§§
fiAfiA
0000
Изобретение относитс .к металл гии, в частности к разработке сос чугуна дл изготовлени доводочно инструмента. Известен чугун f1 3, содержащий мае.%: Углерод 2,5-3,8 Кремний1,5-2,5 Марганец 0,5-2,5 Сера0,23-0,9 Фосфор 0,23-1,0 Олово0,22-0,5 ЖелезоОстальное Указанный чугун имеет недостато ную ударную в зкость, низкую износостойкость , а также неудовлетвори тельные доводочные свойства. Наиболее близким к предложенном по технической сущности и достигае му эффекту вл етс чугун 2j, сле дующего состава, мас.%: 3,2-3,5 Углерод 1,8-2,4 Кремний 0,8-1,10 Марганец . До 0,10 0,15-0,30 Фосфор 0,08-0,11 Сурьма Остальное Железо Известный чугун имеет недостато ные доводочные свойства, ударную в зкость и износостойкость. Целью изобретени вл етс улуч шение доводочных свойств, ударной в зкости и изнрсостойкости. Указанна цель достигаетс тем что чугун, содержащий углерод, кр ний, марганец, серу, фосфор, сурь и железо, содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: Углерод 2,5-3,5 Кремний 1,7-2,6 Марганец 0,64-1,80 Сера0,22-0,50 Фосфор . 0,40-1,0 Сурьма 0,01-0,08 Железо Остальное При этом отношение марганца.к сере равно 2,9-,6. Выбор граничных компонентов в составе предложенного чугуна обусл лен следующим образом. Углерод вл етс ,одним из осно элементов, определ ющих комплекс сжрйств чугуна различного назначе в том числе и дл высокоточной дово ки. При содержании углерода в пред лах 2,5-3,5% создаютс наиболее,бл гопри тные услови дл формировани перлитной структуры чугуна, наиболее благопри тной дл обеспечени высоких доводочных свойств чугуна. При содержании углерода ниже 2,5% в структуре чугуна по вл етс структурно-свободный цементит ледебурита с высокой твердостью, не допускающийс в доводочном инструменте, так как он наносит повреждени на поверхность доводимой детали. При этом твердость отливок резко возрастает (состав 1, табл.2), ухудшаетс обрабатываемость, падает в зкость, а при отливке заготовок дл изготовлени доводочного инструмента в цельнометаллические формы дл повьшени плотности чугуна поверхность отливок имеет значительный отбел. При содержаний углерода вьш1е 3,5% в структуре чугуна по вл ютс - крупные графитные включени , механические свойства чугуна, в том числе и ударг на в зкость, а также шаржируемость снижаютс , ухудшаютс литейные свойства . Кремний вл етс интенсивным графитообразователем и способствует эвтектоидному распаду аустенита. Дл получени преимущественно перлитной структуры, наиболее благопри тной в доводочных чугунах дл сочетани высокой износостойкости и шаржируемьсти абразивом, в данном чугуне величина эвтектичности по граничным пределам содержани Сии Si находитс в пределах Оj66-0,74. При содержании кремни ниже 1,7% в структуре чугуна по вл етс цементит ледебурита, снижающий доводочные свойства и нанос щий повреждени на поверхность доводимых деталей, резко возрастает твердость отливок. При содержании кремни выше 2,6% значительно укрупн ютс графитные включени , снижаетс ударна в зкость , возрастает износ чугуна. Марганец при оптимальных содержани х способствует образованию в чугуне карбидов типа (Fe, Мп)4С,вход ш;их состав перлита, уменьшает размер графитных включений, способствует ерлитизации матрицы и повышает дисерсность перлита. Больша часть марганца в чугуне св зьгааетс с серой с образованием структуре сульфидов глобул рной ормы, равномерно распределенных в еталлической основе. При содержании марганца менее 0,64% снижаютс количество сульфидных включений, шаржируемость абрази вом, повьшаетс износ чугуна и ухуд шаютс его литейные свойства. При содержании марганца выше 1,8% получаетс его избыток по срав нению с необходимым дл образовани сульфидных включений, что обуславли вает повьшение твердости чугуна,его износа, снижает шаржируемость и ударную в зкость. Чугун с серой обладает р дом уни кальных свойств, обусловленных присутствием большого числа мелких сульфидных включений типа (Мп, Fe) имеющих глобул рную форму и равномерно распределенных в металлической основе. Такие чугуны обладают хорошей обрабатываемостью, высокими антифрикционными свойствами и износостойкость о . Првьшенное .содержание серы снижает в зкость жидкогр чугу на и повьш1ает его жидкотекучесть, следовательно, улучшает литейные свойства и снижает глубину залегани литейных дефектов. При уменьшении содержани серы до 0,20% и ниже резко уменьшаетс количество сульфидных включений и н рушаетс оптимальное соотношение содержани марганца и серы, что повьш1ает твердость отливок и износ чугуна, снижает литейные свойства и количество сульфидов. В сульфидные включени интенсивно внедр етс (шаржируетс ) абразив. Наличие достаточного количества сульфидных включений значительно повьш1ает изно состойкость доводочного инструмент и позвол ет длительное врем сохран ть полученный профиль доводника, что важно дл получени высокоточно геометрии деталей. При содержании серы вьш1е 0,50% также нарушаетс оптимальное отношение марганца к сере и резко повышаетс твердость отливок, снижаетс ударна в зкость, растет средний размер графитных включений и износ чугуна, ухудшаютс литейные свойств снижаетс шаржируемость. Фосфор, не растворенный в металлической основе чугуна, образует сложную тройную эвтектику - стедит, располагающуюс в виде тонкой сетки Стедит имеет высокую твердость и улучшает адсорбцию пленки .смазки. что значительно повышает износостой-, кость чугуна, особенно в услови х абразивного износа, в которых работает доводочный инструмент. Фосфор также повьш1ает жидкотекучесть чугуна и, следовательно, улучшает его литейные свойства. При содержании фосфора ниже 0,40% он практически весь находитс в твердом растворе и количество фосфидной звтектики минимально, следова ,тельно, и вли ни фосфора на изно- состойкость и литейные свойства практически не про вл етс . При содержании фосфора более 1,0% резко возрастает количество стёдита в структуре чугуна, который выдел етс грубыми включени ми по границам зерен, что снижает скачкообразно шаржируемость, ударную в зкость и ухудшает чистоту обработки деталей за счет повреждений доводимых поверхностей твердыми и грубыми участками фосфидной звтектики (НВ 440). сурьма при введении в чугун в оптимальных количествах измен ет форму графитных включений, приближа ее к розеточной, и значительно уменьшает размер графитных включений, что приводит к повьш1ению ударной в зкости чугуна. При введении сурьмы в количестве менее 0,01% (состав 1, табл.2) ее вли ние практически не про вл етс . Вс введенна сурьма в этом случае св зываетс в интерметаллидные соединени типа FeSb и сульфиды сурьмы. В интервале оптимальных концентраций сурьмы 0,01-0,05% линейно повышаетс твердость отливок, на относительно высоком уровне поддерживаетс ударна в зкость за счет уменьшени размера графитных включений. При введении сурьмы в количестве более 0,08% практически отсутствует пЬвьш1ение твердости, увеличиваетс износ чугуна, падает ударна в зкость, т.е. свойства доводочного чугуна снижаютс . Введение в состав чугуна марганца серы в указанных количествах при и отношении содержани этих компонентов в пределах.2,9-3,6 обеспечивает образование в структуре большого количества сульфидов марганца глобул рной формы, равномерно распределенных в металлической основе, играющих роль твердой смазки в процессе высокоточной доводки и предотвращающих схватывание доводимых деталей с доводочным чугхром, при котором повреждаютс доводимые поверхности. В сульфидные включени интенсивно внедр ютс зерна абразива (идет шаржирование ) и прочно там удерживаютс Наличие сульфидных включений в структуре чугуна значительно снижает износ доводочного инструмента и позвол ет дпительное врем сохран ть профиль доводника, что важно дл получени высокоточной геометрии доводимых деталей. Снижение отношени марганца к сере до величины 2,8 и ниже нарушает оптимальное отношение, что соответствует увеличению содержани серы или уменьшению содержани марганца, а это в свою очередь вызывает повьппение износа, снижение шаржируемое ти и ударной в зкости. Увеличение отношени марганца к сере до величины 3,7 и более равноценно повьш1ению содержани марганца и снижению содержани серы, что приводит к по влению в структуре цементина ледебурита, повьш1ает твердость, износ, размер графитных включений, снижает шаржируемость и ударную в зкость чугуна. Чугун дл изготовлени литых заго товок шарикодоводочных дисков диамет ром 420 мм и массой 110 кг выплавл етс в индукционных высокочастотных печах. Шихта состоит из литейног чугуна марок Л1-Л5, стального лома и легирующих добавок дл получени заданного химического состава (ферро силици , ферромарганца, сернистого железа, чушковой металлической сурьмь и металлического олова) . Ферросилиций и ферромарганец подаютс по расчету шихты в завалку, феррофосфор и сернистое железо ввод тс в жидкий чугун за 10-15 мин до выпуска из печи, металлические сурьма и олово - за .2-4 мин до .вьтуска при температуре металла 13701390°С . Чугун разливаетс при 13401370°С в цельнометаллические разъемные формы. Технологи выплавки и разливки предложенного чугуна не мен етс fio сравнению с примен емой дл известного чугуна. Проведено исследование и испытание составов чугуна, каждый из которых содержит, мас.%: углерод 2,5-3,5; кремний 1,70-2,60; фосфор 0,40-1,00, и отличаетс друг от друга содержанием марганца, серы (и их отношением ), олова и сурьмы (табл.1), содержание железа составл ет дополнительную до 100% часть в каждом составе . Составы известного и предложенного чугуна указаны в табл.1. В табл.2 приведены результаты сравнительных испытаний чугунов. . Как следует из табл.2, чугун предложенного состава обладает лучшими доводочными свойствами, ударной в зкостью и износостойкостью по сравнению с известным, Экономический зффект от внедрени зобретени составит 196 тыс.руб. Таблица 1 The invention relates to metallurgy, in particular to the development of cast iron for the manufacture of finishing tools. Known is cast iron f1 3, containing by weight %: Carbon 2.5-3.8 Silicon 1.5-2.5 Manganese 0.5-2.5 Sulfur 0.23-0.9 Phosphorus 0.23-1.0 Tin 0.22-0.5 Iron Rest. The said cast iron has insufficient impact toughness, low wear resistance, and unsatisfactory finishing properties. The closest to the proposed one in technical essence and achievable effect is cast iron 2j, of the following composition, by weight %: 3.2-3.5 Carbon 1.8-2.4 Silicon 0.8-1.10 Manganese. Up to 0.10 0.15-0.30 Phosphorus 0.08-0.11 Antimony The rest Iron The known cast iron has insufficient finishing properties, impact toughness and wear resistance. The aim of the invention is to improve the finishing properties, impact toughness and wear resistance. The said aim is achieved in that the cast iron containing carbon, silicon, manganese, sulfur, phosphorus, antimony and iron contains the components in the following ratio, wt.%: Carbon 2.5-3.5 Silicon 1.7-2.6 Manganese 0.64-1.80 Sulfur 0.22-0.50 Phosphorus . 0.40-1.0 Antimony 0.01-0.08 Iron The rest In this case, the ratio of manganese to sulfur is 2.9-.6. The choice of boundary components in the composition of the proposed cast iron is determined as follows. Carbon is one of the basic elements that determine the complex of properties of cast iron for various purposes, including high-precision finishing. With a carbon content of 2.5-3.5%, the most favorable conditions are created for the formation of a pearlitic structure of cast iron, which is most favorable for ensuring high finishing properties of cast iron. With a carbon content below 2.5%, structurally free ledeburite cementite with high hardness appears in the cast iron structure, which is not allowed in a finishing tool, since it causes damage to the surface of the finished part. In this case, the hardness of the castings increases sharply (composition 1, table 2), machinability worsens, viscosity falls, and when casting blanks for the manufacture of finishing tools in solid metal molds to increase the density of cast iron, the surface of the castings has significant chill. With carbon content above 3.5%, large graphite inclusions appear in the cast iron structure, the mechanical properties of cast iron, including impact viscosity, as well as chargeability decrease, and casting properties deteriorate. Silicon is an intensive graphite former and promotes eutectoid decomposition of austenite. In order to obtain a predominantly pearlitic structure, which is most favorable in finishing cast irons for combining high wear resistance and abrasive chargeability, the eutectic value for the boundary limits of the Cu and Si content in this cast iron is within the range of 0.66-0.74. With a silicon content below 1.7%, ledeburite cementite appears in the cast iron structure, reducing the finishing properties and causing damage to the surface of the finished parts, and the hardness of the castings increases sharply. With a silicon content above 2.6%, graphite inclusions become significantly larger, impact toughness decreases, and cast iron wear increases. Manganese at optimal contents promotes the formation of carbides of the (Fe, Mn)4C type in cast iron, which contribute to the composition of pearlite, reduces the size of graphite inclusions, promotes matrix hardening and increases the dispersity of pearlite. Most of the manganese in cast iron combines with sulfur to form a structure of globular sulfides uniformly distributed in the metallic base. When the manganese content is less than 0.64%, the amount of sulfide inclusions and abrasive chargeability decrease, the wear of the cast iron increases, and its casting properties deteriorate. When the manganese content is higher than 1.8%, there is an excess of it compared to that required to form sulfide inclusions, which causes an increase in the hardness of the cast iron, its wear, and reduces chargeability and impact toughness. Cast iron with sulfur has a number of unique properties due to the presence of a large number of small sulfide inclusions such as (Mn, Fe) having a globular shape and uniformly distributed in the metallic base. Such cast irons have good machinability, high antifriction properties, and wear resistance. The increased sulfur content reduces the viscosity of cast iron and increases its fluidity, therefore, improves the casting properties and reduces the depth of occurrence of casting defects. When the sulfur content decreases to 0.20% and below, the amount of sulfide inclusions sharply decreases and the optimal ratio of the manganese and sulfur content is violated, which increases the hardness of castings and wear of cast iron, reduces the casting properties and the amount of sulfides. Abrasive is intensively introduced (charged) into sulfide inclusions. The presence of a sufficient number of sulfide inclusions significantly increases the wear resistance of the finishing tool and allows for a long time to preserve the obtained profile of the finishing tool, which is important for obtaining high-precision geometry of parts. At sulfur content above 0.50%, the optimal ratio of manganese to sulfur is also violated and the hardness of castings increases sharply, impact toughness decreases, the average size of graphite inclusions and wear of cast iron increases, casting properties deteriorate, and chargeability decreases. Phosphorus, not dissolved in the metallic base of cast iron, forms a complex ternary eutectic - steadite, located in the form of a thin mesh. Steadite has high hardness and improves the adsorption of the lubricant film, which significantly increases the wear resistance of cast iron, especially under conditions of abrasive wear, in which the finishing tool operates. Phosphorus also increases the fluidity of cast iron and, consequently, improves its casting properties. When the phosphorus content is below 0.40%, it is practically all in solid solution and the amount of phosphide extectic is minimal, therefore, the effect of phosphorus on wear resistance and casting properties is practically not manifested. When the phosphorus content is more than 1.0%, the amount of stedite in the cast iron structure increases sharply, which is released as coarse inclusions along the grain boundaries, which reduces the jump-like chargeability, impact toughness and worsens the cleanliness of the parts due to damage to the surfaces being finished by hard and coarse areas of the phosphide extectic (HB 440). Antimony, when introduced into cast iron in optimal quantities, changes the shape of graphite inclusions, bringing it closer to a rosette shape, and significantly reduces the size of graphite inclusions, which leads to an increase in the impact toughness of the cast iron. When antimony is introduced in an amount of less than 0.01% (composition 1, Table 2), its effect is practically insignificant. In this case, all the antimony introduced is bound into intermetallic compounds of the FeSb type and antimony sulfides. In the range of optimal antimony concentrations of 0.01-0.05%, the hardness of castings increases linearly, and impact toughness is maintained at a relatively high level due to a decrease in the size of graphite inclusions. When antimony is introduced in an amount of more than 0.08%, there is practically no increase in hardness, cast iron wear increases, impact toughness drops, i.e. the properties of finishing cast iron are reduced. The introduction of manganese and sulfur into the cast iron in the specified quantities at and the ratio of the contents of these components within 2.9-3.6 ensures the formation in the structure of a large number of manganese sulfides of globular form, uniformly distributed in the metal base, playing the role of a solid lubricant in the process of high-precision finishing and preventing the seizure of the finished parts with the finishing cast iron, which damages the surfaces being finished. Abrasive grains are intensively introduced into the sulfide inclusions (charging occurs) and are firmly retained there. The presence of sulfide inclusions in the cast iron structure significantly reduces the wear of the finishing tool and allows for a long time to maintain the profile of the finishing tool, which is important for obtaining high-precision geometry of the finished parts. Reducing the manganese to sulfur ratio to 2.8 or lower disrupts the optimum ratio, which corresponds to an increase in the sulfur content or a decrease in the manganese content, which in turn causes an increase in wear, a decrease in the chargeability and impact toughness. Increasing the manganese to sulfur ratio to 3.7 or higher is equivalent to increasing the manganese content and decreasing the sulfur content, which leads to the appearance of ledeburite in the cementine structure, increases hardness, wear, the size of graphite inclusions, and reduces the chargeability and impact toughness of cast iron. Cast iron for the manufacture of cast blanks of ball-guiding discs with a diameter of 420 mm and a mass of 110 kg is smelted in high-frequency induction furnaces. The charge consists of cast iron grades L1-L5, steel scrap and alloying additives to obtain a given chemical composition (ferrosilicon, ferromanganese, iron sulfide, pig metallic antimony and metallic tin). Ferrosilicon and ferromanganese are fed according to the charge calculation into the charging, ferrophosphorus and iron sulfide are introduced into the liquid iron 10-15 minutes before tapping from the furnace, metallic antimony and tin - 2-4 minutes before casting at a metal temperature of 1370-1390 °C. The iron is poured at 1340-1370 °C into all-metal split molds. The technology of smelting and pouring of the proposed iron does not change in comparison with that used for the known iron. The study and testing of cast iron compositions was carried out, each of which contains, by weight %: carbon 2.5-3.5; silicon 1.70-2.60; phosphorus 0.40-1.00, and differs from each other in the content of manganese, sulfur (and their ratio), tin and antimony (Table 1), the iron content is an additional up to 100% part in each composition. The compositions of the known and proposed cast iron are indicated in Table 1. Table 2 shows the results of comparative tests of cast irons. As follows from Table 2, the cast iron of the proposed composition has better finishing properties, impact toughness and wear resistance compared to the known one. The economic effect from the introduction of the invention will be 196 thousand rubles. Table 1
Таблица 2Table 2