркония (более 0,06%) является излишним, т.к. резко снижает твердость отливок.

Список литературы

1. Гольштейн Я.Е., Мизин В.Г. Модифицирование и микролегирование чугуна и стали - М.: Металлургия, 1986. - 272 с.

2. Бубликов В.Б., Берчук Д.Н. Повышение степени модифицирования высокопрочного чугуна // Металлургия машиностроения. - 2006. - № 5. - с.31-33.

3. Болдырев Д.А. Новые эффективные модификаторы и технологии модифицирования чугунов // Литейное производство. - 2006. - № 12. - c.9-13.

4. Зиновьев Ю.А. и др. «Чугун», патент № 2358032 С22С 37/04, бюллетень № 16 от 10.06.09.