Чугун
С. Н. Леках, Ю. П. Белый, В.ф. Дурандин, А. Г. С
Е.И.Шитов и Н.И.Кочетков (72) Авторы изобретения
" A I .!! т;1 0» у 1
Белорусский ордена Трудового Красного Зн политехнический институт (7I) Заявитель (54) ЧУГУН
Изобретение относится к металлургии, а именно к составам чугунов, и может быть использовано при производстве сложных разностенных отливок, .обладающих высокой и равномерной прочностью и износостойкостью при удовлетворительной обрабатываемости резан:ем.
Известен чугун следующего химического состава (11, вес.3:
Предел прочности кг/ммо
Твердость, НВ
Относительная износостойкость
12,5 15,2
485-525
128-153
Данный чугун обладает следующими свойствами:
Углерод
Кремний
Марганец
Хром
Титан
Ванадий
Алюминий
Медь
Азот
Железо
2,6-3,8
0,6-2,5
0,33-1,5
0,09-1, О
0,02-0,4
0,03-0,3
0,02-0,3
0,02-1,0
0,005-0,04 .
Остальное
Недостаток чугуна — низкая прочность. о
Известен также чугун следующего химического состава (2 ), вес.4:
Углерод 2,8-3;8
Кремний 0,35-2,0
Марганец 0,2-1,2
Хром 0 5-2,5
Никель 0,8-3,6
Ванадий 0,08-0,15
Азот 0,015-0,04
Железо Остальное
Данный чугун имеет следующие свойства:
Предел прочности при изгибе, кгс/мм 44
Предел прочности при растяжении, кгс/мм
Износ, мм
22,5
2,0
2,9-3,5
1,7-2,5
0,3-0,8
0,05-0,3
0,05-0,3
0,03-0,3
0,005-0,02
0,005-0,03
0,02-0,15
0,00 1-0,02
Остальное примеси, вес. : до 0,08 до 0,15
Углерод
Кремний
Марганец
Хром
Никель
Ванадий
Азот
Церий
Титан
Кальций
Железо
Чугун содержит
Сера
Фосфор
2,9-3,5
1,7-2,7
0,3-0,8
0,1-0,5
0,05-0,3
0,15-0,5
0,005-0,03
0,005-0,02
0,001-0,1
Остальное
Углерод
Кремний
Иарганец
Хром
Никель
Ванадий
Азот
Церий
Алюми ний
Железо
Предел прочности на изгиб, кгс/мм .
Предел прочности на разрыв кгс/мм
Твердость, НВ
Отбел, мм
50- 56
26-29
210-235
3-6
Известный чугун имеет в своем составе повышенное содержание сильных карбидообраэующих элементов (хрома, ванадия), что в совокупности с леги" рованием азотом и марганцем способствует образованию отбеленной струк туры в сечениях отливок с толщиной стенок до 10 мм. Напротив, в массивных сечениях свойства сплава имеют невысокие значения ввиду неравномерности структуры по сечению отливки.
Наличие цементита резко ухудшает обрабатываемость отливок" и вызывает ускоренный износ пары трения. Указанные недостатки делают невозможным приме нение данного материала для таких массовых отливок, как гильза двигателя внутреннего сгорания, корпусные детали автомобилей и тракторов, подвергаемых большому объему механической обработки.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является чугун следующего состава (3), вес.4: о
Чугун обладает следующими свойствами:
Недостаток чугуна - низкая прочность. Твердость отливок в разных
1784 4 толщинах стенок отливок (5,20 и
40 мм) изменяется 262,234 и 210, соответственно.
Цель изобретения - повышение прочности и равномерности распределения твердости в отливках с толщиной стенки от 5 до 40 мм.
Для достижения указанной цели в состав чугуна, содержащего углерод, 10 кремний, марганец, хром, никель, ванадий, азот, церий и железо, дополнительно введены титан и кальций при следующем соотношении компонентов, вес.3:
30 ! Введение в состав чугуна церия (0,005-0,033) совместно с кальцием (0,001-0,024)позволяет за счет образования дополнительных центров графитизации (сульфиды, окислы, нитриды) снизить величину отбела. Титан в количествах 0,02-0,154 способствует измельчению графитных включений в отливках с толщиной стенки от 5 до
40 мм. Верхний предел по титану ограничен ввиду ухудшения жидкотекучести чугуна.
Изменение концентрации хрома (0,05-0,34) определяется необходимостью получения структуры серого чугуна в отливках с толщиной стенки от 5 до 10 мм без первичного цементита. Это приводит к улучшению обрабатываемости отливок резанием.
Il р и м е р. Для получения чугуна выплавляют 3 состава предлагаемого и один известного чугуна. Плавки проводят в 40 кг индукционной печи с кислой футеровкой. В качестве шихтовых компонентов применяют литейный чугун
55 (марки ЛКЗ), стальной лом, ферросплавы марганца, хрома, никеля, титана, ванадия. Азот вводят в конце плавки в виде азотированного ферромарганца. Це5 9 рий и кальций вводят в ковш непосредственно перед заливкой металла в формы.
Для определения структуры и свойств сплавов заливают ступенчатые плиты с тощиной стенок от 5 до 40 мм, клин на отбел и стандартные образцы диаметром 30 мм и длиной 300 мм.
Износ определяют линейным методом в режиме сухого трения скольжения в паре трения с серым чугуном СЧ21-40 в виде суммарного износа образца и .контртела, мм.Полученные результаты представлены в табл. 2.
В табл. 1 приведен химический состав предлагаемого и принятого за прототип чугунов; в табл. 2 — их механические свойства.
Как видно из табл. 1 и 2, изменение концентрации хрома, никеля и ванадия, а также дополнительный ввод церия, кальция и титана существенно повышают прочность отливок при снижении их твердости, выравнивают
:,структуру и свойства по сечениям от-! ливки, снижают склонность чугуна к
I ,отбелу. При этом значительно снижается суммарный износ пары трения.
Сплав предлагаемого состава имеет в структуре мелкодисперсный перлит
31784 6 и измельченный графит. Включения цементита и феррита отсутствуют.
Оптимальный состав сплава содержит ингредиенты в концентрациях, соответствующих сплаву 3 в -табл. 1.
Технология получения предлагаемого сплава заключается в сплавлении. компонентов в электрических печах, введе- нии легирующих элементов с помощью соответствующих ферросплавов и модифицировании перед заливкой церием и кальцием. Насыщение азотом может производиться помимо азотированных ферросплавов за счет плазмы электродуговой печи, а также при плазменно-индукционном переплаве с использованием азота в качестве плазмообразующего газа.
20 1
Оптимальными областями применения предлагаемого чугуна являются гильзы .двигателей внутреннего сгорания, тормозные барабаны, сложные разностенные
2s отливки тракторов и автомобилей. Экономическая эффективность от применения предлагаемого чугуна составляет около 15 руб. на тонну отливок за счет повышения эксплуатационной нащ дежности деталей.
Ю
Ю
ГЧ
Ю
Ю
LA
Ю л
ГЧ
CD
LA
Ю
Ю
ГФ !
Ю л
ГЧ
Ю л
Ю!.Г\
OO
Ю л. CD
Ю л
lA
ГО л
ГФ л ь
ГГ1
CD
1Х\
ГГЪ
CD
LA
CD
Ю
Ю м
CD
CV
Ю л
Ю
I
1
I
I! лл
LA
CD л
LA
ГО л
СО
Ю О
Г
Ю О л
CD л л
LA л (Ч
Ю (Ч
1
1
Г м
° л
ГЧ
X
1о
1о
О.
Е:
lg >+
>
0 т
Э Ф
CL Ф с 1C с
Ю
63 о
IФ
Э с !!!
Э
X
rg
CL
Э
СС о
I ф
I 1
I I
1 I
I C1I I о
I 1
I 1
à — 1
1 I
1 ° гЧ 1
1 -i I
1 I
1 I
1 1
1 I
1 I
1 ч
О
1 I
1 I
I 1
1 I
1 1
I Q I
I I
I 1
1 1
I 1
I 1
I + I
I 1
I 1
1 I
3 — — (! 1
1!! 1 ! 1
1 1
I U) 1
1 1
1 1
\ 1
931784
931784
С> бЧ
С> (Ч (Ч
Ю (Ч (Ч
Ю (Ч
-а. м (Ч
Ю (Ч
Ю
СЧ
Ю м (Ч
М
КР (Ч
CD
IA (Ч
CD
lA (Ч
Ю
СЧ (1
I
1
I
1
1 !
1
1
1
» о о х
Я
ОО
Ю
A бЧ
E с
Э
IO (» о
I- 1
>Я
1
I
° б 1
Ю м с
X (о (о а
1::
Cg >X х
О>
О>
Ф Э а е
I
I
1
1 м
Is o а с s
CQ Z
r e
1о
Ьо е о r
ct X а и е с
Ф О
1- I(С4
1 X
l бр о
I L
1 Х
1 . 1
1
С4
1 E
1 6Ъ
1
1 Х
I I
1 1
1 I
1 1
I 1
1 Ю I
1 - 1
s Г
М I I
Ф
Ю
1 (Ч 1
1 I
1 ! 1
1 IA I
1
1
I
1
1
1
1
1
1 (I !
1
1 ! !
I
l
I !
1
1
1
1
1
1
1
I
1
I
1
1 !
I (1
1
1
1
1
1
I .1
I
1 !
1
931784
12 формула изобретения
0,05-0,3
0,03-0,3
0,005-0,02
0,005-0,03
0,02-0,15
0,001-0,02
Остальное
Никель
Ванадий
Азот
Церий
Титан
Кальций
Железо
Составитель Г.Дудик
Редактор С.Юско Техред Ж. Кастелевич Корректор C.tJeKMap
Заказ 3670/34 Тираж 657 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва,Ж-35, Раушская наб.,д.4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, азот, церий и железо, о т л и ч а ю - s шийся тем, что, с целью повышения прочности и равномерности и распределения твердости в отливках с толщиной стенки от 5 до 40 мм, он дополнительно содержит титан и кальций при следующем соотношении ингредиентов, вес.4:
Углерод 2,9-3,5
Кремний 1,7-2,5
Марганец 0,3-0,8
Хром 0,05-0,3
Источники информации,! принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
N 785376, кл. С 22 С 37/10, 1979 °
2. Авторское свидетельство СССР
Ю 428031, кл. С 22 С 37/00, 1972, 3. Авторское свидетельство СССР по заявке У 2806281,кл.С 22 С 37/10,1979
