немагнитный чугун

Формула изобретения

Немагнитный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, хром, алюминий, редкоземельные металлы и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит барий, серу и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод	3,1-3,6
кремний	2,1-2,5
марганец	8-10
медь	0,8-2,5
хром	0,07-0,1
алюминий	0,3-0,8
редкоземельные металлы	0,02-0,06
барий	0,03-0,06
сера	0,02-0,06
бор	0,002-0,02
железо	остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к немагнитным аустенитным чугунам с низким коэффициентом линейного расширения, используемым в электротехнической промышленности и точном машиностроении и обладающим хорошей обрабатываемостью на металлорежущих станках.

Известен легированный немагнитный чугун (Патент Великобритании № 14752292, МПК C22C 37/08, 1971) содержащий, мас.%:

Углерод	3,2-3,6
Марганец	1,77-2,23
Титан	1,15
Ниобий	1,15
Ванадий	1,15
Фосфор	0,01
Сера	0,03-0,1
Железо	Остальное

Известный чугун имеет высокий коэффициент линейного расширения и не обеспечивает получения в отливках мелкозернистой аустенитной структуры со стабильными немагнитными, физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

Известен также легированный аустенитный марганцевый чугун (Галдин Н.М. Отливки в точном машиностроении. - М: Машиностроение, 1983. - С.9) содержащий, мас.%:

Углерод	3,54
Кремний	3,31
Марганец	10,06
Фосфор	0,124
Сурьма	0,3-0,4
Сера	0,02
Железо	Остальное

Этот чугун имеет в отливках более однородную аустенитную структуру, удовлетворительно обрабатывается на металлорежущих станках, но высокие концентрации кремния, сурьмы и углерода увеличивают коэффициент линейного расширения и снижают трещиностойкость, технологические и физико-механические свойства.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является немагнитный чугун (А.с. СССР № 1216239, МПК C22C 37/10, 1986) следующего химического состава, мас.%:

Углерод	2,8-3,6
Кремний	1,5-2,3
Марганец	8-10
Медь	0,8-2,5
Хром	0,08-0,5
Алюминий	0,6-0,8
Редкоземельные металлы	0,01-0,1
Железо	Остальное

Известный чугун обладает следующими свойствами:

Предел прочности при изгибе, МПа	760-870
Твердость в литом состоянии, HRC	51-57
Коррозийная стойкость, г/м2·ч	0,040-0,048
Коэффициент линейного расширения
от 20 до 100°C, ·106, 1/°C	12-15
Величина остаточных термических напряжений, МПа	28-40
Магнитная проницаемость, ·106, Гн/м	2,8-3,5

Недостатками известного чугуна являются повышенные значения твердости в литом состоянии, магнитной проницаемости и остаточных термических напряжений в отливках. Повышенные значения твердости и остаточных термических напряжений ухудшают обрабатываемость чугуна резанием.

Задачей данного технического решения является снижение твердости в литом состоянии, остаточных термических напряжений и улучшение обрабатываемости чугуна резанием.

Поставленная задача решается тем, что немагнитный чугун, содержащий углерод кремний, марганец, медь, хром, алюминий, редкоземельные металлы и железо, дополнительно содержит барий, серу и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	3,1-3,6
Кремний	2,1-2,5
Марганец	8-10
Медь	0,8-2,5
Хром	0,07-0,1
Алюминий	0,3-0,8
Редкоземельные металлы	0,02-0,06
Барий	0,03-0,06
Сера	0,02-0,06
Бор	0,002-0,02
Железо	Остальное

Дополнительное введение в чугун бария (0,03-0,06 мас.%) обусловлено существенным графитизирующим и микролегирующим влиянием его на структуру, снижение твердости, остаточных термических напряжений и улучшение обрабатываемости резанием. При увеличении содержания бария более 0,06% снижается магнитная проницаемость чугуна, ухудшается усвояемость бария расплавленным металлом и увеличиваются его потери.

При концентрации бария до 0,03% его влияния на структуру и технологические свойства чугуна недостаточно.

Дополнительное введение 0,02-0,06% серы обусловлено ее влиянием на снижение твердости чугуна в отливке, повышение обрабатываемости резанием и снижение коэффициента линейного расширения. При увеличении содержания серы более 0,06% увеличивается неоднородность структуры и снижается стабильность механических и технологических свойств. При концентрации серы менее 0,02% повышаются коэффициент линейного расширения, твердость чугуна в отливках и ухудшается обрабатываемость резанием.

Дополнительное введение в чугун бора обусловлено его влиянием на снижение магнитной проницаемости и повышение стабильности механических и технологических свойств. При увеличении концентрации бора более 0,02% повышается твердость чугуна в отливках и ухудшается обрабатываемость резанием. При концентрации бора менее 0,002% повышается магнитная проницаемость чугуна, увеличиваются остаточные термические напряжения в отливках.

Применение состава предложенного немагнитного чугуна позволяет снизить твердость в литом состоянии, остаточные термические напряжения и улучшить обрабатываемость чугуна резанием. 2 табл.

Опытные плавки чугунов проводили в открытых индукционных тигельных печах с использованием литейных чугунов марки Л2ШБ2 (ГОСТ 4832-95), передельного чугуна марки ПЛПБ2 (ГОСТ 805-90), стального лома марок 1А и 2А, чугунного лома марки 17А, ферромарганца ФМн78, катодной меди, ферробора, силикобария и других ферросплавов. Температура выплавляемого чугуна составляла 1430-1480°C. Микролегирование чугуна медью и ферробором производили после рафинирования расплава в печи, а модифицирование селикобарием, редкоземельными металлами и алюминием - в ковше, с использованием экзотермических присадок. Заливку чугуна производили в литейные формы из холоднотвердеющих смесей (ХТС). В таблице 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок.

Для исследования структуры и свойств чугуна отливали стандартные образцы (диаметр 30 мм) для механических испытаний, технологические пробы, отливки крышек масляных выключателей, нажимных колец электромашин и концевых коробок трансформаторов.

В таблице 2 приведены механические, технологические и физические свойства чугунов опытных плавок. Исследования остаточных термических напряжений чугунов в отливках проводились на решетчатых технологических пробах, склонных к трещинообразованию - на звездообразных пробах высотой 146 мм. Механические испытания проводились в соответствии с ГОСТ 24805 и ГОСТ 27208. Обрабатываемость резанием и оптимальную скорость резания определяли на токарных полуавтоматах с ЧПУ модели СА562Ф3 при механической обработке нажимных колец электромашин. В качестве эталона при сравнении обрабатываемости чугунов опытных плавок использовали антифрикционный чугун марки АЧС-5, имеющий аустенитную структуру и твердость 180 НВ. Склонность к трещинообразованию оценивали по количеству трещин в технологической пробе.

Как видно из таблицы 2, предлагаемый чугун обладает более низкими характеристиками магнитной проницаемости, твердости и остаточных термических напряжений в отливках и более высокими значениями обрабатываемости резанием и трещиностойкости, чем известный чугун.

Таблица 1
Химические составы литейных сталей опытных плавок
Компоненты	Содержание компонентов в чугунах, мас.%
1 (Изв.)	2	3	4	5	6
Углерод	3,2	2,8	3,1	3,4	3,6	3,8
Кремний	1,9	1,9	2,1	2,3	2,5	2,6
Марганец	9,8	7,5	8	9,1	10	11
Медь	1,2	0,6	0,8	1,4	2,5	3
Алюминий	0,7	0,1	0,3	0,6	0,8	1,2
Хром	0,3	0,05	0,07	0,09	0,1	0,3
Редкоземельные металлы	0,1	0,01	0,02	0,04	0,06	0,07
Барий	-	0,02	0,03	0,05	0,06	0,08
Сера	-	0,01	0,02	0,04	0,06	0,07
Бор	-	0,001	0,002	0,01	0,02	0,03
Железо	Остальн.	Ост.	Ост.	Ост.	Ост.	Ост.

Таблица 2
Механические и эксплуатационные свойства сталей опытных плавок
Свойства чугунов	Показатели свойств для составов чугунов
1 (Изв.)	2	3	4	5	6
Предел прочности при изгибе, МПа	790	805	860	875	880	845
Твердость, HRC	55	51	47	43	42	48
Магнитная проницаемость, ·106, Гн/м	3,2	3,0	2,8	2,6	2,5	2,9
Величина остаточных термических напряжений, МПа	31	29	27	25	26	30
Коэффициент линейного расширения, ·106,1/°C	13	12	9,2	8,6	8,1	11
Оптимальная скорость обработки резанием, об/мин	1100-1200	1200-1300	1800-2000	2200-2500	2000-2200	1500-1650
Обрабатываемость резанием, %	100	105	116	124	120	108
Количество трещин в технологической пробе, n	8	7	3		2	5