Износостойкий чугун

 

ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, никель, кальций, алюминий и железо, отличающийс я тем, что, с целью повьшения износостойкости, задироустойчивости и уменьшения склонности к отбеливанию , он дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов , мас.%: Углерод 2,6-2,9 3,2-3,9 Кремний Марганец 0,3-0,8 Хром 1,5-2,2 0,5-1,5 . Медь 0,01-0,6 Никель 0,01-0,08 Кальций сл 0,04-0,2 Алюминий Ванадий 0,04-0,4 Железо Остальное

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУЬЛИК..SUÄÄ 1138427 A

4(51) С 22 С

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ASTGPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ с я тем, что, с целью повьппения износостойкости, задироустойчивости и уменьшения склонности к отбеливанию, он дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Остальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изОБРетений и откРытий (21) 3533595/22-02 (22) 04.01.83 (46) 07.05.85. Бюл. N - 5, (72) Ю.Н. Таран, Ю.B. Краснов, В.M. Снаговский, В.Ф. Карпенко, А.С. Тамарков, Б.М. Асташкевич, В.M. Супоницкий и А.В. Мерсон (71) Днепропетровский ордена Труцового Красного Знамени металлургический институт и Днепропетровский тепловозоремонтный завод (53) 669.15-196(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 631554, кл. С 22 С 37/10, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 926057, кл. С 22 С 37/10, 1982. (54)(57) ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, никель, кальций, алюминий и железо, о т л и ч а ю щ и й—

Углерод

Кремний

Марганец

Хром .Медь

Никель

Кальций

-Алюминий

Ванадий

Железо

2,6-2,9

3,2-3 9

0,3-0,8

1,5-2,2

0,5-1, 5

0,01-0,6

0,01-0,08

0,04-0,2

0,04-0,4

1138427

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для отливок, работающих в условиях трения.

Известен чугун (1), содержащий,. мас.Х:

Углерод 3,2-3,6

1 8-2,8

0,4-1,0

О, 1-1,0

Кремний

Марганец

Медь

Сурьма

Хром

Алюминий

Кальций

Железо

0,05-0, 15

0,15-0,5

0 05-0,15

0,05-0, 1

Остальное

Однако чугун имеет низкую износостойкость и неудовлетворительную задироустойчивость.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является чугун (23, содержащий, мас.X:

2,7-3,2

1,2-2,0

0,7-1,0

0,2-0 5

0,6-1,2

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Никель

35

0,3-0,6

Молибден

0,3-1,2

Медь

Алюминий 0,05-0,4

0,02-0, 15 40

0,02-0, 10

0,01-0,08

Фосфор

Олово

Кальций

Остальное

Железо

Однако известный чугун имеет высокую склонность к отбеливанию и неудовлетворительные износостойкость и задироустойчивость.

Целью изобретения является повышение износостойкости, задироустойчивости и уменьшение склонности к отбеливанию.

Указанная цель достигается тем, что износостойкий чугун. Содержащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, никель, кальций, алюминий и железо, дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас. :

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Медь

Никель

Кальций

2,6-2,9

3,2-3,9

0,3-0,8

1,5-2,2

0,5-1,5

0,01-0,6

0 01-0,08

Алюминий 0,04-0,2

0,04-0,4

Остальное

Ванадий

Железо уменьшения его общего количества, а также повышения склонности чугуна к отбелу. При содержании углерода >2,9Х происходит укрупнение графитовых включений и уменьшается дисперс-. ность перлита, что ведет к снижению механических свойств.

Нижний предел содержания марганца (О,ЗХ) соответствует его минимальному содержанию, нейтралиэующему вредное влияние серы путем связывания ее в сульфиды марганца. При содержании марганца > 0,8Х увеличивается склонность чугуна к отбеливанию и ухудшается обрабатываемость.

Увеличение содержания хрома обеспечивает резкое повышение износостойкости и сопротивляемости образованию эадиров чугуна, работающего в парах трения. За счет образования в структуре предлагаемого чугуна, наряду с графитом, эвтектических специальных карбидов, имеющих благоприятную морфологию, обуславливаются высокие износостойкость и антифрикционные свойства без снижения прочностных и пластических характеристик чугуна.

В качестве примеси чугун может содержать до 0,08 серы и до 0 15Х фосфора.

Выбор граничных пределов компонентов обуславливается следующими соображениями.

Углерод в сильной степени влияет на форму и количество графита, а также на структуру металлической матрицы. При содержании его с 2,6Х снижаются механические и антифрикционные свойства чугуна вследствие образования междендритного графита и

1138427

Специальный хромистый карбид образуется в предлагаемом чугуне, начиная с содержания хрома 1,5Х. При этом износостойкость и сопротивление задиру резко возрастает. При увеличении содержания хрома до 2,27 положительный эффект возрастает, а при содержании хрома > 2,27 износостой- кость и особенно сопротивление задиру падают вследствие черезмерного 10 уменьшения количества свободного графита. Кроме того, при содержании хрома > 2,2% снижается ценность предлагаемого чугуна как конструкциснного материала в связи с ухудшением 15 обрабатываемости режущим инструментом, а также удорожанием чугуна. Таким образом, оптимальное содержание хрома.в предлагаемом чугуне составля ет 1,5-2,27. 20

Увеличение содержания кремния является необходимым условием указанного влияния повышенного содержания хрома. При содержании кремния (3,27. в чугуне образуется цементит (а не 25 специальный карбид хрома), резко охрупчивающий чугун, легко выкрашивающийся и работающий как абразив при работе пары трения. При этом изноЪ состойкость и сопротивление задиру чугуна очень низкие, а склонность к отбеливанию повышенная. Высокий уровень износостойких и антифрикционных характеристик чугуна сохраняется до содержания кремния 3,97, а свыше этого содержания падает вследствие укрупнения графита и связанного с этим разрыхления матрицы, а также вследствие охрупчивания ферритной фазы перлита. Таким образом, рацио- 40 нальные пределы содержания кремния в предлагаемом чугуне — 3,2-3,9Х.

Существенное повьппение содержания кремния — основной фактор уменьшения склонности к отбеливанию чугуна, при-45 чем графитизирующий эффект от увеличения содержания кремния в предлагаемом чугуне значительно. перекрывает обратный эффект от увеличения содержания хрома и введения ванадия.

Введение в чугун ванадия обеспечивает дальнейшее повышение износостойкости и антифрикционности чугуна, причем одновременно уменьшается минимальное содеРжание хрома, при котором начинается образование вместо цементита хромистого карбида (" критическое" содержание хрома).

Указаннь|Ъ эффект проявляется, начиная с содержания ванадия 0,047. и повьппается до его содержания, равного 0,47. При содержании ванадия

>0,4Х наблюдается тот же отрицательный эффект, что и при содержании хрома, превышающем 2,27..

Введение ванадия не повышает склонности чугуна к отбеливанию, поскольку позволяет одновременно иметь в чугуне более низкое содержание хрома. Отбеливающее же действие хрома с избытком компенсируется (как указано BblllIB) влиянием повышенного содержания кремния.

Существенное повышение содержания в предлагаемом чугуне кремния— и хрома и дополнительное легирование ванадием позволяют достичь положительного эффекта без легирования молибденом и оловом, применяемом в известном чугуне. В рассматриваемой композиции элементов предлагаемого чугуна молибден и олово не оказывают положительного влияния на износостойкость, антифрикционность и отбеливание чугуна. В то же время, вывод из состава этих остродефицитных и дорогостоящих элементов обеспечивает значительное повышение экономичности чугуна.

Медь оказывает графитизирующее влияние на чугун, способствует измельчению структуры и уменьшению его хрупкости. Содержание меди в указанном интервале благоприятствует образованию перлита, приводит к выравниванию структуры и механических свойств по всему сечению отливки.

При содержании меди < 0,5Х не обеспечивается необходимого повышения механических свойств. С повышением содержания меди > 1,57 ухудшаются литейные свойства чугуна.

Никель, как и медь, оказывает графитизирующее действие ° В указанных интервалах способствует образованию перлита, что повышает механические свойства чугуна. Графитизирующее действие никеля начинает проявляться при его содержании, равном 0,01Х. При содержании никеля

>0,6Х снижаются антифрикционные свойства чугуна.

Алюминий и кальций оказывают рафинирующее, модифицирующее и графитизирующее цействия, обеспечивая комплексное повышение физико-меха1138427 иических свойств чугуна. Положительное влияние алюминия и кальция проявляется прн минимальном содержании каждого 0,04 и 0,01Х соответственно. При повышении содержания алюмийия > 0 20Х ухудшаются литейные свойства чугуна, а также появляется структурно-свободный феррит, ухудшающий антифрикционные свойства.

При содержании кальция )0,08Х эффективность его положительного влияния на физико-механические свойства чугуна резко снижается, усложняется технология его ввода в чугун, Чугун выплавляют по известной технологии в индукционной печи

ИЧТ 2,5 М1. В качестве шихтовых материалов используют передельный чугун, стальной лом и ферросплавы.

Чугун выпускают из печи при 14201440 С. Заливку осуществляют при

1350-1370 С.

5 Химический состав известного и предлагаемого чугуна и их свойства представлены в табл. 1 и 2.

Сравнительный анализ полученных данных свидетельствует о том, что дополнительный ввод ванадия в состав чугуна и изменение в нем соотношения хрома, кремния и меди обеспечивает улучшение износостойкости, повышение эадироустойчивости и снижение склонности к отбелу. Улучше. ние свойств чугуна предлагаемого состава обеспечит повышение эксплуатационной стойкости поршневых колец.

1138427

1

I !

I

0(1 х

1 х

Э о х

1С(Ц

Щ (° и о

I Ф

I о

1 х

1 (Ф» 1 0(I I

I l

1

1 Е» и о

СО л л

Ц

lO I

0(I

СЧ

СЧ л (Ю 3 о л л о о о

1 ю и .о л л о о

CO CO о о л о о

00 о о л о о

СЧ о л о о

СЧ ь

СЧ

Ф ь

СЧ о л о о л

Ю л ь о

1 1

1 I

I.

I

I С) о

1 о

1 1

1» и

cd и л

cd х Ъ

41 Ъ о

Ф и о

СЧ л

Р

cd

Е» о и

>g ж

СФ1 л

1О л о

I 1

1 I о о л Ф

o o ь. СЧ л л

СЧ

I cn йГ л

Ю л ь

1 — »

I л

1 о и

00 а л ° о о

1С

О л ь Г

СЧ СС л л

С ) С»Ъ

О1 СЧ

СФ) С Ъ

Ю с»с и

Ch л л л

CV СЧ

1О О л л

C»(СЧ

СЧ л

M л л

СЧ

Ф х (ф cd

cd Р

Ц cd й(03 о. о

И 4 х

Q

1 Ф

I c0

1 Cd

1 cd I.и

И

1

l о

1

1 ! 1

1 1

1 1 — — — 1

1 1

1 1

I 1

I ° (1 ГЛ I 1

v о

О СЧ л ° \ о о а а л.о

СФ1 00 л о о

СС

CO

o o л л с о

1О С"1 л л о о о и

СЧ 00 л л

C»(Ю л

СФ1 л

Ю (Г

00 л л л л

Ю а о л ° \

СФЪ С Ъ а а л л л

CV CV

1138427

l0 Таблица 2

Свойства чугуна

Чугун

Глубина отбела, мм

СопротивлеИзнос, мг/100 ч ние задиру

P МПа

Известный

2180 10,0

53,7

2040

9,0

58,2

1,0

2,5

4,0

4,0

0 5

5,0

2540

Составитель Н Косторной

Редактор Н. Егорова Техред О.Неце Корректор Г. Решетник

Заказ 10637/19 Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Предлагаемый по варианту

19,4 2530

28,7 2350

23,0 2530

22,8 2530

33 5 2290