Чугун

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам железоуглеродистых сплавов. Целью изобретения является повышение износостойкости в среде агрессивных газов при температуре до 600°С при сохранении герметичности, термостойкости и предела прочности. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,1 - 3,5

кремний 1,7 - 2,4

марганец 0,6 - 1,2

хром 0,2 - 0,5

ванадий 0,05 - 0,2

никель 0,2 - 0,6

медь 0,35 - 0,7

фосфор 0,2 - 0,4

бор 0,0015 - 0,01

алюминий 0,01 - 0,02

кобальт 0,03 - 0,1

церий 0,005 - 0,02

лантан 0,001 - 0,002

неодим 0,001 - 0,002

железо остальное. Предложенный состав целесообразно использовать для изготовления гильз цилиндров карбюраторных и дизельных двигателей. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

4 г1 зPf ) /I)|| <;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4695376/02 (22) 05.04.89 (46) 07.08.91. Бюл, М 29 (71) Белорусский политехнический институт (72) В,Л.Трибушевский, А.Г. Слуцкий, С.Н.Леках, А,Е.Шишкин, В.И.Волк, Л.Л.Счисленок и В.Б.Сафронов (53) 669.13.018(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1439146, кл. С 22 С 37/10, 1987. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к составам железоуглеродистых сплавов. Целью изобретения является поИзобретение относится к области литейного производства, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может быть использовано для изготовления отливок деталей, работающих в условиях трения, скольжения при повышенных температурах, например гильз цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

Цель изобретения — увеличение износостойкости в среде агрессивных газов при температурах до 600 С, при сохранении герметичности, термостойкости и предела, прочности, Предлагаемый чугун содержит углерод. кремний, марганец, хром, никель, медь, титан, ванадий, алюминий, кобальт, церий, фосфор, бор, лантан, неодим и железо ври следующем соотношении компонентов, мас. :

Углерод 3,1-3,5

Кремний 1,7-2,4

„„ „„1668459 А1 вышение износостойкости в среде агрессивных газов при температуре до 600 С при сохранении герметичности, термостойкости и предела прочности. Чугун содержит, мас.%; углерод 3,1-3;5; кремний 1,7-2,4; марганец 0,6-1,2; хром 0,2-0,5; ванадий 0,050,2; никель 0,2-0,6; медь 0,35-0,7; фосфор

0,2-0,4: бор 0,0015-0,01; алюминий 0,010,02; кобальт 0,03-0,1; церий 0,005-0,02; лантан 0,001-0,002; неодим 0,001-0,002; железо — остальное. Предложенный состав целесообразно использовать для изготовления гильз цилиндров карбюраторных и дизельных двигателей. 2 табл.

Марганец 0,6-1,2 О

Хром 0,2-0,5 Ор

Ванадий 0,05-0,2 р

Никель

0,2-0.6 у

Медь 0,35-0,7

TI1TBH О,ОЗ-О,О7 0:

Фосфор 0.2-0,4

Бор 0,005-0,01

Алюминий 0,01-0,02 а

Кобальт 0,03-0,1

Церий 0,005-0,02

Лантан 0,001-0,002

Неодим О,ОО1-О,ОО2

Железо Остальное

Наличие в составе чугуна, фосфора, бора и титана повышает прочностные свойства чугуна за счет легирования металлической матрицы и измельчения звтектического зерна. Легированная бором фосфидная звтектика существенно повыша1668459

15

ЗО

50 ет износостойкость чугуна при повышенных температурах, Дополнительное введение в чугун лантана и неодима в совокупности с церием и алюминием существенно влияет на кристаллизацию сплава вследствие эффективного грэфитизирующег0 действия их тугоплавких оксидов и сульфидов, позволяет улучшить форму, размер и распределение графита, исключить появление цементита в структуре при наличии в сплаве таких элементов как ванадий, хром, бор и титан.

Присутствие в чугуне кобальта, меди и никеля способствует кристаллизации по стабильной диаграмме и за счет образования твердых растворов повышает плотность структуры.

Ванадий, хром, марганец, образуя сложные карбиды, упрочняют металлическую основу сплава, тем самым способствуя повышению его прочности и износостойкости.

Обоснование выбранных пределов содержания компонентов.

Углерод и кремний при их содержании

3,1-3,5 и 1,7-2,4% соответственно обеспечивают хорошие литейные и механические свойства сплава. Нижние пределы содержания 3,1 и 1,7 jo обусловлены необходимостью исключения структурно-свободного цементита в металлической ма рице. Превышение верхнего предела содержания углерода и кремния может привести к ухудшению формы и характера распределения графита.

Хром, ванадий и титан при их содержании 0,2-0,5; 0,05-0,2 и 0,03-0,07% соответственно обеспечивают требуемую прочность, термостойкость и износостойкость чугуна.

Нижний предел содержания этих элементов обеспечивает получение перлитной матрицы с равномерно распределенным графитом.

При содержании хрома, ванадия и титана выше укаэанных пределов значительно ухудшается термостойкость и износостойкость при повышенных температурах за счет появления в структуре ледебуритэ.

Содержание фосфора и бора в пределах

0,2-0,4 и 0,0015-0,01% гарантирует существенное повышение износостойкости чугуна.

Увеличение содержания бора до 0,01% приводит к измельчению структуры фосфидной эвтектики, увеличивает ее микротвердость за счет присутствия соединений бора. При содержании бора менее 0,0015% присутствие его в фосфидной звтектикв нв обчэружено. При содержании фосфора более 0Ä4 ;-0 получить измельченную фосфидную эвтектику практически невозможно.

Нижние пределы содержания никеля

0,2. меди 0,35 и кобальта 0,03% выбраны исходя из получения плотной металлической основы, обеспечивающей требуемую. герметичность и износостойкость отливок.

При концентрации никеля, кобальта и меди.выше указанных пределов прирост прочности, герметичности,термостойкости и износостойкости незначительны.

Пределы содержания церия (0,0050,02%), лантэна (0,001-0,002%) и неодима (9,001-0,002%} совместно с алюминием (0,01-0,02%) обеспечивают за счет эффективного модифицирования измельчение эвтектических зерен и получение отливок без кромочного отбела.

Пример. В индукционной печи с кислой футеровкой выплавлялись предлагаемый состав чугуна с различным уровнем содержания ингредиентов, Для сравнительных испытаний был использован известный чугун, ",îäåðæàà èé ингредиенты на среднем уровне. В качестве шихтовых материалов использовались литейный чугун, стальной лом, ферросплавы кремния, марганца, ванэдия, хрома, титана, церия, бора, фосфора, а гакже катод;.ая медь, грэнулированный никель, алюминий, кобальт, лигатура, содержащая лантан и неодим.

Шихту загружали в печь, расплав нагревали до 148 Ñ, перед разливкой на дно разливочного ковша давали алюминий и церий и при наполнении одной третьей части ковша под струю давали модификатор, содержащий неодим и лантан. (Чугун заливали в сухие песчаные формь . Из полученных заготовок вырезались образцы для испытаний на износостойкость, механические свойства, термостойкость; испытания проводились по стандартной методике. Термостойкость определялась по количеству трещин, образовавшихся после 300 циклов на кольцах, вырезанных из чугунных заготовок.

Химический состав известного и предлагаемого чугунов приведен s табл.1.

Испытания нэ износостойкость проводили на машине трения ИТ-2М в течение 300 ч в среде агрессивных газов (70-60% CG u

30-40% SOz). Скоростью вращения контртела и удельной нагрузкой обеспечивали требуемые температуры в зоне контакта образец — контртело. Испытания на механические свойства (предел прочности при раст--жвнии) проводились на разрывной машине с предварительным разогревом об1668459 разца до заданной температуры. Термостойкость оценивали по количеству трещин, образовавшихся после 300 циклов на кольцевых образцах, Нагрев осуществлялся в свинцовой ванне соответственно до 200, 400 и 600 С, Герметичность чугунов при различных температурах оценивали на образцах путем замера давления, при котором появлялась течь, и времени, в течение которого через испытываемый образец протекло определенное количество азота. По результатам замеров газопроницаемости оценивали в логарифмической шкале средние значения утечек. Полученные результаты по свойствам известного и предлагаемого чугунов при температурах

200, 400 и 600 С приведены в табл.2, Видно, что предлагаемый состав чугуна имеет преимущества по износостойкости во всем исследованном интервале температур. При этом cQxpBHAIQTGA такие важные характеристики предлагаемого сплава, как прочность, герметичность и термостойкость, Предлагаемый состав целесообразно использовать для изготовления гильз цилиндров карбюраторных и дизельных двигателей.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, 5 марганец, хром. ванадий никель, медь, титан, алюминий, кобальт, церий и железо, о тл и чаю щийся тем,что,с цельюувеличения износостойкости в среде агрессивных газов при температурах до 600 С при сохра10 нении герметичности, термостойкости и предела прочности, он дополнительно содержит фосфор, бор, лантан и неодим при следующем соотношении компонентов, мас. ь:

15 Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Ванадий

20 Никель

Медь

Титан

Алюминий

Кобальт

25 Церий

Фосфор

Бор

Лантан

Неодим

30 Железо

Ю

Ю

О.

Ф ь

I 1

1 1

1С

Ц

4О

СЕ н

Ю

Ю е м

СЧ

Ю

Ф

Ю Ю

СЪ

Ю

СЧ

СЧ

Ю

Ю Ю

CI

CI

4Ч

В м

Ю ь

СЪ

СЧ

Ю Ю

Ю Ю

Ю Ю

Ю

Се

Ю

Ф

ЧЪ

4 4

Ю Ю

Ю Ю

Ю

Ю

Я

Ф

О

Ф

44Ъ

Ю

4Ъ .У 44Ъ

lA

CI

Ю м ь

Ю

Ю Ю

О о

Ф

Ю

СЧ

44Ъ

В

Ю е сЧ

D Ю

Ю Ю

Ю

Ю

444 л

Ю Ю

Ю Ю м

Ю

СЪ

СЪ е

Ю Ю

4 4

ЧЪ

Ю

4ЕЪ

4 \ ь

Ю

Ю

О

Е 4О

Ю Ю

С 4

СЪ а

° 4

В о

Ю

Ф

I4l

Ю

СЧ

Ю

Ю Ю

44Ъ л ссЪ сЪ

Ю Ю

4Ъ

Cl

С4

44 о

О

О4

Я о

44

О

CL

С4

О4 Г4

Ю

CI

СЧ

CI

СЧ

° Ч

ОЕ

CI

С4

CI

СЧ

L3

МО йК

44Ъ О

Ю Ю

Ю Ю Ю

0 i i0

Ю Ю Ю

I - ф

СЧ 44

СЪ ЧЪ

A °

М М Сс

Clf ж

Ц е ф (ч

1668459

В !

Ю ю о.

4 с ф Cl

О1 J Ф

О

О °

Е4

Я (14

Л Ъ

СЧ СЧ

° *

Ю Ю Ю е со

Ю Ю Ю

СО 44Ъ М

Ю Ю Ю с

Ю Ю Ю

О4 СЧ Ф

° «Ф

СЧ Ch 4 Ъ

1 t I

Се . СЧ Л сч < л

О 44Ъ ЧЕ

ССЪ 4ЕЪ.п Ф СЧ

ЧЕ Ос CO

СЧ ЕЧ

Cl

Д Ю

Ю Ю Ю

СЧ ЕЧ сч Ю Ю ЧЪ

° СЧ СЧ

СЧ СЧ лЮ 3 3 еч сч м

L3 $3 де аj3