Чугун

 

Изобретение относится к металлургии , а именно к составам чугуна для деталей, работающих в условиях повышенных нагрузок и износа трением. Цель изобретения - повышение механических свойств и износостойкости отливок массивных сечений. Предлагаемый чугун, содержащий углерод, кремний , марганец, олово, фосфор, ванадий и железо дополнительно содержит медь, бор и барий при следующем соотношении .компонентов, мае.: углерод 2,8-3,2; кремний 0,8-1,; марганец 0,5-1,2; олово 0,02-0,08; фосфор 0,15- 0,50; ванадий 0,15-0,50; медь 0,3-1,2; бор 0,02-0,07; барий 0,01-0,03; железо остальное .- 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 С 22 С 37/1О

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4795848/02 (22) 02.01.90 (46) 15.01.92. Бюл. h" 2 (71) Брянский институт транспортного машиностроения (72) И.К.Кульбовский (53) 669 ° 15-196(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР и 549496, кл. С 22 С 37/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР и 1077946, кл. С 22 С 37/10, 1984. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии,а именно к составам чугуна для

Изобретение относится к металлургии, а именно к чугунам, и может быть использовано для получения отливок массивных сечений с повышенными механическими свойствами и иэносостойкостью, применяемых для изготовления деталей, работающих в ус- ловиях повышенных нагрузок и износа трением, в частности для втулок дизельных двигателей внутреннего сгорания большой мощности, деталей металлорежущих станков °

Известен чугун, содержащий, мас.3: углерод 3,0-3,8; бор 0,005"О,1; креиний 1,6-3,0; фосфор 0,1-0,5; марганец 0,4-1,0; титан 0,02-0,3; хром

0,45-1,35; медь 0,3-1,0; ванадий

0,03-0,18, железо остальное.

Этот чугун из-эа высокого содержания углерода и кремния имеет низкие механические свойства в отливках мас" сивных сечений, а из-за повышенного

ÄÄSUÄÄ 1705394 A 1

2 деталей, работающих в условиях повышенных нагрузок и износа трением.

Цель изобретения - повышение механических свойств и износостойкости от" ливок массивных сечений. Предлагаемый чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, олово, фосфор, ванадий и железо, дополнительно содержит медь, бор и барий при следующем соотношении .компонентов, мас.Ф: углерод

2,8-3,2; кремний 0,8-1,4; марганец

0,5-1,2; олово 0,02-0,08; фосфор 0,150,50; ванадий 0,15-0,50; медь О,р-1,2;бор 0,02-0,07; барий 0,01-0,03; железо остальное. - 1 табл. содержания хрома, титана, ванадия и фосфора склонен к образованию повышенного количества фосфидной эвтектики, придающей отливкам повышенную склонность, к образованию усадочной пористости, снижающей их свойства.

Известен чугун, содержащий, мас.Ф: O углерод 2,8-3,6; медь 0,8-1,2; кремний 0,9-3,0; олово 0,06-0,14; марга- (;д нец 0,3-1,0; железо остальное. С0

Известный чугун из-за высокого 4:ь содержания углерода и кремния имеет низкие механические свойства в отливках массивных сечений.

Наиболее близким к предлагаемому является чугун, содержащий, мас. : углерод 2,8-3,5; ванадий 0,05-0,5; кремний 1,0-2,0; титан 0,03-0,18; марганец 0,2-0,9; олово 0,001-0,02; фосфор 0,7-1,5; железо остальное.

Укаэанный чугун из-за высокого содержания углерода и кремния имеет низ-

1705394 кие мехами«еские свойства в отливках, массивных сечений, а из-эа повышенного содержания фосфора, ванадия, титана и олова склонен к образованию большого количества фосфидной эвтектики, придающей отливкам высокую склонность к образованию усадочной пористости и усадочных раковин, приводящих к их браку.

Целью изобретения является повышение механических свойств и износостойкости отливок массивных сечений, Указанная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, ванадий, олово и железо, дополнительно содержит медь, бор и барий при следующем со" отношении компонентов, мас.ь: углерод 2,8-3,2; фосфор 0,15-0,5; кремний 0,8-1,4; ванадий 0,15-0,5; марганец 0,5-1,2; бор 0,02-0,07; медь 0,3-1,2; барий 0,01-0,03; олово 0,02-0,08; железо остальное.

Содержание компонентов в предлага- >5 емом чугуне и их пределы выбраны исходя из установленного исследованиями их влияния на структуру H свойства

1отливок массивных сечений.

Углерод и кремний при увеличении их содержания способствуют увеличению содержания в структуре отливок феррита и включений графита больших размеров, что приводит к снижению их свойств. Наиболее высокие свойства отливок обеспечиваются при предлагае- Ý5 мом содержании углерода и кремния, при этом наиболее благоприятным является следующее их сочетание: содержание углерода ближе к верхнему, а кремния - к нижнему пределу или наоборот. 40

Марганец при увеличении его содержания способствует перлитизации чугуна и повышению его свойств, однако ,при его содержании сверх 1,2 мас.3 в 45, структуре отливок образуются свобод ные карбиды, снижающие их прочность и повышающие износ трением работающих в паре с ними деталей. Нижний предел содержания марганца выбран ио

50 ходя из того, что используемая для выплавки чугуна шихта вносит около

0,54 его содержания в чугуне.

Медь при увеличении ее содержания способствует увеличению содержания в структуре отливок перлита, что приво55 дит к повышению их свойств. Однако при увеличении ее содержания сверх

1,2 мас.% она способствует повышенной графитизации чугуна, что приводит к снижению свойств отливок, Олово при увеличении его содержания способствует увеличению содержания в структуре отливок перлита,что повышает их свойства, однако увеличение его содержания сверх 0,08 мас. + приводит к появлению в структуре отливок хрупких эвтектик, снижающих их прочность. фосфор при увеличении его содержания приводит к образованию в структуре отливок фосфидной эвтектики, повышающей их твердость и износостойкость, однако увеличение его содержания сверх 0,5 мас.1 приводит к повышенной склонности отливок и образованию усадочной пористости и усадочных раковин и снижению их прочности, Ванадий при введении его в чугун легирует и измельчает перлит и фосфидную эвтектику, что приводит к повышению механических свойств и износостойкости отливок, Однако увеличение его содержания сверх 0,5 мас. способствует образованию свободных карбидоя, что приводит к снржению прочности и склонности к образованию усадочной пористости отливок и повышенному износу трением работающих в гире с ними деталей.

Бор способствует образованию иелкодисперсной карбонитридной фазы и иэмельчению структуры чугуна, повышающих свойства отливок.

Особенно благоприятным является влияние бора на свойства отливок массивных сечений, склонных к обраэова" нию крупнокристаллической структуры, однако увеличение содержания бора сверх 0,07 мас.ь приводит к появлению в их структуре свободных карбидов, снижающих их свойства.

Барий способствует графитизации чугуна. его влияние особенно благоприятно сказывается IlpH совместном его введении с ванадием, способствующим отбелу чугуна, однако увеличение его содержания сверх 0,03 мас.Ф приводит к образованию в структуре отливок включений графита больших размеров, снижающих их свойства.

В состав предлагаемого чугуна дополнительно введены медь, бор и барий.

Медь введена с целью перлитизации чугуна, что особенно важно для orпитео массивных сечений, имеющих склонность к снижению содержания . перлита.

17053

Бор введен с целью измельчения структуры чугуна и образования в ней ! карбонитридной фазы, повышающих его свойства, что ocobe!!iso важно для от5 ливок массивных сечений, склонных к образованию крупнокристаллической структуры, снижающей их свойства.

В предлагаемом чугуне содержатся ванадий, бор и иарганец, повышающие его склонность к отбелу и образованию в структуре отливок свободных карбидов, снижающих их свойства. Для нейтрализации их влияния в предлагаемый чугун дополнительно введен барий, 1 являющийся сильным графитиэатором чугуна.

Дополнительное введение в предлагаемый чугун меди, бора и бария способстзует повышению механических свойств и износостойкости отливок массивных сечений как вследствие благоприятного влияния каждого из них, так и вследствие наиболее полного проявления под их воздействием по»!;.;итель- 25 ного влияния других компонентов чугуна.

П р и и е р. Для получения предлагаемого чугуна были изготовлены четыре смеси ингредиентов. 30

Химический состав, механические свойства и износостойкость отливок изготовленных из известного, базового и предлагаеиого чугуна, приведены в таблице.

Механические свойства определялись стандартными методами, износостойкость

l оценивалась относительно чугуна перлитного класса при фрикционном трении при удельном давлении 5 МПа и скорости скольжения 1,5 м/с.

Результаты испытаний показали, что наиболее высокие свойства отливок массивных сечений достигаются при изготовлении их из предлагаемого чугуна (примеры 4-7), при этом механические свойства их выше на 35-401, а износостойкость - в 1,5 раза.

Выплавку предложенного чугуна можно осуществить в электропечах или дуплекс-процессом вагранка+электропечь.

Формула и э о б р е т е н и я

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, олово, фосфор, ванадий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения механических свойств и износостойкости отливок массивных сечений, он дополнительно содержит медь, бор и барий при следующем соотношении компонентов, мас.ь:

Углерод 2,8 3,2

Кремний 0,8-1,4

Марганец 0,15-1,2

Олово 0,02-0,08

ФосФор 0,15-0,50

Ванадий 0,15-0>50

Медь 0,3-1-2

Бор 0,02-0,07

Барий 0,01-0,03

Железо Остальное

170(394 о

1и о о и

oz с((и

I

«4 и

Ф и

«t а а

U S

О 44

С Z

О сч

Т 3

О 11 1

1 О 1

I LA I

I 1

1 1

1 1

I Т с

I О

1 О

1

I

1 (:

1 Е

1 <Т

"О

I дZ 1

1 Т е . у с, Ф 1 С 1 <О

1- 1 Ф О и t-

Т t u

О! 0У

Ф 1 Z О и 1 3 Ф

1 О

9 1 Q

Т 1 C и 1 1 (4 1 <

У < 1 Ю

Т 1 L(!

Т I

fg I (Ф 1

1

1 !

I

I 1

I 1 О

1 1 Ч;! ! I

1 1

1 I

1

I

L

1 Ю

1 1

I 1

L(<

<Л м

<«4

< — —

I (Ю

I м !

Ю

<ч

Cl

<с\

<ч

1О

<4

Z л Т

Y О

Z сс<

О

IY

И О

О Ф

Ct X а с

Ф

l1

1 О I

< Ю 1

1 1

I 1

1 1

Г 1

1

1 Ю

1 М

Ю сЧ

1 1

1 1

1 I

4 1

t 1

1 I

1 1 Ф

1 I 04

1 1

I 1 !

I 1 3 ! 1

1 1

1 1

1 1 ! 1

1 1

1 1

I Ж I

1 ° 1 и <

1

1 Z 1 Л

1 1

1 ° 1

1 Ф 1

1 «! 1

1 1- 1

1 О I

1 О 1 O

I U 1

>Т 1

I X I х

1 U I

1 Т I

I Z

1 Т 1

1 Х 1

I I

1 1 Д

1 1 (I

1 1

1 1

I 1

1 1 4

I <Л

I 1

1 1

I ! 1

1 I

1 <

I 1

1 -т — а а

1 <: Т

Z

Ъ<

Х

С

Z 1

l о !

О

О и

4)

C(I

I

I

1 !

O

О

° 43

С(1

1

1

1

Ю

Cl м

СО

С(О1 с 4

< 4 м

1

1

1

I

I

I

1

I

1

1

I

I

I

I

<

1

1 !

1

1

I

1 !

I !

I

1 (1

1

1 !

l

I I

О 1- Ф т и I

0i С О U

О. С

Л Э О С 1

J C Z Y I

1

<4 < л л сО О -Ф

1 с 4 сЧ <Ч сЧ М сЧ

ЛМСО<О ЛСО

cC «<,О <с< m (.4 < 4 <4 сЧ I

1 о сч -- m сч

О СО I7l <О (Ч 1

СЧ СЧ С 4 <Ч СЧ CV 1

1 м а <(< о м<Т< мо т

<ч сч мм.мсч

1

D сЧ Î IA СЧ О.С<М<С< С< тЛ сч ммммсч!

<О ммс(<о w

CI 0«ОсО«0 1

<Ч сч I

1

О Еч МЛОЧ .(.О -Т М Ч <Ч О (Ч <Ч <Ч <Ч с 4 <«4 1!

МО Сч L(

О< л о <с< т м

<ч(Ч<Ч<Ч(Ч<Ч I

1 м-о- ам !

СЧ О СГ <О Л СС< м м <ч сч <ч сч

1! I 1 I 1 1

Т ТО О сЧ ло сч м<а

ОООООО pl a " "a ««

JOOOOOO

° Т л ми

3 ° (Ч Ф <4<ЛО I

ЭООООО ° ф a « ° ° (OOOOOO 1 сI с l

Э <Л <С< Л СО Р В t а о - сч м с<<«о !

C « ° a I

ОООООО I

СЧ -й О(о ct 1

ООООО 1

DOOOOO I

ЮОО(ЧОСЧ!

МС\СО СЧ-т 1

° " 1

I ОООО»» I

-Т I

<<< СС< Л О <

СЧ О (Ч М«"<Л

ОООООО

1 оо мо о

-т (с< л с сч -т

ОООО 1

I (ЧОИ<ОЛ(Lh L0 CO О < 4 - <С\ 1

ЮОО 1

1

О О О "0<О О 1

С«4 <О СО <Т< D СЧ М !

М СЧ сЧ CV м М М

СЧ М-Т LA<О ЛCO 1