Чугун

 

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, фосфор и железо, отличающийс я тем, что, с целью повышения износостойкости , кольцевой упругости и теплостойкости, он дополнительно содержит церий при следующем соотношении компонентов, мае.%: Углерод3,20-3,40 Кремний1,50-1,70 Марганец0,80-1,25 Никель0,35-0,45 Хром0,15-0,30 Фосфор0,50-0,60 Церий 0,05-0,07 ЖелезоОстальное

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(st) С 22 С 37/06

ОПИСАНИЕ .ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ т а, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3577696/22-02 (22) 11.04.83 (46) 23.05.85. Бюл. У 19 (72) М.М.Фетисова, Г.Д.Погребняк, М.Г.Кузина и В.В.Шиховцев (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола и Бориславский экспериментальный литейно-механический завод (53) 669.15-196(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 578360, кл. С 22 С 37/00, 1977.

2. Патент США 9 2455183,. кл. С 22 С 37/06, опублик. 1948.

„„SU„„115? 112 (54)(57) ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, фосфор и железо, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью повышения износостойкости, кольцевой упругости и теплостойкости, он дополнительно содержит церий при следующем соотношении компонентов, мас.Х:

Углерод 3,20-3,40

Кремний 1,50-1, 70

Марганец 0,80-1,25

Никель 0,35-0,45

Хром 0 15-0,30

Фосфор 0,50-0,60 церий 0,05-0,07

Железо Остальное! 157112

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке состава чугуна для поршневых колец компрессоров.

Известен чугун с высокой износо- 5 стойкостью t1j, который содержит ингредиенты в следующих количествах, мас.%:

Углерод 3,6-3,8

Кремний 2,00-2,25

Марганец 0,7-0,8

Церий 0,4-0,5

Никель 0,15-0,29

Фосфор 0,04-0,05

Сера 0,006-0,007

Железо Остальное

Однако укаэанный чугун не обеспечивает одновременное получение высоких износостойкости, кольцевой упругости и теплостойкости. 20

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является чугун (2), содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Углерод 3,00-3,25

Кремний 2,00-2,25

Марганец 0,70-1,00

Никель 0,20-0,30

Хром 0,40-0,50 З0

Фосфор Не более

0,25

Сера Не более

0,08

Железо Остальное

Однако известный чугун не может обеспечить оптимальное структурное состояние для одновременного повышения таких важнейших эксплуатационных характеристик поршневого кольца, как износостойкость, кольцевая упругость и теплостойкость.

Целью изобретения является повышение износостойкости, кольцевой упругости и теплостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, фосфор и железо, дополнительно содер-50 жит церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод

Кремний

Марганец

Никель

Хром

Фосфор

Церий 0,05-0,07

Железо Остальное

Введение церия оказывает комплексное влияние на структуру чугуна.

Церий.стабилизирует перлит, способствует распределению фосфидной эвтектики в виде правильной разорванной сетки, положительно влияет на форму графитных включений — скругляет острые концы графитных пластин, переводя пластинчатый графит в вермикулярный.

При введении церия в количестве до 0,05 мас.% графит кристаллизуется в виде пластинок, что не обеспечивает нужного уровня износостойкости, а тем более упругости.

При 0,05 мас.% (нижний предел) церия в структуре чугуна присутствует вермикулярный графит, что сразу сказывается на свойствах: кольцевая упругость увеличивается (в 1,2 раза), а износ уменьшается (в 5 раз), особенно при выдержанном количестве фосфора, При содержании церия больше

0,07 мас.% структура графита мало меняется, но в металлической матрице присутствует структурно свободный цементит. Это отрицательно сказывается как на механических свойствах чугуна, так и на износостойкости пары трения: поршневое кольцо — гильза цилиндра (усиленно изнашивается и кольцо и контртело).

Повьппенное содержание углерода в предложенном чугуне по сравнению с известным позволяет получить повышенный углеродный потенциал и более высокую степень эвтектичности, что обеспечивает улучшение условий кристаллизации отливок с толстыми стенками.

Количественное сочетание углерода и кремния в чугуне не может обеспечить чисто перлитную структуру металлической основы при отливке маслот, толщина стенок которых составляет 70 мм.

Имеется опасность появления структурно свободного феррита, что недопустимо при обеспечении всего комплекса свойств поршневого кольца: высокой износостойкости, упругости и теплостойкости.

В предлагаемом чугуне указанное количество кремния гарайтирует перлитную структуру матрицы. Уменьшение

1157 й(1,5Х приводит к частичному отбелу, что недопустимо при изготовлении поршневых колец, превышение Si.>1,7Х вызывает образование феррита.

Марганец и хром вводят для стаби-.. S лизации перлитной матрицы. Повышенное содержание марганца в предложенном чугуне, по сравнению с известным, обеспечивает более дисперсную перлитную структуру, которая отличается повышенной стабильностью при нагревах до 300-400 С, т.е. повышенной теплоустойчивостью.

При содержании марганца меньше

0,8Х, устойчивость цементита перлита понижается при 300 С, особенно при длительных выдержках (условия эксплуатации поршневого кольца). Превышение 1,25Х марганца может вызвать отбел. 20

Хром является более сильным карбидообразующим элементом, чем марганец, что способствует нежелательному отбелу. Кроме того, введение хрома удорожает чугун. Поэтому хром в пред- 2S ложенном чугуне вводится в небольшом количестве для повышения прочности и теппостойкости. Увеличение количества хрома свьппе О,ЗХ вызывает отбел чугуна состава, что проявляется 30 в кристаллизации фосфидной эвтектики с крупными пластинами .цементита. Это нежелательно при трении скольжения, с граничной смазкой, так как отрицательно сказывается на износостой"

S кости.

Никель измельчает структуру, увеличивает прочность и в комплексе с другими элементами уменьшает износ

Особенно заметно положительное влия-,щ ние никеля на уровень механических свойств при повышенных температурах. Однако введение никеля более . ,0,45Х нецелесообразно из-за его (графжизирукицего действия и высокой стоимости.

Фосфор до 0,25Х повышает прочность и пластичность, что нежелательно для обеспечения высокой износо- 50 стойкости, а главное кольцевой упругости. Повышенное содержание фосфора

112 4 в предложенном чугуне несколько сни- жает прочность, но при этом значительно повышает износостойкость и упругость.

Введение фосфора в количествах меньших 0,5Х при указанном количестве церия,может привести к отбелу чугуна.

Превышение 0,6X P приводит к зна,чительному снижению прочности, что вызывает поломку поршневого кольца при установке его на поршень.

Чугуны указанных составов выплавлены в индукционной печи типа емкостью 2,5 т. Шихта состоит из литейного чугуна ЛК-4, передельного М2, стального и машинного лома (СЧ18-36) с добавлением ферромарганца, феррокремния, феррохрома и гранулированного никеля.

Феррофосфор вводят в печь, а церий вводят сендвич-методом в ковш с применением фракционной разливки. В печи жидкий чугун выдерживают при

1520 С, разливка проводится при о

1450 С. Отливки для образцов получают в земляных формах, а поршневые кольца — из маслот, отлитых центробежным способом.

Испытания проводились по стандартным методикам: на изгиб образцовГОСТ 2055-81; на изгиб, теплостойкость и кольцевую упругость поршневых колец - ГОСТ 7295"81; на твердость—

ГОСТ 7295-8 l

Испытания на износ проводились на модернизированной установке ИИ-1М трением скольжения при граничной смазке (удельное давление 50 кгс/см, скорость скольжения 0,8 м/с, граничная смазка обеспечивалась подачей:

7 капель масла в минуту).

Химические составы известного и предложенного чугуна и их свойства представлены в таблице.

Как следует из таблицы, чугун предложенного состава одновременно обладает высокими износостойкостью, кольцевой упругостью и теплостой;костью

Годовой экономический эффект от внедрения предложенного изобретения составит 37,0 тыс. руб.

1157112 еский состав, мас,X

Чугун

Cr Ni

Ge

1,69 0,90 0,52

0,30 0,45 0,020

1,25 0,60 О, 15 0,35 0,050

I 50

0,80 0,50 0,22 0,39 0,070

1,55

3,40

0,54 0,25 0,45 0,065

1,70 0,90

3,20

1,23 0,28 0,22 0,38 0,065

1,58

3,36

1,00 0,53 0,25 0,38 0,12

1,58

3 38

1,84 0,71 0,38 0,23 0,52—

2,18 0,76 0,20 0,44 0,20 3,05

Известный 3,05

Продолжение таблицы

Свойства чугуна

13950 6,8 10,2

0,47

0,33

6,1

16620 3, 8

102

0,32

5,8

1 6.9 1 0 3, 5

100

0,32

5,9

101

1,24

8,1

9.9

15960

112

95 12130 8, 1 11, 4

98 12096 . 8,5 12,0

1,83

32

Из в е с тный 32

4,5

BHHKIH Заказ 3288/26 Тираж 583 Подписное

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

Предложен- 3,20 ный

3,3& Ма э кгс/мм

Предложен- 42 ный

50

HRB Е, Щ кгс/мм 10 н

17120 4,2

15980 6, 3

ФА

10" .

Износ

4 ° 10 г/м

Износ., гильзы