Износостойкий чугун

 

Изобретение относится к металлургии и может быль использовано при производстве цилиндровьпс втулок и других деталей воадз ходувок и двигателей Цель изобретения - повышение ударно-усталостной долговечности при 700-900 С и прочности после циклически повторяющихся теплосмен. Предложенный чугун содержит мас.%: С 2,7-3,2; Si 1,2-2,0; Мп 0,7-1,3| Сг 0,5-1,5; Ni 1,6-2,8; Mo 1,2-2,9, Си 0,2-1,0; А1 0,1-0,4; Р 0,05-0,2; Sn 0,03-0,07; Са 0,©2- 0,06; Ti 0,6-1,4; диоксиды церия 0,03-0,12, карбонитриды иттрия 0,03- 0,15 и железо остальное. ДЬполнительный ввод в состав чугуна Ti, диоксидов церия и карбонитридов иттрия обеспечил повьпление прочности после 100 циклов теплосмен при 700 и 900 С в l536- ls41 раза и ударно-усталостной .долговечности в 1,05-2,18 раза 2 табл. ш ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (59 4 С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ списочник изоБРЕТЕНИя " .„

Н A BTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ид д д -,-,. (21) 4134432/31-02 (22) 14.10.86 (46) 30.06.88. Бюл. 9 24 (71) Производственное объединение

"Гомсельмаш" (72) N.И.Карпенко, Е.В.Янин, Е.И.Иарукович, С.N.Бадюкова и

N.Н.Заяц (53) 669.15-196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 950789, кл. С 22 С 37/06, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 926057, кл. С 22 С 3?/10, 1982. (54) ИЗНОСОСТОИКИИ ЧУГУН (57) Изобретение относится к метал-; лургии и может быль использовано при производстве цилиндровых втулок и других деталей воздуходувок

„Л0„„1406205 А 1 и двигателей. Цель изобретения - повышение ударно-усталостной долгоо вечности при 700-900 С и прочности после циклически повторяющихся теплосмен. Предложенный чугун содержит мас.7: С 2,7-3,2; Я 1,2-2,0; Ип

0,7-1,3; Cr 0,5-1,5; Ni 1,6-2,8;

Мо 1,2-2,9, Си 0,2-1,0; Al 0,1-0,4;

P 0,05-0,2; Sn 0,03-0,07; Са 0,620 06; Ti 0,6-1,4; диоксиды церия

0,03-0,12, карбонитриды иттрия 0,030 15 и железо остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна Ti, диоксидов церия и карбонитридов иттрия обеспечил повышение прочности после 100 о циклов теплосмен при 700 и 900 С в 1,36= 1,41 раза и ударно-усталостной долговечности в 1,05-2,18 раза.

2 табл.

1406205

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для деталей, работающих в условиях газообразного износа, работающих при 700-900 С.

Цель изобретения †повышение ударно-усталостной долговечности при 700900 С и прочности после циклически о повторяющихся теплосмен. !О

Введение титана упрочняет матрицу, увеличивает термическую стойкость„ стабильность структуры при повышенных температурах, что обеспечивает по. вышение хрупкой прочности и ударно- 15 усталостной долговечности при нагреО

Ве С. Понижение нижнего предела концентрации титана менее

0,6 мас.% приводит к резкому снижению хрупкой. прочности, а при концент- 20 рации титана более 1,4 мас.%. снижается.однородность структуры, повышается содержание неметаллических включений по границам зерен, что приводит к снижению ударно-усталостной долговечности.

Введение в состав чугуна диоксидов церия повышает стабильность структуры и твердости чугуна, упрочняет металлическую основу, способст- 30 вуя образованию фаз в структуре, не склонных к расслоению с матрицей, в результате чего повышается стабильность ударно-усталостной долговечности при повышенных температурах (700-900 С) и хрупкой прочности. При концентрации диоксидов церия до

0,03 мас.% не достигается высокой ударно-усталостной долговечности при

700-900 С, а при увеличении содер- 40 жания диоксидов церия более 0,12 мас.% они выделяются по границам зерен, влияют на динамическую и хрупкую прочность, снижают механические свойства чугуна в отливках, ударно-уста- 45 лостную долговечность и кавитационную стойкость.

Измельчение и упрочнение матрицы, повышение ее стабильности при о

700-900 С и удароустойчивости, хруп50 кой прочности и твердости обеспечивает модифицирование,инокулирующими компонентами карбонитридами иттрия в количестве 0,03-0,15 мас.%. При увеличении содержания карбонитридов

55 иттрия более 0,15 мас.% значительно увеличивается неоднородность структуры чугуна в отливках, снижаются стрела прогиба, трешиностойкость, что сказывается на снижении стабильности ударно-усталостной долговечности.

При содержании карбонитридов иттрия

4 до 0,03 мас.% их влияние на стабильность структуры, ударно-усталостной долговечности и механических свойств сказывается незначительно.

Пределы содержания основных элементов обеспечивают получение требуемых механических свойств, хрупкой прочности и термической стойкости.

Понижение нижнего предела содержания углерода, марганца, кремния, никеля, хрома, меди, кальция и алюминия приводит к резкому снижению прочностных характеристик, кавитационной стойкости и ударно-усталостной долговечносо ти при 700-900 С, а повышение верхних пределов содержания этих элементов снижает пластические и вязкие характеристики чугуна, что приводит к снИ женив хрупкой прочности и ударно-усталостной долговечности.

Фосфор (0,05-0,2 мас.%) и олово (0,03-0,07 мас.%) оказывают упрочняющее и отбеливающее влияние, увеличивает твердость отливок и характеристики износостойкости. При увеличении концентрации фосфора более 0,2 мас.% и олова более 0,07 мас.% снижаются характеристики трещиностойкости, уда= роустойчивости и термической стойкости, увеличивается неоднородность структуры и твердости чугуна в отливках, что снижает хрупкую прочность и ударно-усталостную долговеч-, ность.

Содержание молибдена увеличено до 1,2-2,9 мас.% для обеспечения повышенной термической, кавитационной и газоабразйвной стойкости и ударно усталостной долговечности при 700900 С. -При концентрации молибдена до 1,2 мас.%. термическая стойкость и ударно-усталостная долговечность недостаточны, а при увеличении концентрации молибдена более 2,9 мас.% увеличивается количество карбидов в структуре, снижается пластичность и хрупкая прочность.

В табл.1 приведены химические составы чугунов опытных плавок, проведенных в открытых индукционных печах (емкость тиглей 250 кг) методом переплава из шихты на основе литейных чугунов, лома легированного чугуна, передельного чугуна, полуфабрикатного никеля, меди, ферротитана, сталь05

0,03-0 ° 15

Остальное з 14062 ного лома, ферромолибдена и других ферросплавов. После расплавления литейных и передельного чугунов и лома присаживают никель ферромолибден и другие ферросплавы и перегревают расплав до 1500-1510 С и вводят медь, титан, карбонитриды иттрия, диоксиды церия и алюминий и выпускают в ковш, где производят микролегирование чу- 10 гуна оловом и модифицирование силикокальцием. Заливку кокилей и технологических проб производят при 1380о

1400 С. Коэффициент усвоения титана

79-83Х карбонитридов иттрия 88-93Х 15 диоксидов церия 86-90% и алюминия 8183% ° Содержание компонентов в чугунах определяют по стандартным методикам химического чугуна, а содержание карбонитридов иттрия и диоксидов церия 20 определяют по методу дифференцирован- ного количественного химического ана1 иза.

В табл.2 приведены механические и эксплуатационные свойства чугуна 25 опытных плавок.

Как видно из табл.2, введение титана, карбонитридов иттрия и диоксйдов церия обеспечивает чугуну более 30 высокую стабильность механических свойств, ударно-усталостную - долговечность при повьппенных температурах (700-900 С) по сравнению с известным чугуном, Отливки из чугуна микроле гированного карбонитридами иттрия, диоксидами церия и титаном в сравнеI нии с отливками из базового чугуна имеют более высокие плотность;-, хрупкую прочность, сопротивляемость 40 термическим ударам и трещиностойкость

Кроме того, действуя как инокулярующие компоненты, карбонитриды иттрия и диоксиды церия в заданном соче - 46 танин с графитизирующими и отбеливающими элементами благоприятно влияют на количество дополнительных центров кристаллизации, препятствуй развитию эон транскристаллизации, по- 60 нижающих термостойкость, упругонластические свойства чугуна -в отливках и ударно-усталостную долговечность.

Таким образом, введение в состав чугуна карбонитридов иттрия, титана и диоксидов церия в заданных соотношениях при повьппенной концентрации кальция обеспечивает получение чугу» ном комплекса новых механических и служебных свойств, сочетающих в себе высокую ударно-усталостную долговеч» ность и ее стабильность при трении в коррозионных средах.,с температурой

700-900 С и повышенную сопротивляемость газоабразивному износу и ударным нагрузкам.

Внедрение литых деталей воздуходувок и двигателей иэ предлагаемого чугуна обеспечивает повьппение надежности и долговечности их в условиях быстрой смены нагрева и охлаждения . при трении, при высоком газоабраэивном и коррозионно-механическом изнашивании при кратковременном нагреве до 700-900 С и при значительном загрязнении смазки конденсированными продуктами горения топлива.

Формула и э о б р е т е н и я

Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, медь, алюминий, фосфор, олово, кальций и железо о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения ударно-усталостной долговечности при 700-900 С и проч» ности после циклических повторяющихся теплосмен, он дополнительно содержит титан, диоксиды церия и карбонитриды иттрия при следующем соот ношении компонентов, мас.%:

Углерод 2,7-3,2

Кремний 1,2-2,0

Марганец 0,7-1,3

Хром 0,5-1,5

Никель 1,6-2,8

Молибден 1,2-2,9

Медь 0,2-1,0

Алюминий 0, 1-0,4

Фосфор 0,05-0,2

Олово 0,03-0,07

Кальций 0,02-0,06

Титан 0,6-1,4

Диоксиды церия 0,03-0, 12

Карбонитриды иттрия

Железо

1406205

Таблица 1

Компонент

Предлагаемый ст

2,7

3,0

3,2

1,7

)ь2

2,0

1,0

0,7

1,3

0,7

0,5

0,9

0,5

Хром

1,6

0,7

Никель

Молибден

1,7

2,9

1,2

0,3

0 6

1,0 ов2

Медь

0,4

0,3

0,1

0,3

0,05

0,1

0,1

0,2

0,03

0,04 оь07

0,07

0,06

0,08

0,05

0,02

1,4

0,6

Диоксиды церня

0,09

0,03

0,12

Карбонитриды иттрия

0,08

0,03

0,15

Остальное

Остальное

ОстальЖелезо

Остальное ное

Т а б л и ц а 2

Чугун

Показатели

Предлагаемый вест-

3 4

930

1136

1188

1)96

7,4

3,5

6,5

7,3

258

278

286

293

Углерод

Кремний

Марганец

Алюминий

Фосфор

Олово

Кальций

Титан

Предел прочности при изгибе, МПа

Стрела прогиба, мм

Твердость, НВ

Химический состав чугунов, мас,%

1406205

Продолжение табл.2

Термическая стойкость, циклов 1280

1832

1916

1835

Средний износ, мг/100 r при 900 С

0,41

1,61

0,35

0,29

0,13, 700 С

0,92

0,18

0,30

10860

21320

26180

25680

33060

23200

700 С

32760

28680

342

356

316

251

700 С

412

386

416

372

Кавитационная стойкость, мг/ч

7,4

12,8

5,2

23

900 С

Трещиностойкость, 125

126

121

100

Коэффициент относитель-: ной износостойкости

13,4

13,2

9,4

12,8

Корректор С.Черни

Редактор Т.Лазаренко

Тираж 594

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 316/25

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ударно-усталостная долговечность циклов, при 900 С

Хрупкая прочность после выдержки, МПа при 900 С

Снижение фрикционной теплостойкости,Ж, при нагреве до 700 С

Составитель Г.Дудик

Техред М.Дидык