Чугун
Иллюстрации
Реферат
ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец фосфор, хром, никель, медь, ванадий, молибден, гитан, алюминий и железо, о т л и ч a ю ta и и с я тем, что, с целью повышения износ.остойкости ;и улучшения прочностных; характеристик чугуна при высоких температурах, он аополнИтельно содержит (трконий при еледующем соотношении компонентов, вес.%: Углерод3,,6 . . Кремний2,О-2,6 МарганецО,5-О,9 Фосфор . 0,1-0,5 Хром0,01-ОД5 Никель0,1-2,5 Меаь0,6-3,5 Ванааий0,О7-О,35 МапибаенQ,O1-O,4 Титан0,05-0,15 АлюминийО,О1-О,05 ЦирконийО,О1-О,1 ЖелезоОстальное. .
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
С 22 С 37/10
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДА СТВЕННЫй НаМИТЕТ СССР пО ДВУМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИй
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 341455 8/22-02 (22) 30.03.82 (46) 07.08.83. Бюл. % 29 (72) М.П. Шебатинов, 3l.П. Сбитнев, Д.:И, Врон, В.Н. Мельник, Н.О. Маглаперщзе, И..П. Мардыкин и И,И. Прохоров (71} Ордена Трудового Красного Знамени научно- исследовательский инситут технологии автомобильной промьддленности .(53) 669..15-196 (088. 8} (56) 1. Авторское свидетельство СССР
И 603688, кл. С 22 С 37/10, 1978.
2. Авторское свидетельство СССР
Ni7l 1147, кл. С 22 С 37/08, 1980.
„(54} (57} ЧУГУН, .содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, хром, никель, медь, ванадий, молибден, титан, алюминий и железо, о т л и ч à rom и и с я тем, что, с целью повышения износостойкостн и улучшения прочностных характеристик чугуна при высоких температурах, он пополнительно содержит цирконий: при следующем соотношении компонентов, вес,%:
Углерод 3,0-3,.6
Кремний 2,0-2,6
Марганец 0,5-0, 9
Фосфор . О, 1-0, 5
Хром О, 01- 0,-15
Никель О, 1-2,5
Мепе 0,6-3.,5
Ванадий 0,07-. 0,35
М олибпен 0,01-0,4
Титан О, 05-0, 15. Я
Алюминий 0,01-0,05
Иирконий 0,01-0, 1
Железо Остальное..
1033564
Изобретение относится к металлургии, в чаСтности и изысканию износостойких чугунов с повышенными физико-механическими свойстввмц, в особенности при высоких температурах 300-800 С, применя- 5 емых в различных областях машиностроения дпя получения деталей, работающих в узлах трения скольжения н при зяакопеременных нагрузках.
Известен чугун 11, содержащий ком-10 поненты при следующем соотношении, вес 7.
Углерод 2, 8-3,6
Кремний 1, 1-2,3
Марганец 0,5-1, 8 15
Хром О, 1-0,6
Никель О, 05-1,2
Медь О, 05-2,2
Молибден О, 01-0,5
Титан 0,01-0,2
Бор 0,01-0,06
Ванадий 0,0 1-0,5
Т лур 0,001-О,О2
Торий 0,001-0,05
Бериллий 0,001-0,12
Железо Остальное
Указанный чугун обладает неДостаточно высокими прочностью, упругостью и, износостойкостью.
Наиболее близким по технической, сущ-: ности и достигаемому резупьтвту к изобретенщо является чугун, содержвший компоненты при следуюшем соотношении, вес.%:
Углерод 2, 98-3,30
Кремний 1,91-2,20
Марганец 1,05-1, 17
Никель 0,35-0,45
Хром 0,35-0,53
Медь 0,42-0, 58
Ванадий О, 10-0, 18
Молибден 0,20-0,36
Алюминий 0,05-0, 15
Титан 0,03-0, 05
Берий 0,01-0,03
Железо Остальное
В качестве примесей чугун содержит серу и фосфор f2).
Известный чугун имеет невысокие прочность, тептопроводность и износостой- 5
50 кость при работе в интервале температур .0Т 20 до 80ООС.
Целью изобретения является повышение износостойкости и улучшение прочностных характеристик чугуна при высоких темпе-, 55 ратурах.
Указанная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, хром, никель, медь, ванадий, молибден, титан, алюминий и железо, дополнительно содержит цирконий при следуклцем соотношении компонентов, вес.%:
Углерод 3,0-3,6
Кремний 2,0-2,6
М арганец 0,5-0,9
Фосфор О, 1-0;5
Хром 0,01-0, 15
Никель О, 1-2,5
Медь 0,6-3,5
Ванадий 0,07-0,35
Молибден 0,01-0,4
Титан 0,05-0, 15
AJIIOMHHHA 0,01-0,05
Цирконий 0,01-0, 1
Железо Остальное
Никель и медь введены в чугун для повышения прочностных свойств, теплопроводности и износостойкости. Они способствуют формированию однородной структуры металлической основы (перлитной), а также включений графита оптимальных размеров и равномерному их распределению.
Одновременно устраняется отбел, увеличивается теплопроводность, что сушественно снижает тепловое воздействие на поверхносч и трения, уменьшая тем самым износ, Введение добавок никеля и меди меньше нижнего предела практически не оказывает влияния на изменение структуры, а следовательно, свойств серого чугуна.
Введение этих добавок выше верхнего пререпа не целесообразно, поскольку никель в количестве более 2,5% способствует графитизации и, следовательно, изменению структуры чугуна. Наличие меди более3,5% приводит к тому, что она находится в свободном состоянии, а это снижает твердость Й износостойкость
Комплексное легирование ванадием, . молибденом и цирконием сушественно повышает прочность, износостойкость и другие свойства не только при комнатной, но и при высоких 300-800 С температурах, О что особенно. важно.
Присадка этих элементов в количестве (каждого), меньшем нижнего предела, не приводит к изменению структуры. В результате физико-механические свойства при температурах более 300 С резко падают.
При введении этик ингредиентов в количествах, превышающих верхний предел каждого яэ них, чугун становится склонным к отбелу, в результате чего значи«. тельно ухудшается обрабвтыввемость питой детали.
3 10335
Присадка титана и алюминия приводит к раскислению чугуна, образованию мелко-. дисперсных нитриаов титана, улучшает свойства жидкого чугуна, изменяет условия кристаллизйпии расплава, повышая при 5 этом физико-механические свойства чугуна.
Одновременно увеличивается жаропрочцость и жаростойкость. В итоге стабилизируются свойства чугуна при механическом и тепловом воздействии, повышается износо-щ стойкость.
Введение этих ингредиентов менее нижнего предела недостаточно, чтобы получить требуемые физико-механические характеристики. Введение же их вьппе их верхних пределов приводит к загрязнению металла неметаллическими включениями и потребует дополнительной обработки расплава.
Введение хрома и-марганца менее их нижних пределов приводит к появлению в структуре серого чугуна ферритной структурной составляющей, способствующей проявлению адгезионногo износа, а следовательно, уменьшению износостойкости.
Соаержание этих ингредиентов выше их верхнего предела способствует отбелу и образованию неустойчивых карбидов хрома..
Уменынение количества углерода и кремния приводит к отбепу чугуна и ухуд" шению обрабатываемости. Повышение их
64 4 вьпае верхнего предела увеличивает не только количество, но и размер включений графита, а также нарушает однородность структуры (появляется феррит), что связа-. но со .снижением износостойкости чугуна.
Введение фосфора способствует увеличению жидкотекучести и износостойкости.
Однако введение фосфора более 0,5% приводит к пористости и снижению прочности.
Пример. Выплавку чугуна проводят в индукционной печи ИСТ-О16 с кислой футеровкой. В расплав чугуна при .о
1490-1520 С вводят легируккпие элемеи ты: медь, никель, феррованадий, ферромолибден, феррофосфор Ф ферротитан. Перед . заливкой в ковш вводят дробленый ферросжпщий ФС75 и лигатуру ферросиликопир- . коний (ФСЦ 50 - ФСцр 25) или лигатуру цирконйй-кремний-алюминий ЩСА) .
Расход лигатур, обеспечившаций получение граничных пределов концентрации циркония в чугуне, составляет 0,1-1,0% от массы жидкого матеша.
Заливку металла производили в разовые формы при 1360-1420 С. Производили отливку образцов для определения amocoстойкости и прочностных характеристик чугуна. Химический состав известного и предложенного чугунов и их свойства приведены в табл. 1 и 2, соответственно.
СО С0 о о о о
СО СО
1-1 о о ч о о о
С0 СЯ С9 о о о о
tO о
Щ о о
t» о ъ-1 о о (О о о ч ч о о о 1 о о
tO о о ч о» о
Р» о о о
С0 о
Т-( о о о
tO о о о
О3 о о
СО (О
h3 о ч» о о о о о
О
Я о о
Я о
1 о о
СО сЧ о ч-( о"
О
03 о о
tO
СО о
И н о
Ч( о ф о о (8 о о
С9
С9 tO о о
t о о о о о
° -1 о о
oj о
1033564
e o o т.(т.т т-1 а а (D (О O (О п (О (0 (О и (О < (Ч (О (4
CO т-((Q (О а. а О
С4 C4 Cu e (Ч С4 (Ч С4
1"
CD (О (Ч (О Ж (D H (4 т-1 ф CO (О -- ж т-(т-1 с G (О ф 0 (О щ
hl C4 (Ч С4
CO fQ сф (9 (О (-- (О lQ
С9 03 0) (т3 (О N Ж т-1 гЧ Q C4 тф т3 тФ Ф
Я (4
CO (О
CV с4 (4 (9 (О
03
С4 о о о
О1 о
С9
o o
nl
С4 т-( (О (Q
О 0 ,, т-т о 1033564 -10 4э приведенных- данных видно, что.: тойчивыми окислами, карбидами и нитри ; предлагаемый чугун по сравнению с из- дами циркония. вестным имеет более высокие физико-мем." Теплопроводность металлов и сплавов ханнческие характеристики: прочность, мо- уменьшается с повышением температуры. дуль упругости, износостойкость и тепло- 5 Напротив, теплопроводность карбидов, проводность, в особенности при высоких патрисов и окислов циркония возрастает температурах. с повышением температуры, приближаясь
Структура предлагаемого чугунв - мел- к теплопроводности феррита. В связи с коднсперсный перпит, включения графита этим теплопроводность предлагаемого чуплвстинчвтой формы и фосфядная эвтетика f0 гуна с увеличением температуры снижает- в зависимости от содержания фосфора, ся значительно медленее, чем у чугуна
Малые добавки циркония повышают без циркония. прочность, жаропрочность и износостойкость чугуна. Это объясняется цисперси- Экономический эффект от внедрения изо онным упрочнением термодинамически ус f5 бретения составит 300,0 тыс.руб.
Составитель Н. Косторной
Редактор В. Данко ТехредМ.Коштуpa :Корректор А.Ференц
Заказ 5564/28 Тираж 627 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж«35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4