Чугун

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изысканию износостойких чугунов с высокими модулем упругости, теплопроводностью и незначительным коэффициентом термического расширения. Целью изобретения является повышения модулей упругости и сдвига, прочности и теплопроводности при 20-800 С при сохранении износостойкости. Предлагаемый чугун содержит, мас.%: углерод 2,8-3,8; кремний 2,2-2,7; марганец 0,4-0,9; хром 0,1-0,25; титан 0,1- 0,6; никель 0,1-0,8; медь 1,0-2,5; фосфор 0,1-0,5; бор 0,005-0,08; ванадий 0,1-0,6; кальций 0,01-0,03; азот 0,005-0,1; железо - остальное. Предлагаемь й чугун обладает следующими физико-механическими свойствами: предел прочности при растяжении 6 (МПа) 270-400; предел прочности на изгиб н (МПа) 453-700; твердость по Бринеллю НВ 197-239; модуль упругости Е (МПа-10) 13200-14500; теплопроводность А (Вт/м ) 30,0-42,0; износ кольца (г/м -ч) 4,0-8,0; износ гильзы (г/м -ч) 1,0-2,0. Он может быть использован, например, для гильз блока цилиндров двигателей внутреннего сгорания. 2 табл. W

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1381188 A 1 (д1) 4 С 22 С 37/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛА М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ИЙ (21) 3958606/31-02 (22) 28.08.86 (46) 15.03.88. Бюл. М - 10 (71) Всесоюзный заочный машиностроительный институт (72) Ю.Е.Абраменко, И.П.Шебатинов, Л.А.Алабин и П.П.Сбитнев (53) 669. 15-196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 555163, кл. С 22 С 37/10, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Р 1079686, кл. С 22 С 37/1О, 1982. (54) чугун (57) Изобретение относится к области металлургии, в частности к изысканию износостойких чугунов с высокими модулем упругости, теплопроводностью и незначительным коэффициентом термического расширения. Целью изобретения является повышения модулей упругости и сдвига, прочности и теплопроводности при 20-800 С при сохранении износостойкости. Предлагаемый чугун содержит, мас.7: углерод

2,8-3,8; кремний 2,2-2,7; марганец

0,4-0,9; хром 0,1-0,25; титан 0,10,6; никель 0,1-0,8; медь 1,0-2,5; фосфор 0,1-0,5; бор 0,005-0,08; ванадий 0,1-0,6; кальций 0,01-0,03; азот 0,005-0, 1; железо — остальное.

Предлагаемый чугун обладает следующими физико-механическими свойствами: предел прочности при растяжении Ьв (МПа) 270-400; предел прочности на изгиб „ (ИПа) 453-700; твердость по Бринеллю НВ 197-239; модуль упругости Е (ИПа -10) !3200-14500; теплопроводность р (Вт/м ° С) 30,0-42,0; износ кольца (г/м ч) 4,0-8,0; износ гильзы (г/м .ч) 1,0-2,0. Он может быть использован, например, для гильз блока цилиндров двигателей внутреннего сгорания. 2 табл.

1 3.81188

30 гирующие элементы.

Марганец, обладающий раскисляющей

cfToco6HocTblo, cJI HT для рафинирования расплава и упрочнения твердого раствора. Одновременно марганец понижает границу растворимости углерода в железе, сдвигая перлитную точку

Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию иэносостойких чугунов с высоким модулем упругости (Е), теплопроводностью (Л) и незначительным коэффициентом термического расширения (»> ), применяемых в различных областях машиностроения для литья деталей, работающих в условиях знакопеременных нагрузок при 10 трении скольжения и повышенных температурах (20-800 С), например для гильз цилиндров.

Цель изобретения — повышение модулей упругости и сдвига, прочности и 15 теплопроводности при температурах 20800 С при сохранении иэносостойкости.

Предлагаемый чугун содержит,мас.7.:

Углерод 2,8-3,8

Кремний 2,2-2,7 20

Марганец 0,4-0,9

Хром 0,1-0,25

Титан 0,1-0,6

Никель О, 1-0,8

Медь 1,0 — 2,5

Фосфор О, 1-0,5

Бор 0,005-0,08

Ванадий 0,1-0,6

Кальций 0,01-0,03

Азот 0,005-0,1

Железо Остальное

Результаты исследований показали, что легирование серого чугуна никелем и медью ведет к повышению прочности и теплопроводности, а следова- 35 тельно, и износостойкости. Эти элементы способствуют снижению эвтектических карбидов, в особенности карбидон хрома, а также формированию включений графита оптимальных разме- 40 ров и равномерному их распределению.

Одновременно происходит устранение отбела чугуна, что непосредственно сказывается на механической обработке резанием. 45

Введение никеля и меди вьпие верхнего предела не целесообразно, поскольку теплопроводность и износостойкость повышаются незначительно.

Присадка этих элементов меньше нижнего предела недостаточна для того, чтобы они оказывали влияние как лев сторону бо 1ее низкого содержания углерода.

Введение марганца вьпне верхнего предела ведет к отбеливанию, т.е. он действует так же, как ускоренное охлаждение. Присадка марганца меныие н>окнего предела недостаточна для раскисления чугуна

Концентрация хрома, находящаяся в чугуне, менее нижнего предела не оказывает влияния на свойства расплава, однако введение его больше верхнего предела приводит к выделению эвтектических карбидов хрома, что резко снижает износостойкость.

Титан вводят в чугун как раскислитель и сильный нитридообразующий элемент. Введение этого элемента меньше нижнего предела не позволяет получить требуемые физико-механические свойства, а выше верхнего предела приводит к загрязнению расплава неметаллическими включениями, что существенно снижает износостойкость литых деталей.

Введение фосфора способствует повышению жидкотекучести и износостойкости, однако содержание фосфора выше верхнего предела приводит к образованию пор в отливках и снижению прочностных характеристик.

Присадка ванадия и азота существенно повышает прочностные свойства чугуна, повышает модули упругости и сдвига и износостойкость. Это объясняется образованием в структуре чугуна мелкодисперсных карбидов ванадия и нитридов титана. Введение этих элементов меньше нижнего предела не приводит к изменению структуры чугуна.

В итоге физико-механические свойства остаются на уровне нелегированных серых чугунов. При содержании этих элементов выше верхнего предела ухудшается обрабатываемость отливок.

Бор обеспечивает формирование мелкодисперсной однородной структуры, что очень сильно сказывается на износостойкости, однако введение его меньше нижнего предела не оказывает достаточного воздействия, а выше верхнего — приводит к отбеливанию отливок, особенно в местах с тонкой стенкой.

Снижение содержания количества углерода и кремния приводит к отбелу чугуна и ухудшению его обрабатываемости. Увеличение их выше верхнего

138 188 методикам.

Т ° Ь и ° П ° 1

Сплав

Солервлиие зииичегтил злеигитоп, иас.г

r — «т — --т

Р г! 43

0,8 0,7 О,Ь 0,1 0.7 0.9 0,2

О.1

ИзвестпЫ\ оствлв° ое

Прототип эпспертиэи

1 О 1 2 О 09 О 5

01 О18 О!

О,В . О,!

4,1 о.г

Осталв1,0

Ваосоллзп!О эа прелелн

0,005 0,05 0,005 0,003

Оствла° оп г,s

Прелла гаоиып

О 1 001 001 о,г 0,0!5 о,oos

О,5 О,О2 О,О5

0,6 0,015 0,02

О,4 О,ОЗ О, I

0,О1

То ав

0,1

?,?

2,? 0,4 0,1 0,2 О, 1

25050200103

2,3 0,7 О,?3 0,5 0,5

2,6 0,9 О ° 15 0,4 0,8

2 В в

О,ОО5

О,?

1 О

3,1 о,оз

0,3

3,4

О,ÎS

0,4

2,О

3гЬ о,ое

0,5 з,в

ОS 004 О 15

Ваа олапий за прелели

0,5

?,5

2,7 О,Ь 0,25 О,Ь 0,8 предела увеличивает не только количество, но и размер включений графита, ухудшается также их распределение, что в конечном итоге снижает износостойкость.

За счет введения кальция в чугуне происходит уменьшение примесных элементов в результате образования неметаллических включений округлой фор- 10 мы и удаления их в шлак. Это приводит к рафинированию жидкого чугуна и повышению механических свойств. Введение жидкого кальция выше верхнего предела ведет к глобуляризации включений графита, что существенно снижает теплопроводность.

Пример. Чугун выплавляют в индукционной печи ИСТ-016, имеющей кислую футеровку. В расплав чугуна при температуре 1480-1500 С вводят легирующие элементы: медь, никель, феррованадий, феррофосфор, ферромарганец, бор, азот. Перед заливкой в ковш вводят дроблекый ферросилиций (ФС-75) 25 и ферросиликокальций (СК-10). Заливку в разовые формы проводят при 14201360 С.

Химический состав выплавленных чугунов приведен в табл. 1, а их физико-механические свойства в литом состоянии — в табл. 2.

Испытание на износ проводят на машине трения с возвратно-поступательным движением контртела. Исследование модулей упругости и сдвига о проводят на эластомате при 20-700 С.

Прочность, твердость и теплопроводность определяют по общеизвестным

2 2 О 4 О 10 О 1 О 1 О

270Ь025060725

Предлагаемый чугун обладает однородной и стабильной структурой с мел кодисперсными карбидами и неметаллическими включениями. Все это способствует получению серого чугуна с высокими модулями упругости и сдвига, прочностью, теплопроводностью и износостойкостью, особенно при работе деталей из этого чугуна в области температур 200-800 С. Кроме того, предлагаемый чугун хорошо обрабатывается резанием леэвийным инструментом.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медьз титан, кальций, бор, азот, ванадий, фосфор и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения модулей упругости и сдвига, прочносТи и теплопроводности при 20-800 С при сохранении износостойкости,, он дополнительно содержит хром и никель при следукицем соотношении компонентов, мас.X:

Углерод 2,8-3,8

Кремний 2,2-2,7

Г!арганец 0,4-0, 9

Г1едь 1,0-2, 5

Титан О, 1-0,6

Кальций 0 01-0,03

Бор 0,005-0,08

Азот 0,005-0,1

Ванадий О, 1-0,6

Фосфор О, 1-0,5

Хром 0,1-0,25

Никель О, 1-0,8

Железо Остальное

1381188

ТаЬлнпа

Сплав

Физико-механические сво!ства

Нодуль угругостн, 78!а 10, при

t, С

Предел прочности на растнненне

Ь, НПа, при t С

Предел прочности на изгиб, НПа

300 ЬОО

20 300 600 800 20 800 ИВ, 18!a

155 1 Э 2, 2 10 7 31 10800 7750 6100 5150 2800 4 16

Известный

Прототип экспертизы

180 330,$ 185 68 13200 9600 8050 6500 2490 Ь61

Вывод за предели

241 205 140 4&

12000 9300 7800 6300 1900 396

Ореола гд енм!

270

265

189 80 1Э400 11250

9950

7800

1900

453

361

3$5

245 95

27Э 107

215 92

209 Bf

f 3900

11760

10050

8500

2090

h2S

400

9600 2!90

391

l 4 500

12300

10870, 345

339

11730

10160

8750

2290

13900

56?

1!О

1 3200

9980

7900

303!

1300

2390

5!6

489

Вмходюинй эн пределы

6 700

186 75

290

284

8250!

2600

9980

2500

Продолхенне тапл. 2

Фнэнко-механические свойства

Сплав

Теилопроводность ° Вт/м.еС, прн

Иодуль сленга, Nffa npu

tl С

Износ

Износ лорнневого гильзы, гlи ч

I 1

20 300 ЬОО 800

200 i ЭОО

600 800 кольна, г/н1 ч

9,4!

4,3

36000 30000 27300 19200

18,3

17,6

Известный

27,9

Прототип экспертизы

44200 37500 3 1800 23600

22 ° 8!

3,9

29,6

7,1

Выход эа пределы

40000 33800 30600 21300

24,0

17,6

11 9

15,0

22 ° 5

Предлагаемый

51600 4 7000 4 5000 3 7900

56080 51800 49000 43100

60800 55900 53600 46700

56700. 5!900 50200 45300

51400 49200 47300 42700

26,8

20,8

30,0

ЭО,Ь

39,3

38,5

29, 7

36,9

1,5

43 ° 3

41,7

Э7,5

42,0

1,0

39,2

30,6

37 0

38,1

1,8

38,7

37,2

37,6

37,2

1,О

Выхолнинй за пределы

19, I

42000 36700 32900 24500

26,S

31,3

1,2

31,0

Составитель Н.Шепитько

Редактор М.Петрова Техред И.Попович Корректор Н.Король

Заказ 1 167/29 Тираж 594 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4