Чугун

 

Изобретение относится к черной металлургии и литейному производству, в частности к изысканию составов сплавов на основе железа, обладающих повышенной износостойкостью и предназначенных для изготовления литых деталей, работающих в узлах трения. Целью изобретения является повышение износостойкости и прочности чугуна . Поставленная цель достигается тем, что чугун предложенного состава содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 3,10-3,72; кремний 1,3-2; марганец 0,5-1,2; хром 0,1-0,5; медь 0,8-1,9; фосфор 0,15-0,4; азот 0,003-0.019; железо остальное. Использование предложенного чугуна в узлах трения значительно повысит их эксплуатационный ресурс. 1 табл. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю С 22 С 37/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

> " ®ВЗЯВ

Щй а -7,j Ê 1..рв„.я- 6

Би БЯ1Ю L-.,,:;.,À

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) ЧУГУН атационный ресурс. 1 табл. (21) 4677482/02 (22) 11,04,89 (45) 30.11.91. Бюл. N 44 (71) Белорусский технологический институт им. С.M. Кирова (72) А,И.Гарост, B.Ô.Äóðàíäèí, Н.А.Свидунович, Ж.М.Урбанек, В.А,Гольдштейн, С,В,Жабин, Ю.А.Журавлев, А.И.Ендолов, А.B.Железнов и А.M.Ëýáýèí (53) 669.15,018(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1285048, кл. С 22 С 37/10, 1986.

Авторское свидетельство СССР

М 836186, кл. С 22 С 37/10, 1981.

Изобретение относится к.металлургии, в частности к составам сплавов на основе железа, обладающих повышенной износостойкостью, и может быть использовано для изготовления деталей, работающих в узлах трения.

Цель изобретения — повышение износостойкости и прочности, Поставленная цель достигается тем, что предложенный чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Углерод 3,10 — 3,72

Кремний 1,3 — 2,0

Марганец 0,5 — 1,2

Хром 0,1-0,5

Медь 0,8 — 1,9

Фосфор 0,15 — 0,4

Азот 0,003 — 0,019

Железо Остальное. Ж 1694680 А1 (57) Изобретение относится к черной металлургии и литейному производству, в частности к изысканию составов сплавов на основе железа, обладающих повышенной иэносостойкостью и предназначенных для изготовления литых деталей, работающих в узлах трения. Целью изобретения является повышение износостойкости и прочности чугуна. Поставленная цель достигается тем, что чугун предложенного состава содержит компоненты в следующем соотношении, мас,%: углерод 3,10 — 3,72; кремний 1,3-2; марганец

0,5 — 1,2; хром 0,1 — 0,5; медь 0,8 — 1,9; фосфор

0,15 — 0,4; азот 0,003 — 0.019; железо остальное.

Использование предложенного чугуна в узлах трения значительно повысит их эксплуВ качестве примеси чугун содержит в своем составе серу в количестве, не превышающем 0,12%.

Существенным отличием предложенного состава является оптимальное содержание легирующих элементов, позволяющее получить необходимую структуру чугуна, обеспечивающую его высокие прочностные .характеристики и износостойкость.

Азот, являясь поверхностно-активным элементом, тормозит процесс роста графитных включений на первой стадии графитизации. Однако по мере понижения температуры создаются термодинамические условия к активному его взаимодействию с легирующими элементами и, в первую. очередь, с хромом с образованием нитридов. При этом азат теряет свою способность тормозить процесс роста графитных вклю3

1694680

15

32 мин

35

45

55 чений, так как удаляется из граничных зон, и в результате облегчается процесс зарождения и роста новых графитных центров.

Этому процессу благоприпятствуют значительные искажения кристаллической решетки за счет растворения хрома, меди и других легирующих элементов,.а также более высокие растворимость и скорость диффузии углерода в феррите при снижении содержания в нем растворенного азота.

Значительная концентрация фосфора

/0,15 — 0,4%/ в предлагаемом чугуне повышает не только его жидкотекучесть, но и эксплуатационные характеристики, Это объясняется комплексным воздействием ,хрома и азота /не связанных в нитриды/ на характер кристаллизации остаточной эвтектической жидкости /обогащенной фосфором, хромом и азотом/ в фосфидную эвтектику, приводит к ее измельчению и наиболее равномерному распределению.

Таким образом, замедляя графитиэацию при одних температурно-временных условиях и способствуя графитизации при других температурно-временных условиях, азот совместно с хромом и другими легирующими компонентами обеспечивает получение чугуна с пластинчатой формой графита и мелкопластинчатой перлитной металлической основой с мелкодисперсными включениями нитридов хрома, которые прочно закреплены в металлической матрице и имеют высокую прочность и стойкость. Наличие перечисленных факторов обеспечивает высокую прочность и износостойкость чугуна, Способы получения предложенного чугуна, его химический состав и свойства приводятся в примерах.

Пример 1. В плазменно-индукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой выплавляют чугун следующего химического состава, мас.%: углерод 3,1; кремний 2; марганец 0,5; хром 0,5; медь 1,9; форсфор 0.15, азот 0,003. B качестве шихтовых материалов используют литейный чугун, стальной лом, собственный возврат и ферросплавы, а также добавки меди.

Режим работы плаэмотрона: ток дуги

400 — 450 А, рабочее напряжение 70 — 100 B. расход плазмообразующего газа 0,5 г/с; состав газа: 96% аргона и 4% азота. Продолжительность насыщения азотом составила

35 мин, Содержание компонентов в указанных пределах обеспечивает получение чугуна с пластинчатой формой графита беэ структурно-свободных карбидов. Металлическая основа — мелкопластинчатый перлит. В металлической основе содержатся мелкодисперсные нитриды хрома, которые обнаруживаются только при больших увеличениях /более х 5000/.

Износостойкость определяют путем вытирания на плоском чугунном образце лунки дисковым контртелом — роликом из стали

40Х, подвергнутым закалке на твердость

HRC 52 — 54, при нагрузке 100 кг в течение 30 мин, с охлаждением в масле М10В2.

Пример 2. B плазменно-индукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой выплавляют чугун следующего химического состава, мас. ; углерод 3 72; кремний 1,3: марганец 1,2; хром 0,1; медь 0,8; фосфор 0.4; азот 0,019.

Режим работы плазмотрона: ток дуги

400-540 А, рабочее напряжение 90-140 В, расход плаэмообразующего газа 0,5 г/с; состав газа: 60 аргона и 40% азота. Продолжительность насыщения азотом составила

Пример 3, В плазменно-индукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой выплавляют чугун следующего химического состава, мас. : углерод 3,48; кремний 1,7; марганец 0,8: хром 0,3; медь 1,2; фосфор

0,28; азот 0,011.

Режим работы плазмотрона: ток дуги

400 — 450 А, рабочее напряжение 80-120 В. расход плазмообразующего газа 0,5 г/с; состав газа: 25% азота и 75 аргона. Продолжительность насыщения азотом 35 мин.

Пример 4, В плазменно-индукционной печи ИСТ-016.с кислой футеровкой выплавляют чугун следующего химического состава, мас. : углерод 3; кремний 1,2; марганец 1,3; хром 0,6; медь 0,7: фосфор 0,45; азот 0,02.

Данный состав чугуна не является оптимальным и выходит за рамки заявляемого.

Режим работы плазмотрона: ток дуги

400-450 А, рабочее напряжение 100-150 В. расход празмообраэующего газа 0,5 г/с; состав газа: 57% аргона и 43% азота. Продолжительность насыщения азотом 32 мин.

Пример 5 (известный). В плазменноиндукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой выплавляют чугун слеДующего химического состава, мас.%: углерод 3.45: кремний 2; марганец 0,7; хром 0,7; медь 1,2 фосфор 0,4; никель 0,6; молибден 0.6; ванадий 0,4; азот 0,02.

Режим работы плазмотрона: ток дуги

400-450 А, рабочее напряжение 100-150 В. расход плаэмообраэующего газа 0,5 гlc: состав газа: 57% аргона и 43% азота. Продолжительность насыщения азотом составила

32 мин.

Результаты испытаний чугунов приведены в таблице.

1694680

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, фосфор, азот и желеСоставитель Н. Шепитько

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор В. Гирняк

Редактор 3. Ходакова

Заказ 4132 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб;. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Таким образом, приведенные примеры показывают, что предлагаемый чугун обладает высокой прочностью и износостойкостью.

Чугун же известного состава не может быть рекомейдован для работы в таких же условиях, как предлагаемый, так как при его испытании возникали задиры. зо, отличающийся тем, что, с целью повышения иэносостойкости и прочности. он содержит компоненты в следующем соотношении, мас. :

5 Углерод 3,10-3,72

Кремний 1,3 — 2,0

Марганец 0,5 — 1,2

Хром 0,1 — 0,5

Медь 0,8 — 1,9

10 Фосфор 0,15 — 0,4

Азот 0,003-0.019

Железо Остальное