Чавун з кулястим графітом

Чавун з кулястим графітом, що містить вуглець, кремній, марганець, хром, алюміній, магній, кальцій, рідкісноземельні метали (РЗМ), залізо, який відрізняється тим, що додатково містить титан, бор, азот, барій, мідь при наступному співвідношенні компонентів, мас. част., %: 3 Як неминучі домішки в сплаві присутні, в масових частках %: фосфор 0,04-0,09 сірка 0,008-0,025. Вибір граничних меж компонентів в чавуні запропонованого складу обумовлений наступними обставинами. Вуглець в кількості 3,30-3,80 % та кремній в кількості 1,90-3,20 % дозволяють одержати структуру чавуну з кулястим графітом як доевтектичного складу при нижній межі цих компонентів, так і евтектичного чи заевтектичного складу при верхніх їх межах. Окрім того, кремній сприяє кристалізації чавуну за стабільною системою. Слід зазначити, що перевищення верхньої межі по вмісту кремнію сприяє утворенню кремнієвого фериту, що приводить до крихкості цього сплаву. Нижня межа по кремнію (2,20 %) обумовлена його графітизуючим впливом, який при подальшому зменшенні кількості кремнію стає недостатнім. Марганець в межах 0,20-0,60 % дозволяє одержати в чавуні в литому стані з зазначеними вище межами кремнію і вуглецю ферито-перлітну структуру. Нижня межа (0,20 %) по марганцю обумовлена можливістю одержати показник відносного подовження більш ніж 10 % при виготовленні тонкостінних виливків. Верхня межа (0,60 %) обумовлена можливістю одержання необхідного рівня перлітної складової в структурі чавуну в виливках з товщинами стінок 10 мм і більше. Мідь є перлітоутворюючим елементом. Нижня межа по міді (0,005 %) обумовлена наявністю домішок міді в металевій шихті, верхня межа (0,30 %) - необхідністю додаткового легування чавунів у виливках, які охолоджуються з швидкістю понад 10 С/с. Титан за рахунок створення тугоплавких сполук TiN і TiCN утворює при твердінні сплаву додаткові центри кристалізації, що приводить до диспергування литої структури, зменшення ліквації і, як наслідок, до підвищення утомної міцності. Нижня межа (0,01 %) обумовлена застосуванням в шихті рафінованих чушкових чавунів. Верхня межа (0,03 %) обумовлена погіршенням ступеню сфероїдизації графіту. Хром, як і марганець, є сильно карбідоутворюючим елементом, який підвищує міцність і твердість чавуну. Тому верхня межа по вмісту хрому не перевищує 0,22 %. Нижня межа (0,10 %) обумовлена наявністю хрому в металевій шихті, яка використовується при плавках чавунів. Магній є модифікатором, що сфероїдизує графіт. Нижня межа по вмісту магнію (0,03 %) обумовлена необхідністю стабільного одержання кулястого графіту в чавуні. Верхня межа (0,06 %) обумовлена величиною розчинності магнію в рідкому розплаві. РЗМ є модифікатором і десульфуратором чавуну, нейтралізує дію домішків демодифікуючих елементів. РЗМ сприяє одержанню сіркових включень кулястої форми, що позитивно впливає на пластичні властивості чавуну. Нижня межа (0,005%) обумовлена застосуванням рафінованих 55674 4 чавунів. Верхня межа (0,010 %) обумовлена подальшим підвищенням схильності чавуну до відбілювання. Кальцій є інтенсивним десульфуратором чавуну. Нижня межа (0,005 %) обумовлена застосуванням при плавках рафінованого чушкового чавуну з низьким вмістом сірки. Верхня межа (0,025%) обумовлена застосуванням звичайних чушкових чавунів і феросиліцію. Барій є інокулятором і графітизатором модифікованого чавуну. Барій активно сприяє подрібненню включень кулястого графіту і евтектичного зерна, що значно знижує ліквацію карбідоутворюючих елементів, а також фосфору. Нижня межа (0,005 %) обумовлена ефективністю графітизуючого впливу барію при застосуванні внутрішньоформового модифікування, верхня межа (0,020 %) обумовлена підвищеним вмістом в чавуні РЗМ і хрому. Барій, по ефективності дії на процес графітоутворення, значно перевищує дію стронцію і робить зайвим використання цього елементу. Наявність в складі чавуну таких зародокутворюючих елементів як бор, азот сприяє одержанню дрібнозернистої перлітної складової металевої основи, викликає подрібнення і підвищення кількості включень графіту кулястої форми. Введення в чавун бору в кількості 0,0010,005% викликає утворення спеціальних тугоплавких боридів, карбідів, що служать зародками в процесі кристалізації сплаву та сприяють подрібненню зерна і кулястого графіту в чавуні, стабілізації структури і властивостей чавуну. Азот в кількості 0,002-0,006 % утворює в рідкому чавуні важкорозчинні нітриди марганцю, які сприяють подрібненню структури і графіту чавуну. Під впливом азоту підвищується мікротвердість фериту і перліту, а в кожній з цих структурних складових підвищується степінь однорідності. Нижня межа (0,002 %) обумовлена необхідністю збільшення об'єму перлітної фази в чавуні доевтектичного складу, який містить до 0,6% марганцю. Верхня межа (0,006 %) обумовлена необхідністю підвищення дисперсності структурних складових металевої матриці чавуну. Алюміній є графітизатором і розкислювачем литого сплаву. Нижня межа (0,01 %) обумовлена рівнем рафінування чавуну при його модифікуванні, верхня межа (0,05 %) - введенням алюмінію в якості додаткового графітизатора. Фосфор і сірка є домішковими компонентами. Вміст фосфору (0,04-0,09 %) і сірки (0,008-0,025%) обумовлені як якістю шихтових матеріалів, так і дією рафінуючих і модифікуючих елементів, які задіяні при виробництві цього сплаву. Суть корисної моделі пояснюється конкретними прикладами виконання. Для виготовлення зразків для одержання механічних властивостей були проведені плавки чавунів в індукційній печі ІСТ 06 в тиглі з кислою футеровкою. Хімічний склад чавунів наведений в таблиці 1. Механічні властивості і мікроструктура чавуну-прототипу (плавки 1, 2) і запропонованого чавуну (плавка 3, 4) наведені в таблиці 2, а показники втомної міцності, які одержані на гладких зра 5 55674 зках з чавунів з кулястим графітом при циклічних навантаженнях наведені в таблиці 3. Таким чином, чавун запропонованого складу в порівнянні з чавуном-прототипом має більш високу втомну міцність, а саме: 6 при випробуванні при розтягуванні на 18-30 %; при випробуванні при згині на 10-20 %; при випробуванні під тиском на 20-35 %. Таблиця 1 Хімічний склад чавуну-прототипу (плавка 1, 2) і запропонованого чавуну (плавка 3, 4) Компонент 1 3,61 2,70 0,47 0,17 0,048 0,09 0,055 0,01 0,043 0,009 0,05 решта С Si Mn Сr Сu Ті Sr Al Mg Ca Ba PЗM В N S P Fe Хімічний склад, масова частка, % 2 3 3,11 3,80 3,20 2,20 0,88 0,60 0,10 0,22 0,005 0,01 0,005 0,20 0,05 0,08 0,06 0,01 0,005 0,005 0,003 0,01 0,005 0,006 0,01 0,008 0,05 0,09 решта решта 4 3,30 3,20 0,20 0,10 0,30 0,03 0,01 0,03 0,025 0,02 0,005 0,001 0,002 0,025 0,040 решта Таблиця 2 Механічні властивості та мікроструктура чавуну-прототипу (плавка 1, 2) і запропонованого чавуну (плавка 3, 4) Механічні властивості Чавун в, 1 2 3 4 Мікроструктура 600 550 480 450 ,% НВ 22,0 12,0 12,0 10,0 МПа Форма включень графіту 170 170 217 202 ШГф 4, ШГф5 ШГф4, ШГф5. ШГф4, ШГф5 ШГф4, ШГф5 Діаметр включень графіту, мкм Кількість включень графіту, Кількість перліту в металевій матриці, % 15-50 15-40 25-40 25-50 ШГ6, ШГ10 ШГ6. ШГ10 ШГ6, ШГ10 ШГ6, ШГ10 10 20 40 30 Таблиця 3 Втомна міцність чавуну-прототипу (1, 2) і запропонованого чавуну (3, 4) Чавун плавка 1 2 3 4 Межа витривалості гладких зразків, МПа При розтягуванні При тиску 130 400 135 440 170 530 160 550 При згині 230 235 260 270 7 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 55674 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601