Чугун
ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, серу, сурьму хром, молибден, бор и железо, отличающийся тем, что, с целью выравнивания твердости и структуры по сечению отливки после термической обработки, он дополнительно содержит медь и церий при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Углерод3,0-3,4 Кремний1,6-2,5 Марганец0,005-0,04 Сера0,08-0,12 Сурьма0,15-0,25 ХромО,5-1„4 Молибден0,4-1,2 БорО,2-е,35 Медь0,1-0,3 Церий0,005-0,, 02 ЖелезоОстальное
А (19) (l l) 4(gl) С 22 С 37/06
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ф
Ф
СОЮЗ СОЕ)ЕТСНИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ / РЕСПУБЛИН
ГОСУДАРСТВЕННЬ)Й КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ)ТИЙ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3702519/22-02 (22) 20 ° 02.84 (46) 07.05.85, Бюл. I - 17 (72) E.H. Шитов, В.И. Лосев, А.Г. Слуцкий и В.Л. Трибушевский (71) Белорусский ордена Трудового
Красного Знамени политехнический институт (53) 669.13- 018.2(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
В 931784, кл. С 22 С 37/10, 1981, 2. Авторское свипетельство СССР по заявке )) - 3598552/22-02, кл. С 22 С 37/06, 1983. (54)(57) ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, серу, сурьму хром, молибден, бор и железо, о тл н ч а ю шийся тем, что, с целью выравнивания твердости и структуры по сечению отливки после термической обработки, он дополнительно содержит медь и церий при следующем соотношении ингредиентов, мас.Ж:
Углерод 3,0-3,4
Кремний 1,6-2,5
Марганец 0,005-0,04
Сера 0,08-0, 12
Сурьма 0,15-0,25
Хром 0 5-1,,4
Молибден 0,4-.1,2
Бор . 0,2-С,35
Медь 0,1-0,3 3
Церий 0,005-0.,02
Железо Остальное! 154358
Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может быть использовано для изготовления деталей, работающих в условиях трения скольжения, например гильзы цилиндра двигателя внутреннего сгорания.
Известен чугун Я следующего химического состава, мас.У:
Углерод 2,9-3 5
Кремний 1,7-2,5
Марганец 0,3-0,8
Хром 0 05-0,3
Никель 0,05-0,3
Ванадий 0,03-0,3
Азот 0,005-0,02
Церий 0 005-0,03
Титан 0,02-0,15
Кальций 0,001-0,02
Железо Остальноp.
Однако известный чугун обладает равномерностью твердости в отливках сечением 5,.- 40 мм.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является чугун следующего химического состава, мас.X:
Углерод 3,0-3,4
Кремний 1,6-2,5
Г1арганец 0,005-0,04
Сера О, 1-0,2
Сурьма О, 15-0 25
Хром 0,5-1,4
Молибден О, 1-0, 4
Бор 0,2-0,35
Железо 0cтальное
Известный чугун имеет в своем, составе комплекс элементов, легирующих и стабилизирующих металлическую основу материала (2) .
Однако использование данного сплава для изготовления деталей, работающих в условиях износа с термически обработанными поверхностями, нецелесообразно ввиду неравномерной твердости поверхности и связанного с этим явлением схватывания и задира.
Цель изобретения — выравнивание твердости структуры по сечению отливки после термической обработки.
Указанная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, серу, сурьму, хром, молибден, бор и железо, дополнительно содержит медь и церий при следующем соотношении ингредиентов, мас, :
Углерод 3,0-3,4
Кремний 1,6-2,5
Марганец 0,005-0,04
Сера 0,08-0,12
Сурьма 0,15-0,25
Хром 0 5-1,4
Молибден О, 4-1,2
Бор
Медь 0,1-0,3
Церий 0,005-0,02
Железо Остальное
Добавка меди дополнительно леги.— рует металлическую основу чугуна и существенно влияет на выравнивание структуры и свойств материала в различных сечениях отливки, в первую очередь, путем уменьшения степени дендритной ликвации кремния. Г1одифи25 цирование расплава перед заливкой церием измельчает первичную структуру чугуна. Структурные изменения сплава в литом состоянии, вызванные добавками меди и церия, положительно сказываются на получении равномерной твердости поверхности изделия после термической обработки.!
Результаты исследований и химичес5О кие составы чугунов представлены в таблице.
Пример. Для изучения структу35 ры и свойств предлагаемого материала выплавляют чугуны, содержащие компоненты на различных уровнях, а-также для сравнительных испытаний — изве: стный сплав с содержанием компонен40 тов на среднем уровне.
Термическая обработка чугуна включает следующие операции: закалка при 850-880 С и отпуск при 230-260 С в течение 1,5 ч. Твердость замеряют
45 после термической обработки. Расстояние между участками замера твердости находится в пределах 5-6 мм.
g м х !
0 о
f» о
<0 а
GO л л т м л
--) Щ л
С1 м м1 л л
Щ л
-1 м)
-1 л л
»
1 л
Щ
У л
» О
СО
1
1
1
Ю м л
-- ) GO л
Ф
Щ л .Ф
1
t.
1
f
Ф о
Щ л л
Щ к
1
1
Щ о о л
Ю о о (4 о л о
Щ м л
Ю л
С 4 о л
СЧ л о и
cd
c» I л о
1
1 !
I
I
I
С0
С0
1»
v о
О 1
С 4 л
СЧ л
0О л
-» л о
Ф о
Щ л
Ю м л о
Ю л
I .с>
1 сЛ
Ю
С4 л о
Щ л
Ю с4 л о
I
I
1
I
Щ л о
Ю л
Ю о
1
I
I P
Щ
Ю о л о
-Ф о л о
Щ
Ю о
4 о
С 4
Ю л о
Щ л
С4 с»4
С4
Ю л м т л м
СЧ м о м
С 4 л
С 1
1
I
l
t0 1 о
1» !
I
I 44
I Ж
I Ф х
Ф а
Ю х
0)
Ф
СЭ
Ф О
Ц 4
Б Ф
С0 X
f
Ф
Р3 Ф
С0 д м й
I Я
Б г X
ctJ Ф а Ф
С»
1 1
1 I
1
1 л
1 1
1 о
1 I
I I
I I
I I
Ф 1 и
-- — — 1
1 !
I
I- I
I С0
1
1 !
1
1 . 4
Vl (— —
1 Ю 1
I I
I I
cd 4
Id e аr.e
>i5 4gSg м
СЧ Ю о о л л
o o
СО м Ю л
o o
Щ 00 м » л л
o o
Щ С 4
С 4 л л
o o
00 сч о л
o o
1 х э о
Д ) 4
-. 1
1
1 со
»1
1
I
Ch )
-б
l
1
I
1
1 о о м 1 л о
С4 л
1 О 1! л 1 сч 1 л
Ю 1
С4 !
С 4 1 л о
Щ о л о
1 ъО
С 4
1 л м !
I I х
Р3
1154358
Составитель А. Османцев
Редактор Н.Гунько Техред Т.Иаточка Корректор О. Тигор
Заказ 2638/26 Тираж 583 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППН "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
Как видно из таблицы, донолнительное легирование медью и модифицирование церием существенно уменьшает разницу по твердости различных участков отливки, что свидетельствует о выравнивании структуры чугуна.
Пределы содержания компонентов устанавливают исходя из благоприятного сочетания структуры и свойств сплава. Нижний предел по содержанию, %: углерод 3,0; кремний 3,4 н верхний по содержанию, %: сера О, 12; сурьма 0,25; хром 1,3; молибден 1,2; бор 0,35 вызван необходимостью-получения структуры без карбицных включений. Нижний предел по содержанию, %: марганец 0 005; сурьма 0,15; хром
0,5; молибден 0,4; бор 0,2; медь 0,1 выбирают экспериментально, исходя из условия минимальной степени легирования металлической основы и максимального упрочнения материала. Повышение углерода свыше 3,4%, кремния
2,5%, марганца 0,04% приводит к образованию феррита по границам графитных включений и увеличивает различие в твердости различных участков после термической обработки чугуна. Увеличение меди свыше 0,3% не дает существенного повышения положительного
I эффекта легирования, Содержание церия 0,005-0,02% выбирают экспериментально, s первую очередь с учетом обрабатываемости литой заготовки.
Оптимальный состав сплава содержит, %: углерод 3,2; кремний 2,0; марганец 0,02; сера 0,1; сурьма 0,2; хром 0,8; молибден 0,8; бор 0,28; медь 0,2; церий 0,01.
Технология получения чугуна за. ключается в расплавлении высокоуглеродистых металлизованных окатышей, в процессах науглероживания и вводе в расплав ферросплавов кремния (Si 75%),хрома (Cr 45%), молибдена (Ho 60%), бора (В 15%) металлической сурьмы (БЬ 98%), электролитической меди (Co 99%) и перед заливкой в модицировании ферроцерием в разливочном ковше.
Величину добавок рассчитывают из условия усвоения кремния, меди, сурьмы, церия на уровне 85-95%, хрома, молибдена и бора на уровне 80-90%.
Чугун предлагаемого состава можно использовать для изготовления гильз цилиндров дизельных двигателей. Экономическая эффективность от применения данного материала составляет
41 тыс. руб.
