Чугун

 

ЧУГУН, содержащий углерод, . кремний,марганец,хром,медь, титан и железо, отличающийся тем. что, с целью повышения прочности при ударе и предела текучести, он допсшнительно содержит ниобий, стронций и барий при следующем соотношении компонентов, мае. %: 1,6-2,8 Углерод 0,2-1,4 Кремний 0,4-3,5 Марганец 3,5-8,5 Хром 0,5-2,5 Медь 0,05-0,65 Титан 0,1-3,5 Ниобий 0,01-0,04 Стронций Барий 0,02-0,05 Остальное Железо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19> (11) (58 4 С 22 С 37 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ что, с целью повышения прочности при ударе и предела текучести, он дополнительно содержит ниобий, стронций и барий при следующем соотношении компонентов, мас. Ж:

Железо

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЪСТВУ (2i) 3748881/22-02 (22) 05.06.84 (46) 23.12.85. Бюл. Р 47 (71) Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт технологии автомобильной промышленности (72) N.Ï. Шебатинов и П.П. Сбитнев (53) 669.15-196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

172498, кл. С 22 С 37/06, 1968.

Авторское свидетельство СССР

В 532654, кл. С 22 С 37/06, 1976. (54) (57) ЧУГУН, содержащий углерод кремний, марганец, хром, медь, титан и железо, отличающийся тем, Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Медь

Титан

Ниобий

Стронций

Барий

1,6-2,8

0,2-1,4

0,4-3,5

3,5-8,5

0,5-2,5

0,05-0,65

О, 1-3,5

0,01-0,04

0,02-0,05

Остальное

1 1

Изобретение относится к металлургии, а именно к изысканию составаизносостойкого легированного белого чугуна, предназначенного для работы в условиях ударно-абразивного износа в интервале температур 20-600 С.

Цель изобретения — повышение прочности при ударе и предела текучести.

Выплавку чугуна ведут в индукционной печи ИСТ 025 с нейтральной футеровкой. В расплав чугуна при

1380-1420 С вводят следующие легированные элементы: ферромарганец, медь, ниобий, феррохром и ферротитан.

Перед заливкой на дно ковша вводят барий и стронций.в виде лигатур.

Химический состав конкретных плавок предлагаемого и известного чугунов приведен в табл. 1.

На основании проведенных испытаний установлено, что содержание углерода и кремния больше верхнего предела приводит к снижению ударной прочности и предела текучести, а следовательно, к увеличению износа, благодаря образованию в структуре чугуна сложных карбидов типа цементита формулой (Fe, Cr)3 С.

Уменьшение количества этих элементов менее нижнего предела также ведет к снижению ударной прочности, уменьшению твердости, а это сказывается на износостойкости — ведет к ее снижению.

Марганец существенно влияет не только на структуру металлической основы, но и на строение эвтектик, увеличивая долю тройной эвтектики (А + Cr Ñ g + NeC). При условии сохранения постоянной структуры металлической основы с увеличением содержания углерода должна увеличиваться и концентрация марганца. Это объясняется тем, что марганец подавляет перлитное превращение, что повышает износостойкость. Содержание марганца менее его нижнего предела ведет к недостаточным закаливаемости (перлитная структура) и износостойкости. Введение его вьппе верхнего предела снижает температуру мартенситного превращения, повышает количество остаточного аустенита в структуре чугуна (после термообработки), снижает твердость и ухудшает износостойкость.

Для получения у чугуна высоких ударной прочности и абразивной стой199820

5

t5

50 кости его легируют хромом в пределах

3,5-8,5 мас. . Введение хрома менее 3,5 мас. ведет к образованию эвтекти еского цементита (Fe, Cr)3 С, что нежелательно, так как хрупкая эвтектика, содержащая цементит, располагается по границам эвтектических колоний и охрупчивает металлическую основу.

Присадка хрома выше верхнего предела приводит к образованию богатых хромом комплексов, увеличивающих неоднородность структуры. Как показали исследования, эти комплексы состоят из 70 мас. X хрома и

30 мас. ж е леeз а, что ведет к охрупчиванию, а в итоге к снижению ударно-абразивной стойкости отливок из предлагаемого чугуна.

Легирование чугуна медью в пределах 0 5 2 5 мас. % повышает термодинамическую активность углерода.

Использование при этом дополнительных карбидообразующих элементов (хром, ниобий) приводит к значительному повышению ударной прочности и предела текучести, что непосредственно связано с ростом износостойкости.

Содержание меди менее 0,5 мас. % малоэффективно, а выше верхнего предела (2,5 ) нецелесообразно из — за сильного влияния на стабилизацию аустенита. После термической обработки вьщеляется большое количество остаточного аустенита, отрицательно сказывающегося йа износостойкости.

Присадка титана раскисляет чугун, улучшает свойства расплава за счет удаления неметаллических включений в шлак. Одновременно в начальный период кристаллизации происходит образование мелкодисперсных нитридов и карбидов, служащих впоследствии центрами формирования мелкодисперсной металлической основы. В результате увеличиваются прочностные свойства чугуна и его износостойкость.

Содержание титана менее нижнего предела практически не оказывает влияние на свойства чугуна, а содержание его более верхнего предела создает технологические трудности при получении отливок.

Ниобий оказывает наиболее сильное легирующее воздействие на расплав чугуна. Его влияние в наибольшей

1199820

Таблица 1

Сплав

Содержание ингредиентов в сплаве, мас. Ж

С Б Хп Cr Cu Ti . Nb Sr Ba Fe

Известный 3,2 2,8 4,8 3,0 1 4

Остальное

0,3

Выходящий sa границы 1,6 0,2 0,5

3,7 0,5 0,07 0,05 0,005 0,01 То ae . степени сказывается на грочностных характеристиках. Образуя в расплаве мелкодисперсные карбиды и нитриды, он формирует однородную мелкодисперсную структуру, которая после указанной ниже термической обработки способствует высокой стойкости к воздействию температуры (до 600 С). Это можно объяснить блокировкой дислокаций и перемещениями границ зерен в процессе влияния высоких температур. Это, в свою очередь, обеспечивает повышенные ударную прочность и предел текучести в процессе работы деталей, полученных из предлагаемого сплава. С помощью электронного микроскопа выявляют новый тип сложных карбидов на основе ниобия, которые приводят к дисперсному твердению.

Содержание ниобня менее 0,1 мас.7 малоэффективно, а более 3,5 мас.X его вводить нецелесообразно, поскольку никакого влияния на дальнейший рост предела текучести и ударной прочности он не оказывает. Абразивная стойкость также соответствует пределу 3,5 мас. 7 ниобия;

С целью увеличения прочностных и пластических свойств за счет рафинирования расплава (связывание при месных элементов таких как сера, I фосфор, кислород в неметаллические соединения правильной округлой формы и удаление их в шлак) в состав белого чугуна вводят стронций и барий. В результате большого химического сродства -указанных элементов к примесным происходит достаточно полное удаление. последних из расплава, что при последующей кристаллизации обеспечивает образование мелкодисперсной структуры металлической основы. При этом границы зерен свободны от неметаллических включений неправильной фор" мы, например сульфидов марганца (MnS) и других подобных соединений.

Как показывают испытания, неметаллические включения бария и стронция правильной округлой формы распределены внутри зерен металлической основы. Такой характер их рас1О пределения дополнительно ведет к увеличению прочности и предела текучести.

Таким образом, присадка каждого иэ указанных элементов менее его нижнего предела малоэффективна, а более верхнего предела оказывает отрицательное влияние на формирова ние металлической основы, что приводит к снижению ударной прочности, предела текучести и износостойкости.

Физико-механические испытания образцов указанных плавок проведены по известным методикам и. представлены в табл. 2.

Заливку образцов производят в разовые земляные формы при 15301550 С.

Испытания проводят после термической обработки по следующему режи- му: нагрев до 930 С, выдержки 1,5 ч, закалка на воздухе, отпуск при 200 С в течение 4.ч.

Испытания на износ проводят на деталях-толкателях непосредственно в

35 производственных условиях на стендах для ускоренных испытаний.

Как видно из табл, 2, предлагаемый чугун позволяет более чем в

2 раза повысить эксплуатационную стойкость деталей двигателя внутреннего сгорания, т.е. увеличить срок его службы, что приводит к существенному сокращению расхода запасных частей.

1199820

ПРодолжение табл, 1

CIIslc в

С Si Mn Cr Cu Ti

Nb Sr Ba Fe

Предлагаемый

1,6 0,6 2,4

2,0 0,2 1,5 1 .

То же, 0,4

2,5 0,8

2,8 1,4 3,5

Выходящий за границы 2,8

1,53 3,4 8,5 2,7 0,65 4,0 0,06 0,07

Таблица 2

Сплав

Физико-механические характеристики

Предел текучести, 6 т, кгс/мм, о при, С

Твердость, HRC, при С

Износ, /м ° ч

600

600

20 600

36,3

56,0 39,0

41,3 30,0 27,9 20,1

Известный

Выходящий за границы

30,6 50 0 38,0

34,2

28,1 22,3

42,0

Предлагаемый

50,0

41,6 34,0

49,7 40,0

7,5 56,0 43,0

69,8

6,0 58,5

76,5

66,3

50,0

То же

82,3 71,6

80,0 69,5

4,0 60,0 56,0

5,3 60,0 55,0

52,4 45,2

46,6 38,8

Выходящий за границы 65,3

10,5 61,0

56,0

40,0 32,!

57,0

Составитель Н, Шепитько

Редактор Н. Гунько Техред Т.Дубинчак КоРРектоР О. Луговая

Заказ 783 1/31. Тираж 582 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Ударная прочность, кгс/мм2, при, С

35 12 005

75 05 01

8,5 2,5 0,25

6,5 1,5 0,65

09 1 Оу01 Оу03

0,5 0,03 0,02

3,5 0,04 0,.04

2,6 0,02 0 05