Чугун

 

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий , медь, титаИ барий и железо, о т л и ч а к Щ и и с я тем, что, с целью износостойкости в интервале температур 200-700-С, он содержит компоиеиГы при следующем соотновюнии, мас.%: Углерод2,9-3,5 Кремний1,8-2,6 Марганец0,6-1/0 ХромО,5-1,2 Йикель0,1-0,4 Ванадий.0,07-0,3 МедьОД-0,45 Титан.0,03-0,08 Барий . р;005-0;02 ЖелезоОстальное

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ.

РЕСПИЬЛИН

3(50 С 22

ЪС .:< ВИЛЯ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

И

° Ф

МЮ

М ОсудАРст енн и нОмитеТ ссср

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3520026/22-02 (22) 20.12.82 (46) 07.04.84. Бюл.9 13 (72) Е.И.Шитов, A.Ã.Ñëóöêèé, Ж.E.Êîøòàåâ, A.Ï.Ìîéñåeèêî, В.A.Ðèôфель;. B.A.Cåðèêîâ, Е.М.Ройфберг, Ю.П.Белий, О.N.Êîâàëåâ, л.ll.Cÿèñëåíîê и С.Н,Леках (71) Белорусский ордена Трудового . Красного Знамени Политехнический ииститут (53.)- 669.12-018. 2(088. 8) (56):1.Авторское " свидетельство сссР

9 836187, кл, С 22 С 37/10, 1979."

2, авторское свидетельство СССР

tt 867942,. кл. C 22 С 37/10, 1980.

3. авторское свидетельство СССР: по заявке В 3416366/22-02, кл,. С 22 С 37/10, 06.04.82. (54) (57)ЧУГУН> содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ва- . надий, медь, титан, барий и железо, о т л. и ч а ю шийся тем,. что, с целью повышения износастой ости в интервале температур 200-700 С, он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.Ъ

Углерод 2.,9-3,5

Кремний 1,8-2,6

Марганец 0,6-1,0

Хром 0,5-1,2

Никель 0,1-0,4

Ванадий . 0,07-0,3

Медь 0 1-0,45

Титан .0,03-0, 08

Барий . 0;,005-0,02 ®

Железо Остальное

1084331

2,9-3,5

1 8-2,6

0,6-1,0

0,5-1,2

0,1-0,4

0,07-0,3

0,1-0,45

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может быть использовано для изготовления гильз цилиндров дизельных двигателей, работающих в условиях интенсивного износа при5 повышенных температурах (200-700 С).

Анализ режима работы гильз форсированных дизельных двигателей типа ЯМЗ-256 показывает, что при эксплуатации в зоне контакта трущихся пар возникают 10 укаэанные выше температуры.

Известны в литейном производстве высокоуглеродистые сплавы железа, содержащие кремний, марганец, хром, ванадий, титан. Указанные сплавы за счет комплексного легирования металлической основы имеют высокие механические свойства $1l Г2).

Однако они не обеспечивают высокую износостойкость пары трения в условиях повышенных температур эксплуатации ввиду разупрочнения поверхности материала при нагреве.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является чугун (3 j следующего химического состава, вес.Ъ|

Углерод 2,9-3,5

Кремний 1,8-2,6

Марганец 0,6-1,0

Хром 0 15-0 45 30

Никель . О, 1-0,4

Алюминий 0,005-0,02

Ванадий 0,07-0,3

Медь 0,1-0,45

Титан 0,03-0,08 35

Барий 0,005-0,02

Железо Остальное

Известный чугун имеет в своем составе комплекс элементов (марганец, хром, никель, титан, ванадий, медь), 40 стабилизирующих и легирующих карбидную фазу сплава, что обеспечивает высокйе механические свойства материала. Присутствие бария в данном сплаве необходимо для получения требуемой литой структуры без структурносвободного цементита. Однако известный чугун, работая в условиях трения в интервале температур 200-700 С, обладает низкой износостойкостью.

Цель изобретения — повышение износостойкости в интервале температур 200-700 С.

Для достижения указанной цели в чугуне, содержащем углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, 55 медь, титан, барий и железо, ингредиенты взяты в следующем соотношении вес.Ъ:

Углерод

Кремний 60

Марганец

Хром

Никель

Ванадий

Медь 65

Титан 0,03-0,08

Барий 0,005-0,02

° Железо Остальное

Наличие в составе чугуна хрома в указанных пределах (0,5-1,2%) способствует повышению твердости и температурной стабильности эвтектоида эа сче: дополнительного легирования структурных составляющих, что значительно повышает износостойкость деталей, работающих при повышенных температурах. Структура чугуна состоит иэ перлита высокой дисперсности с включениями графита длиной 60-120 мк, равномерно расположенными в матрице.

Увеличение концентрации хрома приводит к повышению критической температуры начала резкого падения твердости на 30-50О С. Это, в первую очередь, связано с упрочнением металлической основь1 мелкодисперсными включениями сложных карбидов хрома, марганца и ванадия.

Структурные изменения чугуна и качественное повышение свойств .структурных составляющих (высоколегированный эвтектоид) вызывает повышение твердости материала в температурном интервале 200-700 С и его износостойкости.

Для изучения свойств чугуна по изобретению выплавляют три сплава, содержащих ингредиенты на нижнем среднем и верхнем уровнях. Содержа I ние железа при этом составляет дополнительно до 100% в каждом сплаве.Для сравнительных испытаний используют известный чугун со средним содержанием легирующих элементов. Химические составы чугунов представлены в табл.1. Сплавы плавят в тигельной индукционной печи емкостью 40 кг с кислой футеровкой. В качестве шихты используют литейный чугун марки ЛКЗ, стальной лом, ферросплавы кремния и бария (758 кремния и 10% бария), марганца (75% марганца), ванадия (45% ванадия), титано-медистый (1% титана, 3о меди) и хромо-никелевый (2% хрома, 0,8% никеля) чугуны.

Величины добавок рассчитывают исходя из среднего усвоения кремния, никеля, ванадия,. меди, марганца и хрома на уровне 85-95% титана и бария — 70-80%.

Г

Образцы заливают в сухую форму.

Измеряют твердость материала при различных температурах. Испытания на износ проводят в режиме сухого трения скольжения в паре с улучшенной сталью 45 твердостью 48 HRC при нагрузке 2,0 кгс/см, скоростью сколь2 жения 2,0 м/с. В процессе трения образец разогревают до 700 С микропечью сопротивления. Температуру об-. разцов измеряют хромель-алюмелевой термопарой на расстоянии 2 мм от по1084331

Таблица 1

Сплав Пределы содер- жания основных элементов

Содержание компонентов, вес.Ъ

1 I 1 2 I 1 1 1

Известный

3,1 2,1 0,8 0,3 0,25 0,18 0,8 0,05 0,01

Средний

Предлагаемый

2,9 1,8 0,6 0,5 0,1 0,07 0,2 0,03 0,005

3,15 2,2 0,8 0,8 0,25 0,3 0,33 0,05 0,01

Нижния

Средний

Верхний

3,5 2,6 1,0 1,2 0,4 0,3 0,45 0,08 0,02 верхности трения. Результаты испытаний представлены в табл.2.

Как видно из табл.2, повышениЕ концентрапии хрома существенно повышает твердость и износостойкость чугуна в температурном интервале 200700 С. При этом материал обладает удоо влетворительной твердостью при комнатной температуре, что позволяет проводить механическую обработку, не меняя технологического процесса.lIpe- 10 делы содержания компонентов установлены исходя из получения наиболее благоприятного сочетания механических свойств и износостойкости чугуна, Нижний предел по содержанию кремния (1,8%) и углерода (2,9Ъ) вызван необходимостью получения металлической матрицы без метастабильной фазы, верхний (2,6% и 3,5В соответственно) ограничен получением перлитной основы с количеством феррита не более 3%.

Минимальное содержание хрома (0,5Ъ) способствует повышению температурной стабильности эвтектоида и,как следствие, его, износостойкости,. Увеличение концентрации хрома свыше 1,2% значительно снижает прочность чугуна эа счет образования эвтектических карбидов типа по границам перлитных зерен. Минимальное количество меди (0,2%) повышает стабильность технологического процесса, уменьшает растворимость карбидообразующих элементов в твердом растворе, способствует образованию сложных карбидов железа.

Увеличение содержания меди свыше

0,45% вызывает интенсивную графитацию чугуна, ослабляя стойкость карбидов железа в структуре чугуна.Содержание никеля (0,1-0,4%) марганца (0,6-1,0Ъ) ванадия (0,07-0,3Ъ) титана (0,03-0,08Ъ) выбирается из. условия максимального комплексного упрочнения металлической основы чугуна (нижний предел). Увеличение их концентрации выше выбранных пределов резко повышает склонность чугуна к отбелу. Ввод в чугун бария (0,005-0,02%) обеспечивает получение отливок без отбела при высокой степени легирования чугуна хромом, титаном, ванадием и марганцем. Оптимальный состав сплава содержит, 4 : углерод 3,15, кремний

2,2, марганец 0,8, никель 0,25, ванадий 0,2, медь 0,3, титан 0,05, барий 0,01.

Технология получения чугуна по изобретению заключается в расплавлении компонентов, включающих литейный чугун, стальной лом, ферросплавы, и обработке жидкого металла перед заливкой барийсодержащей добавкой.

Чугун по изобретению целесообразно использовать для изготовления отливок гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания дизельного типа.

Экономическая эффективность от применения данного чугуна составляет ,.114 тыс.руб. в год. В целом по отрасли более 0,5 млн.руб ° в год.

Cr Ni Ч Cu Ti Ba

1084 ЗЗ1

Таблица 2, Механические, свойства

Сплав

Относительный износ при температуре, ОС кгс/мм НВ

1 1

200 4 50 700

200 450 700

Известный

Средний

210 110 73 . 1

36

229

247 191 101 . 0,7

253 201 117 0,4

60. 253

64 . 263

62 271

263 213 108 0,41 5,6 16

Составитель Г.Дуди к

Редактор А.Долинич ТехредИ.Надь Корректор И. Муск а

Заказ 1930/21 Тираж 603 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета CCCi по делам изобретений и открытий

113035, Москва, X-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП "Патент, r.ужгород, ул.Проектная,4

Предлагаемый

Пределы содержания основных элементов

Нижний

Средний

Верхний

ТвердоСть НВ при температуре испитаний, С

6 18

4,9 15