Высокопрочный чугун

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве поршневых колец ДВС. Цель изобретения - повышение предела прочности при растяжении в интервале температур 500-800°С и улучшение износостойкости. Чугун содержит, мас.%: C 3,4-4,0

SI 2,5-3,5

MN 0,05-0,3

CR 0,01-0,3

CU 0,3-2,0

NI 0,15-1,5

MO 0,05-0,5

V 0,1-0,5

MG 0,02-0,05

CE 0,01-0,03

ND 0,006-0,012, P 0,003-0,007

ER 0,001-0,003

FE остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна ND, PR и ER позволяет повысить σ в в 1,28-1,49 раза, а также улучшить износостойкость в 2-6 раз. 2 табл.

СОЮЗ СОжТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

091 (11) (g1)5 С 22 С 37/08 37/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А8ТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сл

С5

Сд сО

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPH ГКНТ СССР (21) 4232433/27-02

„(22) 20.04 ° 87 (46) 07.07.90. Вюл. В 25 (72) М.П.Шебатинов, Ю.С.Ушаков и В.M.Êîâàëåíêî (53) 669.15.196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 850722, кл. С 22 С 37/10, 1979.

Авторское свидетельство СССР

9 1057570, кл. С 22 С 37/10, 1982. (54) BbICOKOHPOMHblA ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для тонкостенных деталей, например для поршневых колец двигателей внутреннего сгорания.

Цель изобретения — повышение прочности при растяжении в интервале температур 500-800 С, улучшение износостойкости.

Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предложенного состава обусловлен следующим.

Введение углерода и кремния менее их нижнего предела ухудшает литейные . свойства чугуна — уменьшается жидкотекучесть и увеличивается усадка.

Это способствует образованию усадочных.газовых раковин. Введение каждого иэ указанных ингредиентов выше верхнего предела увеличивает количество ферритной структурной составляющей (7 15X), а также количество и размеры включений графита, в резуль2 проиэводстве поршневых колец ДВС.

Цель изобретения — повышение предела прочности при растяжении в интервале . температур 500-800 С и улучшение износостойкости. Чугун содержит, мас.Х!

С 3,4-4,0; Si 2,5-3,5, Ип 0,05-0,3, Cr 0,01-0,3; Си 0,3-2,0, Ni 0-,15-1,5, . Мо 0,05-0,5; V 0,1-0,5; Mg 0,02-0,05, Се 0,01-0,03; Nd 0,006-0,0121 P 0,003=0,007; Er 0,001-0,003; Fe остальное..

Дополнительный ввод в состав чугуна

Nd, Pr u Er позволяет повысить bg в

1,28-1,49 раза, а также улучшить износостойкость в 2-6 раз . 2 табл. тате чего ухудшаются такие физико-механкческие свойства, как прочность на изгиб, твердость и модуль упругос-. ти, следовательно, снижается износостойкость.

Содержание марганца менее его нижнего предела не оказывает влияния на свойства. чугуна. Присадка же его более верхнего предела приводит к снижению указанных выше свойств, благодаря выделению карбидов марганца по границам эвтектических зерен.

Хром менее 0,01Х не влияет сколь-. ко-нибудь заметно на свойства чугуна, а более О,ЗХ вводить нецелесообразно, так как в структуре чугуна начинают выделяться карбиды хрома, растет их количество и увеличиваются размеры включений, что отрицательно сказывается на обрабатываемости и пластичности чугуна.

Никель и медь способствуют повы шению статической и динамической

157б590 прочности, ударной вязкости и износостойкости.

Введение каждого из укаэанных ингредиентов меньше нижнего предела практически не оказывает влияния на свойства чугуна„ а более верхнего предела вводить не рекомендуется, так как никель свыше 1,5Х влияет на графитизацию, а медь более 2,0Х снижает прочность иэ-за выделения ее в свободном состоянии в виде локальных объемов, Молибден в количестве 0,05-0,5Х повышает статическую и динамическую прочность и твердость в широком ин тервале температур 500-800 С, модуль упругости и износостойкость.

Молибден менее 0,05Х не оказывает какого-либо заметного нлияния на изменение структуры, а более 0,5Х снижает пластичность, увеличивает твер дость и не обеспечивает оптимальную структуру и,как следствие, служебные характеристики полученных деталей, такие как надежность и долговечность.

Легирование чугуна ванадием способствует образованию мелкодисперсных нитридов и карбидов, влияющих на формирование исходной однородной структуры. Являясь центрами кристаллизации, они не только замедляют рост металлической основы, но и одновременно способствуют замедлению движения дислокаций в области высоких темпе35 ратур. Это ведет к увеличению значений прочностных и упругих характерис1 тик в интервале температур, равном

500-800 С, а в итоге к росту износостойкости.

Ванадий н количестве,. меньшем нижнего предела, практически не влияет на свойства чугуна, а н количестве, большем верхнего предела, способствует повышению твердости и вызывает

45 охрупчивание.

Магний и церий вводят н качестве, модифицирующих элементов для сфероидизации графита с целью получения высоких физико-механических свойств, таких как прочность на изгиб, усталостная прочность и твердость.

По мере уменьшения остаточного содержания этих элементов менее нижнего предела каждого или увеличения выше верхнего предела снижается коли- 55 честно включения графита шаровидной

I формы и растет. количество включений графита пластинчатой формы. В итоге чугун получается с одной стороны не- домодифицированным, а с другой — перемодифицированным.

Экспериментально установлено, что неодим, празеодим и эрбий, кроме общеизвестного модифицирующего действия, приводят к значительному обессериванию, образуя при этом неметаллические включения округлой формы, которые распределяются в металлической основе, имея размер не более одного микрона. Усиливая процесс модифицирования, они позволяют уменьшать содержание магния и иттрия в составе чугуна.

Введение неодима, празеодима и эрбия меньше нижнего предела, каждого н отдельности, не оказывает какоголибо влияния на свойства расплава, а выше верхнего предела способствует образованию интерметаллидной фазы, что отрицательно сказывается на фор1 миронании включений графита шаровидной формы.

Комплексное модифициронание магнием, церием, неодимом, празеодимом и эрбием позволяет получить у чугуна высокие эксплуатационные характеристики после термической обработки, 3а счет повышения статической и динамической прочности, вязкости, модуля упругости, а в итоге износостойкости цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания, улучшается работоспособность двигателя и, как следствие, увеличивается в 2-3 раза ходимость автомобилей.

Чугун выплавляют в индукционной печи ИСТ-01б с кислой футеровкой. В расплав чугуна при температуре 14701490 С вводят легирующие элементы, как н чистом виде, так и в виде ферросплавов. В частности, медь и никель в чистом виде, молибден, ванадий в виде ферросплавов, а магний и

Р3М в виде модифицирующих лигатур.

Перед разливкой чугун перегревают до 1520ОС. Магний, церий и иттрий в виде лигатур вводят в ковш. Заливку в земляные разовые стопочные формы производят при 1400-1450 С. Химические составы чугуна приведены и табл.i.

Из чугуна изготавливают отливки поршневых колец, которые затем подвергают термической обработке по следующему режиму: нагрев до 900-950 С, выдержка 1,0-1,5 ч, закалка в соляной ванне при 320-350 С, выдержка 3-5 ч, далее охлаждение на воздухе.

Формула изобретения

Таблица!

Чугун !

Ингредненты, мас.X

> 1 " 1 > ) > 1 >> ) (:" ) н> 1 ) >4 (> 1 > !

Известный 3,64

Предлагве>вн! l 3,6

2 3,4

3 3,8

4,0

3,43

2,5

3,0

3,5

2 ° 8

0,4! 0,06 1>О 0,5 0,06

0,05 О,!5 0>3 0,65 0,05

0,1 0>0! 1,2 0,15 0>15

0,3 0,06 2,0 1,1 0,3

0>2 0,3 1,0 1,5 0,5

0,026 0,005

0,3 0,03 0,01

О,! 0,04 0,03

0>25 0,02 0,02

0,5 0,05 0,025 т

Отт

0,006

0>010

О ° 008

0,012

О, 003

О, 006

0,005

0,007

0,001

О, 003

0,002

0 00!5

° I

» и

Т а б л,и Н а 2

64 > кгс/мм, при температуре еС

Физико-меканические свойства после термообработки

Чугун

6, Ударная

2 кгс/мм вязкость ан, кгсм/см т

Износ, Твердость, гР, ч) 88

85,7 60

Известный

Предловенный 1

2 з

10> 1 26>0

1,5

17500

12100

7900

12,1

239

15,6 32

18>5 34

17,3 33

16,9 32

11О 88 !

28 102>4

12О 96

118 94>4

6 О

3,0

3>8 г,о

382

380

2,8 з,г

3,4 з,о

181ОО

18300

14400 !

5lOO

13600

1огоо

Редактор С.Патрушева

Составитель Н.Косторный

Техред М.яндык Корректор Э,Лончакова

Заказ 1831 Тираж 482 Под пис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101

S 157

Результаты испытаний физико-механических свойств приведены в табл.2, Как следует из табл.2, дополнительный ввод в состав предложенного чугуна неодима, праэеодима и эрбия обеспечил повышение предела прочнос-, ти Ъ в 1,28-1,49 раза, износостойкости в 2-6 раз.

Высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, никель, молибден, ванадий, магний, церий и железо, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения прочности при растяжении в интеро вале температур 500-800 С, улучшения

6590 6 износостойкости, он дополнительно содержит неодим, празеодим и зрбий при следующем соотношении компонентов, мас.й:

Углерод 3,4 — 4,0

Кремний 2,5 - 3 5

Марганец 0 05 — 0,3

Хром 0,01 — 0,3

Медь 0,3 — 2,0

Никель 0;15 — 1,5

Молибден 0 05 — 0 5

Ванадий 0,1 - 0,5

Магний 0,02 — 0,05

Церий 0,01 — 0,03

Неодим 0,006 - 0,012

Празеадим 0,003 — Ов007

Эрбий О, 001 — 0,003

Железо Остальное