Чугун

 

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель. ванадий, азот, церий, алюминий и железо, отлцчающийс я тем, что, с целью повышения износостойкости и коррозионной стойкости, он дополнительно содержит ФоЬфор и титан при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод3,0-3,6 Кремний1,7-2,7 Марганец0,3-0,8 Хром0,1-0,5 Никель0,05-0,5 Ванадий0,15-0,5 Азот0,005-0,02 Церий0,005-0,02 Алюминий0,001-0,1 Фосфор,0,16-0,5 Титан 0,05-0,15 Железо . Остальное

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК

3(51) С 22 С 37 10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ и

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3497603/22-02 (22.) 18.10.82 (46) 07.01.84. Бюл. Р 1 (72) С.Н.Леках, Е.И.Шитов, A. Г.Слуцкий, IO.П.Белый,В.A.Мальев, В.П.Василенко, В.А.Родионов, В.П.Дворянчиков, И.В.Стороженко, В.Г.Рабеко, В.Б.Пичугин, A.È.ÔàëMòíoâ и A.Ê.Êèñëÿêîâ (71) Белорусский ордена Трудового

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

Р 309972, кл. С 22 С 37/00, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР

Р 836137, кл. С 22 С 37/10, 1981. (54)(57) ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, „„SU„„06 493 А ванадий, азот, церий, алюминий и железо, о т л к ч а .ю шийся тем, что, с целью повышения износостоЙкости и корроэионной стойкости, оН дополнительно содержит Фосфор и титан при следующем соотношении компонентов, мас.Ъ:

Углерод 3, 0-3, 6

Кремний 1,7-2,7

Марганец. 0,3-0,8

Хром 0,1-0,5

Никель 0;05-0,5

Ванадий 0 15-0,5

Азот 0,005-0,02

Церий 0,005-0,02

Алюминий 0,001-0,1

Фосфор 0,16-0,5

Титан 0,03-0,15

Железо Остальное

1Ое5493

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для отливок, работающих в условиях трения скольжения и аг-. ресивных средах.

Известен чугун, содержащий, мас.%: Углерод 3,0-3,3; Кремний

0,8-1,2; Марганец 0,4-0,8; Никель

0,05-0,15; Титан 0,05-0,15р Ванадий 0,1-0,25; Железо — остальное 1 .

Недостатками чугуна этого состава являются низкая износостойкость и коррозионная стойкость.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является чугун, содержащий компоненты при следующем ,.соотношении, мас.%: Углерод 2,93,5; Кремний 1,7-2,7; Марганец 0,30,8, Хром 0,1-0,5 Никель 0,05-0,8;

Ванадий 0,15-0,5, Азот 0,005-0,02, Церий 0,005-0,02, Алюминий 0,0010,1 Железо - остальное. В качестве примеси могут быть сера до 0,08% и Фосфор до 0,15% (2».

Однако недостаточно высокие стойкость в агрессивных средах и износостойкость не возволяют рекомендовать применение известного чугуна для изготовления гильз цилиндров внутреннего сгорания.

Цель изобретения - повьааение износостойкости и корроэионной стойкости чугуна.

Указанная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, азот, церий, алюминий и железо, дополнительно содержит

Фосфор и титан при следующемсоотношении компонентов, мас.%:

Углерод 3.0-3,6

Кремний 1,7-2,7

Марганец 0,3-0,8

Хром 0,1-0 5

Никель 0 05-0,5

Ванадий 0,15-0, 5, Азот 0,005-0,02

Церий 0,005-0,02

Алюминий 0,001-0,10 .осфор 0,16-0,5

Титан 0,03-0,15

Железо Остальное

Пределы содержания компонентов установлены исходя из получения наиболее благоприятного сочетания механических свойств износостойкости, корроэионной стойкости. Повыше-, ние концентрации фосфора выше 0,5%, приводит к снижению механических свойств чугуна. Нижний предел (0 16%) содержания фосфора связан с появлением Фосфидной эвтектики в структуре. Нижний предел по содержанию кремния и углерода вызван необходимостью получения металлической матрицы без метастабильной фазы, верхний - ограничен получением перлитовой основы с количеством

Феррита не более 5-8%, Содержание хрома (0,1-0,5%), никеля (0,05-0,5%) ванадия (0,15-0,5%), титана (0,030,154), азота(0,005-0,02В) выбирается из условия максимального упрочнения меТаллической основы; Увеличение концентрации перечисленных элементов выше выбранных пределов повышает склонность чугуна к отбелу.

10 Пределы содержания алюминия (0,0010,1%) и церия {0,005-0,0 2%) обеспечивают получение отливок без отбела.

Оптимальный состав сплава содержит, мас.Ъ: углерод 3,3 кремний 2,1; марганец 0,6, хром 0,3," никель 0,25; ванадий 0,3j азот 0,01; фосфор 0,35; титан 0,1; цернй 0,01 алюминий

0,005.

Наличие фосфора в составе чугуна приводит к образованию в структуре твердых включений фосфидной эвтектики, которая располагается преимущественно по границам эвтектнческих зерен. Структура чугуна состоит из 5 легированного перлита высокой н дисперсности мелких включений графита. Присутствие фосфора. измель-чает деидриты первичного аустенита и размер звтектического.зерна. Данные структурные изменения значитель.

ЗО но увеличивают твердость материала.

Совместное легироваиие сплава карбидообраэующими элементамид

{хромом, марганцем, ванадием) заметно повышает микротвердость Аосфид35 ной эвтектики. Наличие Фосфора и титана в сплаве способствует сохранению твердости материала после выдержки при повышенных температурах

В присутствии азота титан упрочняет

4Q,металлическую матрицу эа счет образования дисперсных карбонитридов титана ° увеличение износостойкости предлагаемого чугуна с повышенным содер45 жанием фосфора связано с наличием в структуре фосфидной звтектики, обладающей высоким сопротивлением к истиранию. Фосфидная эвтектнка играет роль основы, воспринимающей давление в паре трения, и способствует образованию "карманов", в которых задерживается смазка. Значительное измельчение эвтектических зерен в связи с добавкой фосфора и титана приводит к более равномерному распределению включений фосфидной эвтектики в структуре. Сплав практически не склонен к адгезионному взаимодействию.

Коррозионная стойкость сплава

60 повышается за счет увеличения дисперсности перлита, равномерного распределения графита, а также снижения электродного потенциала чугуна вслед ствие наличия в структуре карбонитри дов титана и фосфидной эвтектики, 1065493

Т а б л и ц а 1

Пределы содержания основных элементов

Содержание элементов, мас.В (Сплав

ЮФ

М P

Б1 Мр Cl mi Ч

3,2 2,0 0,6

Известный Средний

Предлагаеьий

3,0 1,7 0,3

Нижний

3,3, 2,2 0,5 0,3 0,25 0,3 0,01 0,35

Средний

3,6 2,7 0,8 0,5 0,5 0,5 0,02 . 0,5

Верхний повышающих количества катодной Фазы в структуре, и значительного легирования титаном феррита эвтектоида.

Большое влияние на повышение коррозионной .стойкости оказывают межзерновые прослойки по границам первичных и эвтектоидных зерен, образующиеся в период кристаллизации и охлаждения чугуна, содержащие зна-. чительное количество Фосфора, обладающие повышенной коррозионной стой костью и служащие "барьерами" на пути распространения коррозии.

Для получения чугуна выплавлены

"три состава сплавов, содержащих каждый ингредиенты на нижнем, среднем и верхнем уровнях. Содержание железа при этом составляло дополнительно до 100% в каждом сплаве.

Для сравнительных испытаний использован известный чугун со средниМ содержанием легирующих элементов .

Химические составы чугунов представлены в табл. 1.

Чугуны готовилисЬ в тигельной индукционной печи емкостью 40 кг с кислой футеровкой. В качестве шихты использовались литейный чугун марки ЛК-З, стальной лом, Ферросплавы кремния, никеля, ванадия, хрома, .церия, фосфора, титана, азотированный ферромарганец (5% азота) и алюминий. Ферроцерий-и алюми;ний вводились в ковш перед заливкой. .3

:На выплавленных образцах измерялась твердость при различных температурах. Испытания на износостойкость

: проводились в режиме сухого трения скольжения в паре с улучшенной сталью 45 твердостью 48HR при нагрузке 8 кг/см> н скорости скольжения 2, О м/с Износостойкость образцов оценивалась весовым методом.

Полученные результаты представлены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, изменение

10 концентрации фосфора и дополнительйый ввод титана существенно повышает твер. дость сплава при повышенных температурах, износостойкость и корроэионную стойкость материала.

15 Чугун предлагаемого состава обеспечивает повышение износостойкости и коррозионной стойкости сплава. При этом материал обладает оптимальной твердостью, позволяющей проводить О механическую обработку отливок, .не меняя технологического процесса.

Структура предлагаемого чугуна перлитная. Графит имеет мелкопластинчатую форму. Высокая дисперсность перлита, наличие включений Фосфидной эвтектики, отсутствие в структуре ледебурита, обеспечивают высокую эксплуатационную работу парл трения в условиях агрессивной среды.

Чугун предлагаемого состава

ЗО наиболее эффективно использовать для изготовления отливок гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Годовой экономический эффект от внедрения изобретения составит

35 960 тыс.руб.

0,3 0,15 0,36 0,015 0,12

0 1 0,05 0 15 0,005 0,1ф

1065493

Продолжение табл. 1.

Содержание элементов-, мас.%

Сплав

Ае

О, 01 0,05

Известный Средний

Предлагаемый

0,005 0,001 0,03

Нижний

Средний

0,01 0,005 0,09

0,02 0,1 0,15

Верхний

Таблица 2

Износ, г Корро-, зия, мг кг мм

Сплав

800

197.

0,34

229

Известный Средний

630

0,23

241

Предлагаемый Нижний

231

0,19

570

263

Средний

255

270

0,16

510

261

Верхний

Составитель H. Косторной

Ридактор О. Черничко Техред Т,Фанта Корректор A. Тяско Мираж,608

Заказ 11011/31

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Пределы содержа-, ния основных элементов

Пределы содержания основных элементов

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

НВ НВ после высокотемпературной выдержки