Чугун
Иллюстрации
Реферат
ЧУГУН, соаержащий углероц, . -кремний, марганец, фосфор, хром, никель, мець, ванаций, молибден, титан, алюмиJ ний и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения моцуля упругости в интервале температур 3007ОО С при сохранении механических свойств и износостойкости, он аополнительно соцержит иттрий и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод3,0-3,6 Кремний2,О-2,6 Марганец0,5-0,9 ФосфорO,05-JO,3O ХромО,01-О,15 Никель0,15-2,50 Меаь0,5-2,5 ВакацийО,07-О,ЗО с е МолибденO,05-J0,35 (Л Титан0,035-О,15О Алюминий0,01-0,30 ИттрийО,01-О,05 НиобийO,O3-JD,5O ЖелезоОстальное о 4 х эо У1
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН. (19У (11) З(51) С 22 С 37/10
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ний и железо, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения моцуля упругости в интервале температур 300о
700 С при сохранении механических свойств и износостойкости, он цополнительно содержит иттрий и ниобий при следуюшем соотношении компонентов, масЛ:
Углерод
К ремний
Ма рганец
Фосфор
Х ром
Никель
Медь
Ванаций
Молибцен
Титан
Алюминий
Иттрий
Ниобий
Железо
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1 ) 3445207/22-02 (22 ) 28.05.82 (46) 15.10.83. Бюл. No 38 (72) M: П. Шебатинов, П. П. Сбитнев, ll. И. Брон, Л. А. Алабин, B. М. Абрамова, И. И. Прохоров, В. Н. Соколов, И. П. Марцыкин, Н. О. Маглаперицзе и В. Н. Мельник (71) Ордена Труцового Красного Знамени научно-исслецовательский институт технологии автомобильной промышленности (5 3 ) 669. 1 5-1 96 (0 88. 8 ) (56) 1, Авторское свицетельство СССР
¹ 711147, кл. С 22 С 37/08, 1980.
2. Авторское свицетельство СССР по заявке N. 34 14558, кл. С 22 С 37/10, 30.03.82. (54) (57) ЧУГУН, содержащий углероц, .кремний, марганец, фосфор, хром, никель, мець, ванадий, молибден, титан, алюмиЗ,О-3,6
2,0-2,6
0,5-0,9
0,05-0,30
0,01 0,15
0,15-2,50
0,5 -2,5
0,07-О,30
0,0 5-О,35
0,0 35-0, 1 50
0,0 1-0,30
0,01-0,05
0,03-0,50
Ос тал ьнсе
1 10
Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию составов чугуна, облацаюшего высокими физико-механическими свойствами в интервале температур от 300 до 700 С, Известен чугун (lj, соцержаший углероц, кремний, марганец, никель, хром, мець, ванадий, молибцен, алюминий и желе зо. 11ля повышения износостойкости он дополнительно соцержит титан и церий, а ингредиенты взяты при слецуюших соот ношениях, мас.%:
Углерод 2,98-3,3 .
К ремний 1,9 1-2,2
Ма рганец 1,05-1,17
Никель 0,35-0, 45
Х ром 0,35-0,53
Медь 0,42-0,58
В анап ий 0,1 -0,18
Молибден 0,2-0,36
Ал <Омгиий 0,05-0, 1 5
Титан 0,03-0,05
Перий 0,01-0,03
Железо Ос тал ьн ое
Указанный чугун имеет низкий модуль упругости при температурах 300-700 С и невысокую жипкотекучесть.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сушности и постигаемому результату является чугун j2j, содержащий, мас-..%;
Угле роц 3,0-3,6
К ремний 2,0-2,6
Марганец 0,5-0,9
Фосфор 0,3 -0,5
Х ром 0,01-0,15
Никель 0,1-2,5
Медь 0,6-3,5
BQHñ .n1!й 0,07-0,35
Молибден 0,0 1-0,4
Титан 0,05-0,15
П ирконий 0,01-0, 1
А люминий 0,01-0,5
Железо Ос тальное
Данный чугун, облапая высокими физико-механическими характеристиками, имеет недостаточно высокий модуль упругости при работе в узлах трения при температурах от 300 цо 700 С. Чугун преццазначен для гильз дизельных и карбюраторных двигателей, тормозных барабанов, цилинцров гngpoHBcocoB, но не пригоцен для литья поршневых колец.
Цель изобретения — повышение модуля упругости чугуна в интервале от 300 до о.
700 С при сохранении механических свойств и износостойкости.
Указанная цель достигается тем, что чугун,. соцержаший углерод, кремний, 47985 2 марганец, фосфор, хром, никель, медь, ванаций, молибцен, титан, алюминий и железо, цополнительно соцержит иттрий и ниобий при слецуюшем соотношении
КОМП ОНТОНГ ОВ, МЯС. /О .
Угле роц 3,0-3,6
Кремний 2,0-2,6
Марганец 0,5-0,9
Фосфор 0,05-0,3
10 Х ром 0,01-0,15
Никель 0,15-2,5
Алюминий 0,01-0,3, Медь 0,5-2,5
Ванадий 0,07-0,3
Титан 0,035-0,150
Молибден 0,05-0,35 "
Ниобий 0,0 3-0,5
Иттрий 0,01-0,05
Железо Ос тал ьн ое
B состав примесей входит сера от
0„01 цо 0,08%.
Преплагаемый чугун обладает слецуюшими физико-механическими свойсгвами:
Предел прочности при д5 растяжении, 6 кгс/мм 35-47,5
Прецел прочности на изгиб бии> гг, кгс/мм 2
Твердость по Бринеллю, HB 197-230
Линейная усацка, % 1,19-1,45
Жицкотекучесть при темпе ра туре заливки
1360-1410 С по спиральной пробе, мм л
Модуль упругости
Е, кгс/мм
Те плоп ровоцн ос ть, g вт/м 0Ñ 34,8-46,2
Износостойкость, 66-8 1
850-1 190
15500-17000 г/м ч 4,0-12,0 (10-30 мкм)
Пример . Чугун выплавляют в инцукционной печи ИСТ 016, имеюшей кислую футеровку. Б расплав чугуна при а
45 температуре 1490-1500 С вводят легирующие Ьлементы: мець, никель, феррованаций, ниобий, алюминий. Перец заливкой в ковш ввоцят цробленый ферросилиций (ФС75) и итгрий. Заливку произвоцят
50 в разовые лигейные формы при температуре 1360-1420 С.
Х им ическ ий сос тав выплавленных конкретных плавок чугуна приведен в табл. 1.
Физико-химические характеристики
55 плавок в питом состоянии приведены в табл. 2.
Испытания на износ провоцят на машине с возвратно-поступательным движе1047985 нием контр-тела с усилием 500и.
1750 кгс-с:м в течение 20 ч.исследования модуля упругости проводят иа эластомате
"Institut 0ã.Forster CimbHSCoKg"
ФРГ при температурах 20, 300, 500, 700 С.
Прочность, тверцость, линейную усадку, жидкотекучесть и теплопроводность определяют по обшепринятым мегоцикам.
Исследования полученных образцов 10 показывают, что легирование серого чугуна мецью и никелем вецет к повышению
45 прочносги и теплопровоцности, и в итоге к повышению износостойкости.
Эти ингрециенты способствуют перли- l5 тизации матрицы, снижению эвтектических карбидов, в особенности хрома, а также формированию включений графита оптимальных размеров и равномерному их распрецелению. Оцновременно происходит устра- 20 нение отбела чугуна, что способствует улучшению обрабатываемости резанием.
Ввецение меци и никеля меньше нижнего прецела недостаточно цля того, чтобы они оказали влияние в качестве 25 легирующих добавок на свойства чугуна.
Присацка этих элементов выше верхнего npeqena нецелесообразна, поскольку привоцит к незначительному повышению теплопровоцности к износостойкости.
Титан и алюминий ввоцят в чугун цля раскисления и образования мелкоцисперсных нитрицов и карбидов титана.
Присацка указанных ингредиентов изменяет условия кристаллизации расплава, 35 улучшая при этом прочность и износос той к ос т 6.
Ввецение этих элементов меньше нижнего предела не позволяет получить гребуемые физико-механические свойства, ввецение же их выше верхнего предела вецет к загрязнению расплава неметаллическими включениями; что требует провоцигь цополнитепьную обработку расплава.
Марганец, обладая раскисляюшей и обессериваюшей способностью, служит цля рафинирования расплава. При этом продукты раскисления легко коагулируют и, благодаря большой разнице в уцельном весе, всплывают на поверхность распла50 ва, откупа их в вице шлака легко уцаляют.
Оцновременно марганец пони>кает границу растворимости углерода в железе, сцвигая перлитную точку в сторону более низкого соцержания углерода. Введение марганца выше верхнего прецела вецет к увеличению выцелений карбидов, т.е. марганец действует также, как ускоренное охлаждение. Ввод марганца меньше его нижнего предела нецостаточен дпя раскиспения чугуна.
Ввецение хрома менее его нижнего предела не оказывает никакого влияния на свойства расплава, однако введение его больше верхнего предела может приводить к выцепению эвтектических карбицов хрома, что буцет вызывать уменьшение износостойкости чугуна.
Снижение содержания количества углерода и кремния приводит к отбелу чугуна и ухудшению его обрабатываемости. Увеличение их содержания выше верхнего предела увеличивает не только количество, но и размер включений графита, а также нарушает оцнородность структуры (появляется феррит), что в итоге снижает износостойкость.
Введение в чугун фосфора способствует повышению его жидкогекучести и износостойкости, однако введение фосфора более
0,5% привоцит к образованию пор и снижает прочность.
Комплексная присацка малых количеств молибдена и ванация существенно улучшает прочностные характеристики, повышает моцуль упругости и износостойкости при
300-700 С. Это объясняется образовао кием в структуре чугуна мелких ста бильных карбидов типа At o > l С g с кубической решеткой. Присадка этих элементов в количестве меньшем нижнего прецепа не изменяет структуру чугуна В итоге физико-механические свойства при температуре выше 300 С начинают ухуцшаться. При о введении их в количестве большем верхнего предела снизится обрабатываемость и, спедова тельно, повысится расход тверцосплавного инструмента.
За счет ввецения иттрия в расплав чугуна происходит его взаимодействие с примесями такими, как сера, кислород и т.п., образуя тугоплавкие сульфицы и окислы округлой формы. Эти включения, коагулируя между собой, всплывают на зеркало металла и затем их уцапяют вместе со шлаком. Оставшиеся включения имеют размер менее 10 мкм и распрецеляются в металлической основе чугуна. Это приводит к очишению границ зерен от неметалпических включений, которые отрицательно влияют на прочность и упругость.
Включение иттрия выше его верхнего предела ведет к гпобулизадии включений графита и в итоге снижает геппопровоцнос гь.
Легирование ниобием приводит к образованию мелкодисперсных и тугоплагких
3 1047985 6 карбидов (ЧЬС,ЮЪ С ), которые при составляющей, что в итоге снизит износозатверцевании расплава, являясь центрами стойкость. кристаллизации, располагаются внутри Предлагаемый серый чугун облацает зерен. При термообработке карбицы нио- однороцной и стабильной структурой с бия распацаются очень мецленно, переходя 5 мелким зерном, мелкоцисперсными карбив твердый раствор, поэтому охлаждение дами и оцнородным распределением мелможно провоцить на возцухе даже с тем- ких неметаллических включений. Все это пературы выше 1000 С, так как твердость способствует получению чугуна с высокой о при этом увеличивается незначительно. упругостью как при обычных, так и высоВ итоге ниобий способствует стабилиза- о ких температурах, облацаюшего также ции упругости и прочности. высокими прочностью, теплопроводностью
Присацка ниобия в меньших, чем ниж- и износостойкостью, особенно при работе о ний предел количествах, не оказывает вли- в области температур от 300 go 700 C. яния на свойства чугуна, а больше верхне- Кроме того, чугун хорошо обрабатываетго предела приведет к появлениюферритной 5 ся резанием.
I с
1 с
t
I
l с
CO о о» о о
EV о» о
3 о
Щ
C 1 о» о
И о о о
Я о» о о
Щ о» о
1 о» о
Г-1 о
9 о
Ю
CO о о
1Q о о
CD о
Щ 3 о
iQ о о
lQ 1 о
Я с-1 о о (") о о
С 4 о о
Л о о т-1 о
СO
Ч- о
С 1 о
lQ
0) о о
Л о
fQ
3 1 о
Ю т-1 о
fQ
С1 о о
CU о о
С 1 о
Щ о 1
Л о
iQ 1 о
l о о
СО о» о
1 о» о о
11 о
С 4 т 11 о о м 11 о
Щ с 1 о о
Ч о о а о о
CO
1-1 о
Я
CO о
О3 т 11 о
СО о о
Г
1-{ о
fQ
CU о»
Р 3
Q о
Ч" о о
lQ
Я о о
СЧ о о
С 3 о
И о
lQ
CD о о
5-1 о
lQ о о о
Л о Ф о о
СЧ о
Ж
Я о
lQ т 11 о о»
С4 о т-1
С1 о
fQ
lQ о
Я
С0 о
7-4 о
° o о т-1 о
Я о о т 11 о
СЧ
1- о 1 о о о
1-1 о о» о
fQ о о» о о о
fQ о о
Щ
1 о о
СЧ о о
Р3 о
Я
С 3 о о с4 о
lQ
Я о -1 Ф о
lQ
Ч о
CO о
fQ о о
l о о
С о о
CD о о о» (Ч
CO
С )
CU о
CO о»
СЯ о
Ю
CV о о»
СЧ
CO о
СЧ о
hJ о о»
0 о
Я
С о
С
С
СЧ
СЧ
Щ о
CO
С0
И
С
I с
I с
\
I с
4 о
Ц а о
° Ч о ч о о
Q0 о о
С0
CO
8.
С1 о» о
Щ о о о
Ю о о
Щ
Л о» о 1"
Щ
: С 1с М .0 к
8 и
К
d о о с-1 о т-1 о» о
l о» о
Я
Я о» о о о»
Сг
Е»
07 о» о о с3 о т-1 ч-1 СЧ о .о ы к
Ц х
Ж
10 47985
Таблица 2
Номер плавки
13300 12300 11000 9700
230
40,0
28,5
15150 13100
11000 9600
5,0
48,5
1 4200 1 3000 10750 9600
15500 13500 1 1200 9850
1 5900 1 3800 1 1 400 10300
16300 14200 11800 10400
16500 14500 12100 11300
1 6700 1 4600 12200 1 1 400
44,0
28,0
28,2
34,8
197
12,0
35,6
41,6
8,0
42,3
8,0
38,9
43,9
4,0
45,9
4,0
46,1
16800 1 4750 12300 1 1 450
4,0
46,2
230
15700 14300 11400 11400
1 3800 12700 10300 9 100
8,0
40,2
43,5
197
8,0
230
42,7
Заказ 9570 Тираж 627 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
Составитель H. Косторной
Редактор Л. Авраменко Техред М.Костик Корректор M. немчик