Чугун

 

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, алюминий, ванадий, медь, титан и железо , отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости чугуна и выравнивания его струк-. туры и твердости по сечению в тонкостенных отливках, он дополнительно содержит барий при следующем соотношении компонейтов,#мас.%: 2,9-3,5 Углерод 1,8-2,6 Кремний 0,6-1,0 Марганец 0,15-0,45 Хром 0,1-0,4 Никель 0,005-0,020 Алюминий 0,07-0,30 Ванадий 0,5-1,2 Медь . 0,03-0,08 Титан 0,005-0,020 Барий Остальное Железо

agl (И) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3 С 22 С 37 10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР.

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

К АВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (21) 3416366/22-02 (22) 06.04.82 (46) 15 ° 08.83. Бюл. 9 30 (72) В.A.Чепыжов, С.Н.Лехах, В.М.Королев, В.И.Пензя, A.Ê.Мухлаев, Ю.И.Котельников и IO.П.Белый (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (53) 669.15-196(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 523956, кл. С 22 С 37/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 867942, кл. С 22 С 37/10, 1981. (54)(57) ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, алюминий, ванадий, медь, титан и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения иэносостойкости чугуна и выравнивания его струк; туры и твердости по сечению в тонкостенных отливках, он дополнительно содержит барий при следукщем соотноюении компонентов, мас.Вз

Углерод 2,9-3,5

Кремний 1,8-2,6

Марганец 0,6-1,0

Хром 0,15-0,45

Никель 0 1-0 4

Алюминий 0,005-0,020

Ванадий, 0,07-0,30

Медь . 0,5-1,2

Титан 0,03-0,08

Барий О,ОО5-0,020

Железо Остальное

1035085

Изобретение относится к металлургии, в,частности к изысканию составов чугунов для получения отливок, работающих в условиях трения.

Известен чугун (1 J, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.В:

Углерод 2.8-3,3

Кремний 0,5-1,2

Марганец 0,5-0,8

Церий 0,04-0,08

Иттрий 0102-Ою07

Железо Остальное

В литом состоянии известный чугун имеет предел прочности при изгибе

48»55 кгс/мм 15

Недостатками этого чугуна являются низкие жидкотекучесть, износостойкость, термостойкость и высокая склонность к отбелу.

Наиболее близким к Изобретению 7О по технической сущности и достигаемому результату. является чугун $2 ), содержащий, мас.,В:

Углерод 2,9-3,5

Кремний 1,8-2,6

Марганец 0,4-0,8

Хром 0,15-0,40

Никель 0,1-0,4

Алюминий 0,005-0,020

Ванадий 0,1-0,3

Церий 0,005-0,020

Медь 0,02-0,30

Титан 0,03-0,10

Железо Остальное

Известный чугун обладает достаточно высокой прочностью при растяжении 35 до 28 кгс/мм и не склонен к образованию отбела в тонких сечениях отливок, получаемых в песчаные формы.

Однако известный чугун не обеспечивает требуемую структуру по се- 4р чению тонкостенных кокильных отливок. В наружных, быстроохлаждаемых поверхностях отливок, прилегающих к кокилю, в структуре чугуна наблюдаются междендритный графит и пер- 45 вичный цементит, что затрудняет обрабатываемость отливок. На внутренней поверхности отливки, выполняемой стержнем, в структуре чугуна имеется около 20% феррита, что не допускается для ответственных деталей, в частности гильз двигателей внутреннего сгорания.

Цель изобретения — повышение износостойкости чугуна и выравнивание 55 его структуры и твердости по сечению в тонкостенных отливках. . Укаэанная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, крем- 6р ний, марганец, хром, никель, алюми.ний, ванадий, медь, титан и железо, дополнительно содержит барий при следующием соотношении компонентов, мас.Ъ| 65

Углерод 2 9-3,5

Кремний 1,8-2,6

Марганец 0,6-1,0

Хром. 0,15-0,45

Никель 0,1-0,4

АЛюминий 0,005-0,020

Ванадий, 0,07-0,30

Медь 0 5-1,2

Титан 0,03-0,08

Барий 0,005-0,020

Железо Остальное

Содержайие углерода (2,9%) и кремний (1,6%)установлено исходя из того, чтобы в структуре чугуна не было эвтектического цементита и сплав имел хорошую жидкотекучесть.

Верхние пРеделы по углероду (3,5%) и кремнию (2,6Ъ) установлены, исходя из того, чтобы чугун кристаллизовался без выделения феррита в процессе охлаждения отливки. Нижний предел содержания хрома 0,15%, никеля 0,1Ъ, титана 0,033, ванадия 0,07% установлен, исходя из того, чтобы чугун имел требуемую прочность и износостойкость, а верхний предел соответственно — 0,45%, 0,4%, 0,08%, О,ЗЪ с целью получения литой структуры без образования первичных карбидов указанных элементов. Содержание 0,0050,02% алюминия и бария обусловлено тем, что названные элементы производят модифицирующее действие, уменьшая переохлаждение при кристаллизации и тем самым, изменяя графит и улучшая его Форму. Известно, что повышенное количество меди приводит к увеличению склонности чугуна к нерлитообраэованию. Перлитиэация металлической основы вызывает повышение износостойкости, выравнивание твердости и структуры разностенных отливок °

Нижний предел содержания меди (0,5Ъ) установлен из необходимости получения требуемой иэносостойкости и выравнивания структуры и твердос- ти по сечению отливок. Повышение концентрации меди свыше 1,2% не приводит к дальнейшему повышению укаэанных свойств.

Дополнительный ввод бария 0,0050,02% усиливает модифицирующий эффект алюминия и сохраняет его на более длительное время °

Ввиду больших скоростей охлаждения в известном сплаве в различных зонах отливки образуются цементит, а также феррит. Причиной образования

Феррита является междендритный графит переохлаждения. Добавки бария в сплав при предлагаемом соотношении ингредиентов обеспечивают за счет эффективного графитизирующего эффекта, во-первых, устранения первичного цементита, во-вторйх, за счет улучшения формы графита (ликвидаций его междендритной формы — hep-

1035085 литиэации металлической матрицы) .

Эффект графитизации изучался с помощью метода термического анализа.

Барий в пределах 0,005-0,02% снижает величину переохлаждения при эвтек» тической кристаллизации с 7 до 2-3 С.

Это объясняется образованием большо-. го числа сложных оксисульфидов бария, служащих дополнительными центрами кристаллизации стабильной эвтектики. Барий не только ликвидирует отбел, но и улучшает форму графита.

Данное действие бария способствует выравниванию структуры по сечению тонкостенных кокильных отливок, и следовательно, свойств материала, В часности, ликвидация феррита в результате ввода бария и увеличенной концентрации меди приводит к повышению износостойкости чугуна более, чем в 1 5 раза.

В табл. 1 приведен химический . состав чугуна, Для получения исследуемых сплавов выплавляют три состава предлагаемого чугуна при нижнем, среднем и верхнем уровне содержания компо. нентов (табл. 1). Плавки проводят в индукционной печи с кислой футеровкой ° В качестве шихтовых материалов применяют литейный чугун ЛК2, ЛКЗ, стальной лом, ванадиевый чугу, ферросплавы. марганца, кремния, никеля, хрома. Шихтовые материалы загружаются в печь, расплав перегревают до"1450 С. Алюминий и барий, в виде силикобария, Ъ: Si 60, Ва 30, Fe остальное и сплава, Ъ:Si 70;

Al- 10; Ге остальное присаживают в расплав чугуна при 13б0-1400 С. Для обеспечения равномерного раство. рения лигатур и распределения легирующих элементов в расплаве его перед выпуском выдерживают 10 мин.

Расход лигатур для получения граничных пределов концентраций алюминия и бария в чугуне 0,07-0,28% от массы металла. Жидкий металл заливается в кокиль для получения отливок гильз двигателя СМД-60.Механическую обработку отливок производят в общем потоке. Образцы для: анализа твердости и структуры чугуна вырезаются непосредственно иэ от ливок. Предел прочности при растяжении на образца с. выреза ли" вок 30-32 кгс7мм . Твердость -.НВ ределяется на:прессе- "Нринель" п и нагрузке 750 йг на мариа:диаметр

5 мм. Иикроструктура оцениваем@ при визуальном йабпюденни с- йомснфю микроскопа МНЬ(7.. Иэносоотойкость о определяется нЪ машине rpeiis y., ус-. ловиях сухого. трбнйя скольжения при удельной нагрузке 12 кгс/см и скорости скольжения 1,2 м/с. Износостойкость оценивается весовым методом

15 в граммах, отнесенных.к 1000 м пробега.

В табл. 2 приведены свойства исследуемых составов чугунов.

2О Как видно из табл. 2, в известном сплаве твердость в отливках изменяется от стенки .кокиля к внутренней поверхности, получаемой при контакте со стержнем, с 251 до 187 НВ. Увез5 личение концентрации меди приводит к уменьшению количества феррита на внутренней поверхности отливки, полученной от стержня и выравниванию твердости. На наружной поверхности, нолучениой от кокиля, в известном сплаве имеется около 5Ъ цементита,. а s предлагаемом составе сплава с увеличением концентрации меди цементит отсутствует. Сердцевина тонкостенной кокильной отливки имеет одинаковую твердость и структуру.

Выравнивание структуры и твердости о сечению тонкостенной кокильной отливки приводит к увеличению износостойкости. Кроме того, увели49 чеиие концентрации меди и дополнительный ввод бария приводит к вырав-. ниванию структуры и твердости по сечению тонкостенной кокильной отливки, что вызывает увеличение

45 иэносостойкости сплава.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемого изобретения в народном хозяйстве составляет 500 тыс. руб.

I

g I

I 1

1

1

I!

«-4

C) с о

LA

C)

C) с о

«.! о с о

« « с

0Ъ

CQ с о

Ю с

C) Ф Ъ ь с о

1 с о с о (Л о с о м 1

o !

1 о с

СЧ с о

СЧ с ь

МЪ ь

C) с о

% !

О с о

h4 с

<«Ъ с о

«-« с о

«Ф с о Л н с о

<Ч а о

РЪ с о О с о

1О с о

С

I

I

I о !

ОО с

« «! 1 с

<Ч

РЪ с

Г 1 х

2 Ф

Ц Ж а и

1 о

1 щ1

I I

1

1

1 I

1 I

1 1

) I

I I

1 Ю I

I О

Щ

I

I 1

1 л I о

Г I

1» I

Ф I 1

Ю

1 1 с

III I 1

О 1

I I

Ж I

Ф Г 11

Ж I 1

О 1

I I

О!

Х

Ф I

Ж I — 1 ж ж

Ф I 1

Ж I I а 1--4

Ф !

Ц l I

О!

u ! I

I 1 — Л

1035085 (Ч о с о («! с

«4

О с о

С Ъ с о

СМ

C) с о "Ъ с

C) о

«-4

Ю с (Ч

lA 4Ъ

Х

C х а

1035085

Таблица 2

Чугун

Пределы

Струкрура, мм от поверхности отливки получаемой в кокиле, В

1 5

Известный Средний 5 Ц

20 Ф

Нижний

2 Ц

5 Ф

10 Ф

5 Ф

Предлагаемый Средний Цементит отсутствует

Верхний То же

5 Ф 5 Ф

Продолжение табл. 2

Твердость 88, мм от поверхности Износостойкость, отливки получаемой в кокиле г/1000 м

Чугун

1 5 10

1В7

229

0,04

251

Известный.

0,035

229

241

229

0,020

217

229

Предлг гаемый .

2 2.9.

211

0,025

229

Составитель Н.Хосторной

ТехредМ.Гергель Корректор Ю.Иакаренко

Редактор Т.Парфенова

Заказ 5763/24 Тираж 627 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий, 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4