Чугун

Чугун

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий , азот, титан, редкоземельные металлы и железо, отличающийся , тем, что, с целью повышения износостойкости в агрессивной среде, содержащей сернистый газ и двуокись углерода, он дополнительно содержит сурьму при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: 2,9-3,5 Углерод 1,7-2,7 Кремний О, 3-0,8 Марганец 0,1-0,8 Хром 0,05-0,8 Никель 0,15-0,5 Ванадий с S 0,005-0,02 Азот 0,02-0,15 Титан (Л Редкоземельные 0,005-0,02 металлы 0,005-0,3 Сурьма Остальное Железо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) С 22 С 37 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ,СВИДЕТЕЛЬСТВУ

; 21 ) 3520027/22-02 (22) 20.12.82

,46) 23.12.83. Бюл. Ф 47 (72) Е.Н.Ыитов, С.Н.Леках, A.Ã.Ñëóöкий, Ю.П.Белый, В.A.Ìàëüåâ, В.П.Василенко, А.К.Кисляков, В.А.Родионов, B.Ï.Äâoðÿí÷èêoâ, И.В.Стороженко, В.Г.Рабеко, Н.Н.Дульцев, A.È.Ôàлитнов и С.Л.Ганин (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт и Саранский литейный завод "Центролит" им.50-летия ВЛКСМ (53) 669.13-018.2(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 622362, кл. С 22 С 37/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 428031, кл. С 22 С 37/00, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 931784, кл. С 22 С 37/10, 1981. (54 ) (57 ) ЧУГУН, содержаший углерод кремний, марганец, хром, никель, ванадий, азот, титан, редкоземельные металлы и железо, о т л и ч а юшийся . тем, что, с целью повышения износостойкости в агрессивной среде, содержашей сернистый газ и двуокись углерода, он дополнительно содержит сурьму при следуюшем соотношении ингредиентов, мас.Ъ:

Углерод 2,9-3,5

Кремний 1,7-2, 7

Марганец О;3-0,8

Хром 0,1-0,8

Никель 0,05-0,8

Ванадий 0,15-0,5

Азот 0,005-0,02

Титан 0,02-0,15

Редкоземельные металлы 0,005-0,02

Сурьма О, 005-0,3

Железо Остальное

1062295

Изобретение относится к металлургии, .а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может быть использовано для изготовления особо ответственных отливок, работающих в условиях трения, скольжения в агрессивной среде сернистого газа (so ) и двуокиси углеро2 да (со }.

Известны в литейном производстве высокоуглеродистые сплавы железа 10 содержащие кремний, марганец, хром, ванадий, титан и азот. Указанные сплавы за счет комплексного легирования карбидообразующими элементами имеют высокие механические свойст- 15 ва (1j -(2) .

Однако сплавы имеют недостаточную износостойкость и корроэиониую стойкость в парах трения, работа>ощих в особо тя>келых условиях — повышен >ые температуры, высокие удельные нагруз. ки, агрессивная а I lac<»Qpa cepll:ac c >=o газа и двуокиси углерода, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигi>QMQ- 25 му положительному эффекту я>зляется чугун следу>ощего .химического состава, мас.Ъ:

Углерод 2,9-3,5

Кремний 1,7-2,7

Марганец 0,3-0,8

Хром 0,1-0,5

Никель 0,05-0,3

Ванадий

Титан 0,02-0,:>5

Азот 0,005-0,03

3»

Церий 0,005-0,02

Ал!О! 11!! 1 ий 0,,001-0,1

Же;езо i,ÑòË>,1=!1QQ

Известны>> t!iтг",;!1 irl IQQT >3 QRQQì

COCTctBQ ком!! IQlIQìå I!TO!3 (мар>. d.— 4!» нец, хром, ванадий, и!!кель, азот), стабилизирующих и легируюк!их «рбидную фазу чугуна, что обеспе>ивает высокие механические свойства материала f3) .

Одна <о использование из> ест!>ого чугуна для из готе зле ния гильз ци-линдров форсированных двигателей внутреннего сгорания не целесообразно ввиду недостаточной эксплуата- 5 О ционной надежности пары трения. При работе форсированных карбюраторнь;х двигателей в результате сгорания топлива образуются газы, среди которых значительный процент составляют двуокись углерода и двуокись серы. Соединяясь с конденсатом водяного пара, содер>кащегося так же в продуктах сгорания, образуются кислоты Н>80 и Н>, О, которые взаимодействуют с пове>рхностью металла 60 и снижают эксплуатационные характеристики пары трения.

Целью изобретения является повышение износостойкости в агрессивной среде, содержащей сернистый гаэ и двуокись углерода.

Указанная цель достигается тем,что ь чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, азот, титан, редкоземельные металлы и железо, дополнительно введена сурьма при следующем. соотношении ингредиентов, мас.Ъ:

Углерод 2,9-3,5

Кремний 1,7-2,7

Марганец 0,3-0,8

Хром 0,1-0,8

Никель 0,05-0,8

Ванадий 0,15-0,5

Азот 0,005-0,02

Титан 0,02-0,15

Редкоземельные металлы (РЗМ) 0,005-0,02

-"урьма О, 005-0,3

Железо Остальное

Наличие в составе чугуна сурьмы приводит к повышению дисперсности и стабильности при высоких температурах перлитной структурной составляющей. Структура чугуна состоит из комплекснолегированного хромом, никелем, ванадием, титаном, сурьмой перлита мелких включений граф_#_та. Добавки сурьмь> благоприятно сказываются на измельчении первичной структуры, что связано с повышением прочностных характеристик чугуна. Кроме ! то><3, ввод сурьмы в расплав перед разливкой значительно снижает влияние температурно-временных условий на структуру чугуна и дает возмож ocть получать перлитную:!еталлическую основу материала и расширить интервалы температуры заливки и выдер>кки металла в ковше, предусмотренн!3>е техническими условиями процес"а плавки.

Легирование металлической основы, повышение дисперсности перлита и равномерное распределение графита повышает износостойкость чугуна в агрессивных средах. Склонность чугуна к адгеэии минимальна. Повышение износостойкости в агрессивных газовых средах достигаемое при легировании сурьмой эа счет полного искл!очения микроучастков на поверхности гильзы, занятых ферритом.

Для получения чугуна выплавлены три состава сплавов, содержащих ингредиенты на ни;кнем, среднем и верхнем уровнях. Содержание железа при этом составляет дополнительно до 100". в каждом сплаве. Для сравнительных испытаний использован иэвестнып чугун со средним содержание;1 легирующих элементов, Химические составы исследуемых чугунов предстa>3>le!Ill в табл.1.

1062295

Таблица 1

Содержание компонентов, мас.%

1 1 () 1 I I t I) I

Сплав

С Si- Mn Cr Ni V Il Ti Sb, РМЭ Се Fe

3 2 2 2 0 55 0 3 0150 31 0 01 01 — — 0 05Осталь ное

Известный

Предлагаемый 1.

2,9 1,7 0,3 0,1 0,05 0,15 0,0050,02 0,0050,005

3,2 2,1 0,5 0,35 0,35 0,28 0,01 0,1 0,2 0,09

3,5 2,7 0,8 0,8 0,8 0,5 0,02 0,15 0,3 0,02

Таблица 2

Твердость

НВ

Предел прочности на изгиб,б„,, кгс/ v

Сплав

Относительная величина износа в СО в ЯС в воздушной атмосфете

1,22

227

1,4

Известный

Предлагаемый 1

240

0,76

0,82

0,71

0,47

0,7

251

0,64

0,62

0,43

265

0,4

60 е

Чугуны плавят в тигельной индукционной печи емкостью 40 кг с кис-20 лой футеровкой. В качестве шихты используют литейный чугун марки

ЛК-3, стальной логл, ферросплавы Р3М (35-о РЭИ), кремния (45% кремния), хрома (30% хрома), ванадия (45% .ванадия), титана (30% титана), аэотированный ферромарганец (5".- азота, 75% марганца), кристаллическая сурьма и никель. Сурьму и РЭМ вводят в расплав перед заливкой. Величины добавок расчитывают исходя из среднего усвоения кремния, никеля, ванадия, сурьмы, марганца и хрома

Как видно из табл.2, дополнительное введение в состав сурьмы в указанных концентрациях повышает износостоикость материала в агрессивных средах. При этом материал обладает оптимальной твердостью, позволяющей проводить механическую обработку отливок без изменения технологического процесса.

Структура металлической основы предлагаемого чугуна перлитная с равномерно распределенными включениями графита средних размеров. Высокая на уровне 85-95%, титана 70-80%, P3t1 60-70%, азота 50-60%.

Образцы для испытаний отливают в сухую форму. Испытания на износостойкость проводят в условиях сухого трения скольжения в паре с улучшенной сталью 45 твердостью 48 НВ при нагрузке 15 кгс/мм и скорости скольжения 2,0 м/с, на машине трения типа МТ-2 в атмосфере SOn CO . Износ оценивают в граммах, приведенных к

1000 м пути относительного перемешения образца по поверхности контртела

Полученные результаты представлены в табл.2. ! степень дисперсности перлита и его комплексное легирование, наличие дисперсных карбонитридов V,Ti обеспечивают хорошие эксплуатационные свойства пары трения в особо тяжелых условиях работы.

Пределы содержания компонентов установлены исходя из получения благоприятного сочетания механических свойств иэносостойкости и коррозионной стойкости чугуна. Повышение концентрации сурьмы выше 0,3% при-о водит к появлению ледебурита в струк.

1062295

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Никель

Ванадий

Азот

Титан

Сурьма

РЗМ

3,2

2,1

0,5

0,35, 0,33

0,28

0iО10

0,11

0,1

0,01

Составитель Г.Дудик

Техред М.Тепер Корректор A.Èëüèí

Редактор Н.Рогулич

10163/30 Тираж 627 Подписное

DHHHIiH Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

Эаказ

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 туре, что усложняет механическую .обработку отливки. Нижний предел

0,005% сурьмы обеспечивает стабильное получение перлитной матрицы чугунов с различным содержанием углерода и кремния (1,7%) . Минимальное содержание углерода (2,9%) и кремния (1,7%) вызвано необходимостью получения металлической матри ° цы без метастабильной фазы. Максимальное (3,5 и 2,7% соответственно) " получение перлитной структуры с количеством феррита не более 10%. Содержание хрома (0,1-0,8%) никеля

0,05-0,5%), ванадия (0,15-0,5%}, титана (0,08-0,15), азота (0,005- 15

0,02%), выбирается из условия максимального упрочнения металлической основы. Увеличение концентрации элементов выше верхнего предела повышарт склонность чугуна к отбелу. :0

Пределы содержания РЗМ (0,005-0,02 обеспечивают получение отливок без отбела Оптимальный состав содержит мас.%:

Технология получения чугуна по предлагаемому изобретению включает плавку компонентов, насыщение расплава азотом путем введения азотированного ферромарганца и обработку расплава перед заливкой сурьмой и Р3М. Предлагаемый чугун наиболее эффективно использовать для изготовления отливок гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

Экономический эффект or применения составит 700 тыс. руб. в год.