Чугун

 

Область применения: производство чугунных отливок-деталей для работы в узлах трения. Сущность изобретения заключается в дополнительном вводе в состав чугуна NI и V при следующем соотношении компонентов , мас.%: С 2,5-4,5; Мп 0,2 - 0,6; AI 2 - 10, Си 1 - 12; Се 0,1 - 0,2; Ni t,5 - 2,5; V 0,1 - 0,3; Fe остальное. Дополнительный ввод Се, Ni и V позволяет повысить износостойкость чугуна в 1,6 - 1,8 раза и прочность в 1,21 - 1,46 раза. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ .СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4860448/02 (22) 28.06.90 (46) 30.06.92. Бюл. № 24 (71) Институт проблем литья АН УССР (72) Ю.Г. Бобро, В.И. Тихонович, В.Г. Новицкий и Q.È. Коваленко (53) 669.15-196(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1258865, кл. С 22 С 37/00, 1985, Авторское свидетельство СССР

¹ 432223, кл. С 22 С 37/10, 1972. (54) ЧУГУН

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к сплавам на основе железа, используемым для работы в узлах трения.

Известен чугун, содержащий, мас.$. углерод 3,0 — 3,5; кремний 0,8 — 1,4; марганец

0,3 — 0,5; никель 1,5 — 5,0; цирконий 0,05—

2,0; железо остальное.

Чугун обладает высокой коррозионной стойкостью за счет дополнительного легирования цирконием, но наличие g С, Мп, Ni элементов, способствующих расширению области существования у -фазы, отрицательно сказывается на износостойкости чугуна при сухом трении скольжения, так как в процессе трения происходит диффузия этих элементов в приповерхностном слое трения, что приводит к стабилизации аустенита и тем самим к схватыванию, Известен чугун, содержащий, мас, : углерод 2 — 4; кремний 1 — 6; марганец 0 1 — 1 ; алюминий 0,1 — 10; титан 0.1 — 10; кальций

0,0001 — 0,1; железо остальное. Ы 1744140 А1 (57) Область применения: производство чугунных отливок-деталей для работы в узлах трения. Сущность изобретения заключается в дополнительном вводе в состав чугуна Nl и V при следующем соотношении компонентов, мас.%: С 2,5 — 4,5; Мп 0,2 — 0,6; Al 2 —. 10, Си 1 — 12; Се 0,1 — 0,2; Ni 1,5 — 2,5; V 0,1—

0 3; Fe остальное. Дополнительный ввод Се, Nl u V позволяет повысить износостойкость чугуна в 1,6 — 1,8 раза и прочность s 1,21—

1,46 раза. 1 табл.

Чугун обладает высокой износостойкостью в условиях трения скольжения, но высокое содержание кремния приводит к графитообразованию при эвтектоидном и эвтектическом превращениях и, следовательно, к увеличению количества и размеров графита и легированного феррита в литой структуре, В ысокая хруп кость высококремнистого феррита, а также грубая форма графита вызывают снижение механических свойств, что не позволяет использовать его для отечественных деталей узлов трен ;я.

Наиболее близким к предлагаемому является чугун, содержащий, мас.%: углерод

2,8 — 4,0; кремний 1.5 — 3,0; марганец 0 — 0,6; хром 0.5.— 2,5; алюминий 0,5 — 3,0; медь 0,2 — 2,0; магний 0,01 — 0,1; кальций 0,02 — 0.1: примеси (фосфор и сера) до 0,1; железо ос.. тальное.

Благодаря содержание сильных ферритообразующих элементов; таких как кремний, алюминий и хром, чугун имеет ферритную структуру металлической матрицы, которая не.претерпевает фазовых пре1744140 вращений при нагреве и обеспечивает ему высокую окалиностойкость при 750 С.

Однако сплавы с ферритной структурой металлической матрицы не обладают высо- кой износостойкостью, имеют низкие физи ко-механические свойства.

Цель изобретения — увеличение иэносостойкости при трении скольжения и предела прочности при изгибе.

Поставленная цель достигается тем, что в чугун, содержащий углерод; кремний, марганец, алюминий, медь и железо; дополнительно вводят никель, ванадий и церий при следующем соотношении ингредиентов, мас, : углерод 2,5 — 4,5; никель 1,5 — 2,5; марганец 0,2 — 0,6; алюминий 2 — 10; медь 1—

12; ванадий 0,1-0,3; церий 0,1-0,2; железо остальное.

В качестве неизбежных примесей присутствует фосфор (0.01 — 0,15%): сера (0,001—

0,03%); марганец (0,2 — 0,6%); кремний (0,2—

0 4%)

Введение 1,5 — 2,5 никеля, который оказывает сильное влияние на расширение .существования y области (аустенита) и превышает его устойчивость при охлаждении совместно с повышенным по сравнению с известным содержанием меди (1 — 12%), обеспечивает получение в.литом состоянии перлитной структуры и, как следствие, повышение износостойкости. Чугун с перлитной структурой металлической матрицы можно подвергать упрочняющей термической обработке и тем самым повышать износостойкость по сравнению с литым состоянием.

Кроме того, легирование никелем приводит к увеличению плотности чугуна, измельчению графита, что способствует повышению физико-механических свойств.

Легиров ие никелем менее 1,5 не приводит к существенному увеличению физико-механических свойств чугуна, а введение никеля более 2,5% приводит к увеличению количества аустенита в литом состоянии, что отрицательно сказывается на иэносостойкости чугуна, так как отличается схватыванием.

При введении церия 0,1 — 0,2% проявля. ется его наибольший модифицирующий эф-. фект. что приводит к сфероидизации графитной фазы. Кроме того, в таких количествах он оказывает рафинирующее действие на жидкий расплав, что существенно улучшает служебные свойства чугуна и увеличивает выход годного, Введение церия менее 0,1 не оказывает модифицирующего эффекта, более

0,2 приводит к отбелу чугуна и ремодифи20

25 обеспечивает такие свойства, которые они проявляют в предлагаемом составе чугуна, а именно повышение износостойкости при трении скольжения, предела прочности при

30 изгибе.

Предлагаемый чугун выплавляют в индукционной печи типа ИСТ-0,06. В качестве шихтовых материалов используют однородный стальной лом с известным химическим

50

5

15 цированию, что снижает пластичность и затрудняет механическую обработку.

Введение ванадия в пределах 0,1-0,3% способствует измельчению зерна за счет образования карбонитратных фаз, а частичное растворение в первичном кристаллизующемся аустените способствует вторичным процессам упрочнения. Введение ванадия менее 0,1% не вызывает модифицирующего эффекта, а более 0,3% приводит к выделеwe крупных карбонитратов (VC)N, что приводит к укрупнению первичного зерна и ухудшению физико-механических свойств.

Сопоставительный анализ с известным чугуном позволяет сделать вывод, что предлагаемый состав чугуна отличается от известного введением новых ингредиентов, а именно церия, никеля, ванадия и процентным с соотношением их.

Анализ известных чугунов, используемых в литейном производстве, показал, что введенные в и редлагаемый состав вещества известны, однако их применение в этих чугунах в сочетании с другими компонентами и другим процентным соотношением не составом и гостированные ферросплавы

Чугун заливают в сухие песчаные формы.

Термообработку осуществляют по следующему режиму: изотермическая закалка от температуры аустенитиэации 840—

860ОС, иэотермическая выдержка 2 ч при

300 — 350 С, HRCý =32 — 38.

Для определения физико-механических свойств используют стандартные методики.

Все опытные и известный сплавы подвергаются испытанию на износостойкость при трении скольжения по схеме вал — вкладыш в среде смазки И-20А, ГОСТ 20799-75.

Vc< = 2 м/с, удельная нагрузка 5 МПа на машине М22М, Контртело — сталь 45, НВС = 32 — 35.

Химический состав и результаты испытаний приведены в таблице.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что предлагаемый чугун обладает в 1.3 раза большей иэносостойкостью, на 20 — 23% большей о,э по сравнению с известным, Ожидаемый экономический эффект от. применения предлагаемого чугуна составит

1744140 соотношении компонентов, 10

Ив, кг/нна иг/нн

И»теис»в» наиае»в., 39 ! и/и») Состав

Содеркание конно»виток, нас.8 и.

С Si 14I

НО Са Си

Иаеестнко

0,Ог Ост. 29О

2,0 2,0

30 25 04

0,05 0,05 1,О °

82 0,072

0,1

2,0

10,0

6,0

1,0

12,0

О редда гаеннд

3

5

2 ° 5

4,5

3,0

2,0

4,8

03 0,2

0,3 0,6

О, 3 0,4

0,3 0,3

0,3 0,3

1 ° О 1/5 12,0 2,5

6,0 . 2,О

0,7 1,2

13,О .3,О н

II

° н

° !

О,! О,! 0,01

0,30 0,2 О,!5

0,2 О,!5 О, 1

0,07 0 05 0,1

0,4 0,3 0,1

О, 001

0,03

0!02

0,01

0.02

О; 042

0,040

0 045

0,048

0,050

330 120

350 1!О

340 100

310 95

320 90

Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий

Редактор М.ПетроваЗаказ 2170 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

75 тыс. руб. в год за счет повышения износостойкости по отношению к известному, Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, марганец, алюминий, медь, железо, о т л и ч а ю щ и йс я тем. что, с целью увеличения износостойкости при трении скольжения, повышения предела прочности при изгибе в термообработанном состоянии, он дополнительно содержит церий, никель и ванадий при следующем мас. $:

Углерод

Марганец

Алюминий

Медь

Церий

Никель

Ванадий

Железо

2,5 — 4,5

0,2 — 0,6

2 — 10

1 — 12

0,1 — 0,2

1,5 — 2,5

0,1 — 0,3

Остальное