Чугун

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ н1 836187 ф (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 07.08.79 (21) 2806281/22-02 (51)М. Кл.З

С 22 С 37/10 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

Ф

Опубликовано 07.0681. Бюллетень Йо 21

Государственный комитет

СССР ло делам изобретений н открытий (53) УДК 669.13-018.2(088.8) Дата опубликования описания 070681

Д. Н . Худокормов, В. И . Довгопол, Ф. И ..Ковалев, В. П. Василенко, A.A. Филиппенков, Ю. П. Белый, С.H. Лехах, A.Ê. Кисляков, В.A. Радионов, В.П. Шамин,, A.Ã. Слуцкий и A И Х ам (72) Авторь1 изобретения

Белорусский ордена Трудовог политехничеакий институт, У исследовательский институт и Саранский литейный завод им. 50-летия ВЛ (71) Заявители (54 ) ЧУГУН

30

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам чугунов, и может быть использовано для полу,чения качественных отливок, обладающих высокой прочностью и износостойкостью.

Известны в литейном производстве высокоуглеродистые сплавы, содержащие кремний, марганец, хром, никель, ванадий, азот Г1 и Г2).

Указанные сплавы за счет комплекс-. ного легирования карбидообраэующими элементами, а также азотом имеют высокие механические свойства в массивных сечениях отливок. Однако вследствие значительной склонности к отбелу в тонких сечениях наблюдаются включения цемента, что снижает их прочность, ухудшает обрабатываемость отливок резанием.

Наиболее близким к предлагаемому является чугун (3) следующего химического состава, .вес.Ъ:

Углерод 2,8-3,8

Кремний 0,35-2,0

Марганец 0,2-1,2

Храм 0,5-2,5

Никель 0,8-. 3,6

Ванадий 0,08-0,15

Азот 0,015-0,04

Железо Остальное

Известный чугун имеет в своем составе повышенное содержание хрома, который в совокупности с ванадием, никелем и азотом способствует образованию отбеленной структуры в тонких сечениях отливок (толщиной стенки

5-8 мм). В то же время, в массивных сечениях отливок (толщиной свыше

40 мм) при содержании компонентов на среднем и нижнем пределах образуется структура половинчатого и серого чугуна соответственно. Указанная неравномерность структуры по сечениям снижает механические свойства отливок. Наличие включениЙ цементита в структуре серого чугуна снижает также суммарную износостой- кость пар трения скольжения из-эа абразивного действия выкрашивающихся при эксплуатации частичек метастабильной фазы (цемента). Известный чугун обладает плохой обрабатываемостью резанием.

Целью изобретения является создание сплава, обладающего высокой прочностью, износостойкостью и низкой склонностью к отбелу в тонких сечениях отливок.

836187

Таблица 1

Химический состав сплавов

Уровень содержа ния компонентов

Химический состав, вес.%

Mn Cr

Сплав

0 5

1,5

2,.5

0,8 0,08

2,2 0,.1

3,,6 О, 04 0,15

Для. этого в состав чугуна, содержащего углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, ванадий и железо, дополнительно введены церий и алюминий при следующем сротношении ингредиентов, вес.%:

Углерод 2,9-3,5

Кремний 1,7-2,7

Марганец 0,3-0,8

Никель 0,05-0,3

Азот 0,005-0,02

Ванадий . 0,15-0,5

Церий 0,005-0,02

Алюминий 0,001-0,1

XpqM 0,1-0,5

Железо Остальное

Чугун содержит примеси (вес.Ъ) сера до 0,08; фосфор до 0,15.

Введение в состав чугуна церия и алюминия позволяет за счет образования туг зплавких нитридов и других соединений, служащих дополнительными 20 центрами кристаллизации графита, значительно снизить склонность чугуна к отбелу. Помимо этого, вследствие зародышевого действия тугоплавких частиц резко иэмельчается эвтек- 25 тическое зерно в отливках и улучшаются механические свойства чугуна.

Повышенная концентрация ванадия в предлагаемом чугуне обеспечивает высокую дисперсность легированного перлита, обладающего прочной внутризеренной связью и меньшей склонностью к выкрашиванию на контактной границе пары трения. Снижение адгезионного взаимодействия пары трения обеспечивает более высокую ее работоспособность в условиях значительных скоростей и нагрузок. Ванадий в КоНцентрации 0,15-0,5 вес.Ъ значительно сильнее, чем хром усиливает поло.жительное влияние азота на структуру 40 и свойства чугуна. Это связано с упрочнением межзеренных границ карбонитридами ванадия. Изменение концентрации хрома и .никеля в сторону снижения определяется необходимостью 4 получения структуры серого чугуна в тонкостенных отливках, изготавливаеИзвестный Нижний 2 8 0,35 0,2

Средний 3, 2 1,0 О, б

Верхний 3,8 2,0 1,2 мых в разовых. песчано-глинистых формах.

Пример. Для получения чугуна выполнены пять составов, содержащих каждый 3,2 вес.Ъ углерода ; 2,0 вес.% кремния, 0,6Ъ вес. марганца и отличающихся один от другого концентрацией хрома, никеля, азота, ванадия, церия и алюминия, взятых на нижнем, верхнем и среднем пределах, а также ниже нижнего и выше верхнего уровней. Содержание железа при этом составляет дополнительно до 100 вес.Ъ в каждом сплаве. Для сравнительных испытаний использован известный чугун, содержащий 3,2 вес.Ъ углерода

2,0 вес.Ъ кремния О б вес.В марганца при концентрациях хрома, никеля, ванадия и азота на нижнем, верхнем и среднем пределах. Чугуны готовятся в тигельной индукционной печи, емкостью 40 кг с кислой футеровкой. В качестве шихты используются литейный чугун марки ЛКЗ, стальной лом, ферросплавы кремния, никеля, ванадия, хрома, церия, а также азотированный ферромарганец (5% азота) и алюминий, Ферроцерий и алюминий вводятся в ковш перед заливкой. Чугун заливают в разовые песчано-глинистые формы.

При этом определялись следующие параметры: предел прочности при изгибе (d„ ), при растяжении (68 ), твердость НВ на стандартных образцах диаметром 30 мм и длиной 300 мм.

Склонность к отбелу определялась путем заливки проб в клиновые формы со сквозной щелью, устанавливаемые на стальную плиту. Испытания на износостойкость проводили в режиме сухого трения скольжения в паре с улучшенной сталью 45 твердостью 45 HRC npu нагрузке 8 кг/см и скорости скольжения. 2,0 м/с. Износостойкость образца и всей пары трения оценивалась весовым методом в граммах за 1 час испытаний.

Полученные результаты представлены в табл. 1 и 2.

836187

Продолжение табл. 1

Химический состав, вес.В

Уровень

Сплав

С содержания компонентов

С . Si Ип . Cr и М

Се

0,005 0,001

0,01 0,05

0,02 0 1

0, 05

0,15

0,1

2,9

3,2

1,7 0,3

2,0 0,6

2,7 .0,8

Предла- Нижний гаемый

Средний

0 15

0,35

0,5

0,005

0,015, 0,03

0,3

Верхний" 3,5

0,3

0,5

Ниже нижнего

2,8 1,5 0,2 0,05 0,03 0,003 0,1 0,003 0,0008

Выше верхнего

2,9 0,9 0,6

0;6 0,025 0,15

0,4 0,04

3,6

Таблица 2

Механические свойства сплавов

Свойства

Уровень содержания компонентов

Сплав

Отбел, мм

Суммарный износ пары, г

6И, 6 8 I НВ, r/мм кг/мм кг/мм

25 220 14

22 280 18

18 300 23

Известныи Нижний 48

0,73

0,71

0,65

Средний . 42

Верхний

Нижний

Предлагаемый

54

3 0,57

4 (0,51

6 0,49

26 210

28. 229

Средний

Верхний

235

Ниже нижнего

3 О,б 19

205

Выше верхнего

29 250 10

0,5

Как видно из табл. 1 и.2 изменение концентрационных пределов хрома, никеля и ванадия,, а также дополнительный ввод церия и алюминия. существенно повышают прочность тонкостенных отливок и снижают склонность чугуна к отбелу.

Предложенное сочетание ванадия с азотом в комплексе с графитизирующими добавками церия и алюминия обеспечивает повышение иэносостойкости пары трения скольжения. При этом чугун обладает оптимальной твердостью,. позволяющей при высокой износо,стойкости проводить механическую обработку отливок инструментом нз быстрорежущей стали.. Структура предлагаемого чугуна полностью перлитная. Графит имеет мелкопластинчатую форму.

Дисперсность перлита и отсутствие первичного цемента обеспечивают высокую эксплуатационную надежность

45 пары трения при значительных нагрузках. Отмечена удовлетворительная прирабатываемость пары трения и низкая склонность к задирам.

Пределы содержания компонентов установлены исходя из получения наиболее благоприятного сочетания механических свойств, изностойкости и склонности чугуна к отбелу. Оптимальный состав сплава содержит (вес.В)

3,2 углерода; 2,0 кремния> 0,6 марганца; 0,3 хрома; 0,15 никеля, 0,015 азота; 0,35 ванадия; 0,01 церия; О, 05 алюминия.

Технология получения предлагаемо-.

d0 .го сплава заключается в расплавлении компонентов, насьацении расплава азотом путем введения азотированных ферросплавов либо других азотсодер кащих компонентов и обработка расп65 лава перед заливкой церием и алюми836187

Формула изобретения

Составитель Г. дудик

Редактор Т. Клюкина Техред С. Мигунова Корректор Г. Решетник

Заказ 2842/15 Тираж 681 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 нием с помощью чистых элементов либо их лигатур.

Предлагаемый чугун наиболее эффективно использовать для изготовления отливок, работающих в условиях трения скольжения, в частности тормозных барабанов и гильз автомобилей и тракторов. Зкономическая эффективность от применения предлагаемого чугуна составляет около 30 руб. на тонну отливок за счет снижения стоимости сплава и повышения срока службы деталей и узлов.

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, азот, железо, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения прочности, износостойкости и снижения склонности к отбелу, он дополнительно содержит церий и алюминий при следующем соотношении ингредиентов, вес.Ъ:

Углерод 2,9-3,5

Кремний. 1,7-2,7

Марганец О, 3-0,8

Хром 0,1-0,5

Никель 0,05-0,3

Азот 0,005-0,03

Ванадий О, 15-0, 5

Церий 0,005-0,02

Алюминий, 0;001-0,1

Железо Остальное

Источники информации, принятые во внимание при .экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 622362, кл. С 22 С 37/00, 1979.

2. Патент США Р 3909252, кл. 75-136, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 428031, кл. С 22 С 37/00, 1975.