ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН
HIGH STRENGTH IRON

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-ШГ10Металлическая основа: П70(Фе30)
187
2
Графит: ШГф4,3,5-ШГд25,45,90-ШГр2-ШГ10Металлическая основа: П45(Фе55)
179
3
Графит: ШГф4,5-ШГд25,45-ШГр1-ШГ10Металлическая основа: П45(Фе55)
179
4
ШГф4,5-ШГд25,45-ШГр1-ШГ10Металлическая основа: П20(Фе80)
163
5
Графит: ШГф4,5-ШГд25,45-ШГр1-ШГ12Металлическая основа: П15(Фе85)
156
6
Графит: ШГф4,5-ШГд25,45-ШГр1-ШГ12Металлическая 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.