Чугун
(72) Авторы изобретения
В. A. Грачев, В. В. Спасский, В. А. Купряшин, Г: А. Косников, О. М. Ковалев, 3. М. Ройфберг, Е. 9. Исаев, Н-.К Батурин, А. А. Толстой, Е. С. Лазарев, В, В Тимкин и Н.,A.-Гор as ,/
Пензенский политехнический: институт
Р (7!) Заявитель (54) ЧУГУН
Изобретение относится K металлургии в частности к изысканию термо- и износо1 стойких чугунов, применяемых для изготов ления ответственных деталей двигателей внутреннего сгорания методом литья.
Известен чугун (1 ), содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, серу хром алюминий, бор, молибден и железо, который применяется для изга товления седел клапанов двигателей внутреннего сгорания в следующем соотношении, вес. %:
Углерод 2,4 - 2,8
Кремний 1,8-2,3 . Хром 1,3-2,0 фосфор О,Д-0,5
Марганец О, 5-0,8
Алюминий 1,3-1,6
Молибден 0,3-0,6
Вор 0,001-0,0025
Сера Не более 0,1
Железо Остальное
Указанный чугун имеет высокую твердостьСМ50 НЙС), изностойкость и росто2 устойчивость при температурах до 700 .
Однако чугун плохо обрабатывается, имеет пониженную термостойкость и црочность.
s . Наиболее близким по технической сущ- . ности и достигаемому эффекту является чугун (2, предназначенный для изготовления вставок двигателей внутреннего сгорания. С целью повьппения прочности
> :è износостойкости он легирован ванадием при следующем соотношении ингредиентов, вес. %:
Углерод 3,5-4,25
Кремний 2,0-3,0 . Марганец 6,0-8,0
Алюминий 1,0-1,25
Хром О, 1-0,2
Ванадий О, l5-0;3
Железо Остальное
Чугун имеет предел прочности на изгиб 38-43 кт./мм, твердость НВ х
223-289 кгlмм + стрелу прогиба
4-5 мм.
3 9814
Структура чугуна состоит из аустени--та, карбидов и большого количества . графита. ОднакЫ иазанный чугун имеет недостаточно высокие прочностные свой ства, ростоустойчивость и износостойкость при повышенных температурах.
Целью изобретения является повы,шение прочности, ростоустойчивости, износостойкости.
Указанная цель достигается тем, что . 1а в чугун. содержаший углерод, кремний, марганец, алюминий, >ром, ванадий и железо, дополнительно введены азот и бор, при следуюше% соотношении ингре-, диентов, вес.%
1$
Углерод 3,5-4,0
Кремний 0,5-2,0
Марганец 1,5-2,0
Алюминий 1,0-2,5
ХРоМ 0,2-0,3
М
Ванадий 0,2-0,5
Азот 0,015-0,03
Бор 0,001-0,0025
Железо Остальное
Чугун имеет структуру, содержащую легированный феррит, сложные эвтектикн, карбиды и нитриды, Термическая стабильность указанной структуры значительно выше, чем у чугуна с основой из марганцевистого аустенита. . 30
Содержание углерода и кремния лимитируется суммой C +Si в пределах
5,0-6,0. Снижение этой суммы ведет к снижению обрабатываемости, увеличение — приводит к образованию при комп.
3$ лексном действии на металл углерода, кремния и алюминия, повышенного количества графита, приводящему к снижению ростоустойчивости и увеличивающему склонность чугуна к высокотемператур-:
4© ному окислению.
Алюминий, как графитизатор, уравнов шивает карбидостабилизирующее действие
: комплекса марганец — хром — ванадий, а с другой стороны - резко повышает стабильность металлической матрицы и
< 4$ ее устойчивость к воздействию повышенных (до 800 С) температур.
Верхний предел содержания алюминия по мере его увеличения сверх 2,5% ли- . митируется быстрым снижением ростоустойчивости сплава. Кроме того, способствует повышению теплопроводности.
33 ф
Ванадий при его содержании свыше
0,2% повышает механические свойства чугуна и его износостойкость путем о( разования комплексныхэвтектик и карбидов, однакоприсодержанииванадия 0,5%: небольшое повышение свойств уже не компенсируется и ведет к удорожанию шихтовых материалов.
Введение небольших количеств азота и бора не оказывает существенного влияния на .структуру металлической матрицы но приводит к образованию большого количества мелкодисперсных нитридов и карбидов, равномерно распределенных в металлической основе, что повышает износостойкость сплава.
Чугуны выплавляют для изготовления седел клапанов тракторных двигателей.
Плавку ведут в кислой индукционной печи ИСТ 0,06, в качестве шихтовых материалов используют стальной лом: передепьный чугун ПВК-З„углеродный бой электродов дуговых печей, азотированный ферромарганец, форрохром, феррована дий, первичный алюминий и борную кислоту.
В таблице приведены составы и свой ства чугунов.
Относительную износоустойчивость определяют при трении скольжения (без качения) на машине трения МИ1М при отсутствии смазки. В качестве контроля используют кольцо из стали 45. Величину относительной ростоустойчивости определяют на дилатометре Шевенара по отношению к известному чугуну.
Прирост массы определяют на цилиндрических образцах при нагреве их на воздухе в муфельной электропечи до
4 =950 С. Время выдержки при данной температуре составило 10 ч. Как видно из приведенной таблицы, предлагаемые чугуны имеют прочность на разрыв s среднем на 38% больше, износостойкость при сухом трении - на
34% выше, ростоустойчивость в диапазоне рабочих температур — на 28%. Стойкость к высокотемпературному окиалению у предлагаемого чугуна примерно в 2 раза выше. При этом обрабатываемость чугуна в связи с повышением его твердости ухудшается незначительно, 98i433 о о о Ф
fQ
О3 о о !
СЯ о
Щ
СЧ о
tQ с!
О! о
Ф
СЧ
О3 о
СЯ о
СЯ с4 .о" о
Ф о 0 а Я { о о
Я
Т-{ о
С9
° 1
t о
° -{
Щ
Р { о -1
Ф{ о о "{ о (О 3 с о"
tO о
СЧ р! СO о
СЧ
С0 о"
Щ о
С9
СЯ
1! а
I!
f а !
I а
Я
О3 о о о т-1 о о о
Т-{ о о о с4 о о о
Cg
О о о
СЧ о о о
tO
Ф { о о
Щ
° 1 о о
С9
Ю о
С! о о
0) о о
03 о о
С9 о. c4 о"
Ф о!
О о 3 о
0) о
Я о"
0) о". С9 о
С9 о
С9 о (Ч о о
0) о
03 о СЯ о о { о
Р-1 о
О3 о
СЯ о
СЯ о
СO о
СЯ о
Р3
tQ о"
СО { о
Я (Q (О
Ф
М
3 о о
3
11
Ф а
Ф о
3 !
СO СО т-1 т { о о" со- о
6) Ф о о
CD C0
7 981433 8
Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я Алюминий 1,0-2,5
Хром 0,2-0,3
Ванадий 0,2-0,5
Азот 0,015-0,03
5 Бор 0,001-0,0025
Железо Остальное
Источники информапии, принятые во внимание,при экспертизе
Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, алюминий, хром, ванадий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности, ростоустойчивости и иэносостойкости, он дополнительно содержит,азот и бор при следуюшем соотношении ингредиентов., вес. %: Углерод 3,5-4,0
Кремний . 0,5-2,0
Марганец 1,5-2,0
1ð 1 Авторское свидетельство СССР № 359292, кл. С 22 С 37/06, 1972.
2. Авторское свидетельство СССР
¹ 353994, кл. С 22 С 37/10, 1977.
Составитель Г. Дуднк
Редактор М. Товтин Текред МГергель Корректор M. Демчик .
Заказ 9640/40 Тйраж 660 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ф-35, Payatcaas наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
