Серый перлитный чугун

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие ИНСТИТУТ БЕЛНИИЛИТ(72) Авторы Карпенко Михаил Иванович Мельников Алексей Петрович Сусло Петр Петрович Бадюкова Светлана Михайловна(73) Патентообладатель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие ИНСТИТУТ БЕЛНИИЛИТ(57) Серый перлитный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, редкоземельные металлы, кальций и железо, отличающийся тем, что дополнительно содержит магний,хром и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.углерод 3,0-3,7 кремний 2,0-2,4 марганец 0,7-0,8 редкоземельные металлы 0,003-0,050 кальций 0,002-0,030 магний 0,002-0,020 хром 0,012-0,200 алюминий 0,002-0,100 железо остальное. Изобретение относится к области металлургии, в частности к серым перлитным чугунам для получения ответственных литых деталей, работающих в условиях ударных нагрузок и повышенного трения. Известен серый чугун (А.с. СССР 590359, МПК С 22 С 37/10, опубл. 21.02.1978),содержащий, мас.углерод - 3,2-4,5, кремний - 1,6-3,2, марганец - 0,5-1,2, титан - 0,160,20, цирконий - 0,16-0,25, железо - остальное. Чугун имеет низкую твердость - 170195 НВ, а предел прочности при изгибе - 300-350 МПа. Динамическая прочность и износостойкость чугуна в отливках низкие. Наиболее близким по технической сущности и достигаемым характеристикам является серый перлитный чугун (А.с. СССР 960299, МПК С 22 С 37/10, опубл. 23.09.1982,прототип), содержащий, мас. 10446 1 2008.04.30 углерод 3,0-4,5 кремний 1,6-2,4 марганец 0,5-1,3 титан 0,12-0,22 цирконий 0,15-0,30 медь 0,15-0,35 кальций 0,10-0,21 редкоземельные металлы 0,003-0,07 железо остальное. Высокое содержание кальция, титана, меди и циркония увеличивает количество ферритной составляющей в структуре отливок, которая плохо работает на износ. Этот чугун имеет следующие механические свойства твердость 210-220 НВ динамическая прочность 6,5-7,8 Дж/см 2 износ при трении 0,84-1,26 мкм/ч время до образования задира 7,8-12,5 ч. Низкие характеристики динамической прочности и износостойкости обусловлены крупнозернистой структурой чугуна в отливках. Задачей изобретения является повышение износостойкости при трении, динамической прочности и трещиностойкости. Техническая задача достигается тем, что серый перлитный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, кальций, редкоземельные металлы и железо, дополнительно содержит магний, хром и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.углерод 3,0-3,7 кремний 2,0-2,4 марганец 0,5-0,8 редкоземельные металлы 0,003-0,05 кальций 0,002-0,03 магний 0,002-0,02 хром 0,012-0,2 алюминий 0,002-0,1 железо остальное. Чугун выплавляют в индукционных печах большой емкостью (10-35 т) с кислой футеровкой, используя в качестве шихты рафинированные литейные чугуны, чугунный лом,феррохром, затем выпускают в разливочные ковши при 1370-1430 С, в которые предварительно загружают комплексные лигатуры и модификаторы, содержащие редкоземельные, магний, кальций. Из чугунов отливают цилиндрические ( 30 мм) и плоские (5-1 мм) образцы и технологические пробы. Для определения динамической прочности используют образцы 101055 мм без надреза. В предлагаемом чугуне магний способствует измельчению дисперсности перлита, повышает износостойкость и динамическую прочность. В сравнении с другими модифицирующими компонентами он является наиболее эффективным элементом, при его содержании до 0,002 его влияние незначительное, а при увеличении его содержания более 0,02 усиливается его отбеливающее влияние, что сильно снижает трещиностойкость и динамическую прочность. Хром также способствует повышению дисперсности структуры при содержании от 0,012 до 0,2 . С увеличением его концентрации свыше 0,2 в структуре отмечается появление цементита, что снижает трещиностойкость и ударную вязкость. При его концентрации до 0,012 влияние хрома слабозаметное. Введение алюминия в состав чугуна обусловлено его высокой раскисляющей способностью. Однако при его концентрации более 0,1 усиливается ферритизация отливок. Известно, что ферритная структура работает на износ хуже, чем перлитная. 2 10446 1 2008.04.30 В табл. 1 приведены химические составы опытных плавок, а в табл. 2 - механические характеристики предлагаемого и известного чугунов. Таблица 1 Содержание компонентов в чугуне, мас.Компоненты предлагаемом известном 1 2 3 Углерод 3,0 3,5 3,7 3,6 Кремний 2,0 2,2 2,4 2,0 Кальций 0,002 0,01 0,03 0,15 Редкоземельный металлы 0,003 0,02 0,05 0,03 Марганец 0,5 0,6 0,8 0,6 Магний 0,002 0,01 0,02 Хром 0,012 0,017 0,2 Алюминий 0,002 0,07 0,1 Железо остальное остальное остальное остальное Таблица 2 Наименование показателей Временное сопротивление при растяжении, МПа Твердость, НВ Остаточные термические напряжения в решетчатой пробе Износостойкость при трении, мкм/ч Время до образования задира при интенсивном трении, ч Трещиностойкость,Динамическая прочность, Дж/см 2 Металлографические исследования структуры цилиндрических стандартных образцов 30 мм и отливок цилиндров двигателей и ползунов показали, что дисперсность перлита предлагаемого чугуна составляет ПД 0,3-ПД1,0, а длина включений графита - от 30 до 90 мкм, форма включений графита - ПГф 2-ПГфЗ. Изучение микроструктуры известного чугуна показало, что его микроструктура в отливках более грубая (дисперсность перлита ПД 1,4-ПД 1,6 длина включений графита достигает 120-360 мкм форма включений графита - ПГф 1-ПГф 2). Предлагаемый серый перлитный чугун хорошо обрабатывается на металлорежущих станках, обладает высокими литейными технологическими свойствами и может быть использован для получения ответственных разностенных литых деталей, работающих в условиях динамических нагрузок и трения. Низкие остаточные термические напряжения в отливках позволяют использовать предлагаемый чугун без дополнительной термообработки. Источники информации 1. А.с. СССР 590359, МПК С 22 С 37/10, опубл. 21.02.1978. 2. А.с. СССР 960 299, МПК С 22 С 37/10, опубл. 23.09.1982 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3