Чугун
Иллюстрации
Реферат
Изобретение относится к металлургии, а именно к составам железоуглеродистых сплавов. Целью изобретения является повышение износостойкости в среде агрессивных газов при температуре до 600°С при сохранении герметичности, термостойкости и предела прочности. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,1 - 3,5 кремний 1,7 - 2,4 марганец 0,6 - 1,2 хром 0,2 - 0,5 ванадий 0,05 - 0,2 никель 0,2 - 0,6 медь 0,35 - 0,7 фосфор 0,2 - 0,4 бор 0,0015 - 0,01 алюминий 0,01 - 0,02 кобальт 0,03 - 0,1 церий 0,005 - 0,02 лантан 0,001 - 0,002 неодим 0,001 - 0,002 железо остальное. Предложенный состав целесообразно использовать для изготовления гильз цилиндров карбюраторных и дизельных двигателей. 2 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 С 22 С 37/10
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
4 г1 зPf ) /I)|| <;
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4695376/02 (22) 05.04.89 (46) 07.08.91. Бюл, М 29 (71) Белорусский политехнический институт (72) В,Л.Трибушевский, А.Г. Слуцкий, С.Н.Леках, А,Е.Шишкин, В.И.Волк, Л.Л.Счисленок и В.Б.Сафронов (53) 669.13.018(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 1439146, кл. С 22 С 37/10, 1987. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к составам железоуглеродистых сплавов. Целью изобретения является поИзобретение относится к области литейного производства, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может быть использовано для изготовления отливок деталей, работающих в условиях трения, скольжения при повышенных температурах, например гильз цилиндров двигателя внутреннего сгорания.
Цель изобретения — увеличение износостойкости в среде агрессивных газов при температурах до 600 С, при сохранении герметичности, термостойкости и предела, прочности, Предлагаемый чугун содержит углерод. кремний, марганец, хром, никель, медь, титан, ванадий, алюминий, кобальт, церий, фосфор, бор, лантан, неодим и железо ври следующем соотношении компонентов, мас. :
Углерод 3,1-3,5
Кремний 1,7-2,4
„„ „„1668459 А1 вышение износостойкости в среде агрессивных газов при температуре до 600 С при сохранении герметичности, термостойкости и предела прочности. Чугун содержит, мас.%; углерод 3,1-3;5; кремний 1,7-2,4; марганец 0,6-1,2; хром 0,2-0,5; ванадий 0,050,2; никель 0,2-0,6; медь 0,35-0,7; фосфор
0,2-0,4: бор 0,0015-0,01; алюминий 0,010,02; кобальт 0,03-0,1; церий 0,005-0,02; лантан 0,001-0,002; неодим 0,001-0,002; железо — остальное. Предложенный состав целесообразно использовать для изготовления гильз цилиндров карбюраторных и дизельных двигателей. 2 табл.
Марганец 0,6-1,2 О
Хром 0,2-0,5 Ор
Ванадий 0,05-0,2 р
Никель
0,2-0.6 у
Медь 0,35-0,7
TI1TBH О,ОЗ-О,О7 0:
Фосфор 0.2-0,4
Бор 0,005-0,01
Алюминий 0,01-0,02 а
Кобальт 0,03-0,1
Церий 0,005-0,02
Лантан 0,001-0,002
Неодим О,ОО1-О,ОО2
Железо Остальное
Наличие в составе чугуна, фосфора, бора и титана повышает прочностные свойства чугуна за счет легирования металлической матрицы и измельчения звтектического зерна. Легированная бором фосфидная звтектика существенно повыша1668459
15
ЗО
50 ет износостойкость чугуна при повышенных температурах, Дополнительное введение в чугун лантана и неодима в совокупности с церием и алюминием существенно влияет на кристаллизацию сплава вследствие эффективного грэфитизирующег0 действия их тугоплавких оксидов и сульфидов, позволяет улучшить форму, размер и распределение графита, исключить появление цементита в структуре при наличии в сплаве таких элементов как ванадий, хром, бор и титан.
Присутствие в чугуне кобальта, меди и никеля способствует кристаллизации по стабильной диаграмме и за счет образования твердых растворов повышает плотность структуры.
Ванадий, хром, марганец, образуя сложные карбиды, упрочняют металлическую основу сплава, тем самым способствуя повышению его прочности и износостойкости.
Обоснование выбранных пределов содержания компонентов.
Углерод и кремний при их содержании
3,1-3,5 и 1,7-2,4% соответственно обеспечивают хорошие литейные и механические свойства сплава. Нижние пределы содержания 3,1 и 1,7 jo обусловлены необходимостью исключения структурно-свободного цементита в металлической ма рице. Превышение верхнего предела содержания углерода и кремния может привести к ухудшению формы и характера распределения графита.
Хром, ванадий и титан при их содержании 0,2-0,5; 0,05-0,2 и 0,03-0,07% соответственно обеспечивают требуемую прочность, термостойкость и износостойкость чугуна.
Нижний предел содержания этих элементов обеспечивает получение перлитной матрицы с равномерно распределенным графитом.
При содержании хрома, ванадия и титана выше укаэанных пределов значительно ухудшается термостойкость и износостойкость при повышенных температурах за счет появления в структуре ледебуритэ.
Содержание фосфора и бора в пределах
0,2-0,4 и 0,0015-0,01% гарантирует существенное повышение износостойкости чугуна.
Увеличение содержания бора до 0,01% приводит к измельчению структуры фосфидной эвтектики, увеличивает ее микротвердость за счет присутствия соединений бора. При содержании бора менее 0,0015% присутствие его в фосфидной звтектикв нв обчэружено. При содержании фосфора более 0Ä4 ;-0 получить измельченную фосфидную эвтектику практически невозможно.
Нижние пределы содержания никеля
0,2. меди 0,35 и кобальта 0,03% выбраны исходя из получения плотной металлической основы, обеспечивающей требуемую. герметичность и износостойкость отливок.
При концентрации никеля, кобальта и меди.выше указанных пределов прирост прочности, герметичности,термостойкости и износостойкости незначительны.
Пределы содержания церия (0,0050,02%), лантэна (0,001-0,002%) и неодима (9,001-0,002%} совместно с алюминием (0,01-0,02%) обеспечивают за счет эффективного модифицирования измельчение эвтектических зерен и получение отливок без кромочного отбела.
Пример. В индукционной печи с кислой футеровкой выплавлялись предлагаемый состав чугуна с различным уровнем содержания ингредиентов, Для сравнительных испытаний был использован известный чугун, ",îäåðæàà èé ингредиенты на среднем уровне. В качестве шихтовых материалов использовались литейный чугун, стальной лом, ферросплавы кремния, марганца, ванэдия, хрома, титана, церия, бора, фосфора, а гакже катод;.ая медь, грэнулированный никель, алюминий, кобальт, лигатура, содержащая лантан и неодим.
Шихту загружали в печь, расплав нагревали до 148 Ñ, перед разливкой на дно разливочного ковша давали алюминий и церий и при наполнении одной третьей части ковша под струю давали модификатор, содержащий неодим и лантан. (Чугун заливали в сухие песчаные формь . Из полученных заготовок вырезались образцы для испытаний на износостойкость, механические свойства, термостойкость; испытания проводились по стандартной методике. Термостойкость определялась по количеству трещин, образовавшихся после 300 циклов на кольцах, вырезанных из чугунных заготовок.
Химический состав известного и предлагаемого чугунов приведен s табл.1.
Испытания нэ износостойкость проводили на машине трения ИТ-2М в течение 300 ч в среде агрессивных газов (70-60% CG u
30-40% SOz). Скоростью вращения контртела и удельной нагрузкой обеспечивали требуемые температуры в зоне контакта образец — контртело. Испытания на механические свойства (предел прочности при раст--жвнии) проводились на разрывной машине с предварительным разогревом об1668459 разца до заданной температуры. Термостойкость оценивали по количеству трещин, образовавшихся после 300 циклов на кольцевых образцах, Нагрев осуществлялся в свинцовой ванне соответственно до 200, 400 и 600 С, Герметичность чугунов при различных температурах оценивали на образцах путем замера давления, при котором появлялась течь, и времени, в течение которого через испытываемый образец протекло определенное количество азота. По результатам замеров газопроницаемости оценивали в логарифмической шкале средние значения утечек. Полученные результаты по свойствам известного и предлагаемого чугунов при температурах
200, 400 и 600 С приведены в табл.2, Видно, что предлагаемый состав чугуна имеет преимущества по износостойкости во всем исследованном интервале температур. При этом cQxpBHAIQTGA такие важные характеристики предлагаемого сплава, как прочность, герметичность и термостойкость, Предлагаемый состав целесообразно использовать для изготовления гильз цилиндров карбюраторных и дизельных двигателей.
Формула изобретения
Чугун, содержащий углерод, кремний, 5 марганец, хром. ванадий никель, медь, титан, алюминий, кобальт, церий и железо, о тл и чаю щийся тем,что,с цельюувеличения износостойкости в среде агрессивных газов при температурах до 600 С при сохра10 нении герметичности, термостойкости и предела прочности, он дополнительно содержит фосфор, бор, лантан и неодим при следующем соотношении компонентов, мас. ь:
15 Углерод
Кремний
Марганец
Хром
Ванадий
20 Никель
Медь
Титан
Алюминий
Кобальт
25 Церий
Фосфор
Бор
Лантан
Неодим
30 Железо
Ю
Ю
О.
Ф ь
I 1
1 1
1С
Ц
4О
СЕ н
Ю
Ю е м
СЧ
Ю
Ф
Ю Ю
СЪ
Ю
СЧ
СЧ
Ю
Ю Ю
CI
CI
4Ч
В м
Ю ь
СЪ
СЧ
Ю Ю
Ю Ю
Ю Ю
Ю
Се
Ю
Ф
ЧЪ
4 4
Ю Ю
Ю Ю
Ю
Ю
Я
Ф
О
Ф
44Ъ
Ю
4Ъ .У 44Ъ
lA
CI
Ю м ь
Ю
Ю Ю
О о
Ф
Ю
СЧ
44Ъ
В
Ю е сЧ
D Ю
Ю Ю
Ю
Ю
444 л
Ю Ю
Ю Ю м
Ю
СЪ
СЪ е
Ю Ю
4 4
ЧЪ
Ю
4ЕЪ
4 \ ь
Ю
Ю
О
Е 4О
Ю Ю
С 4
СЪ а
° 4
В о
Ю
Ф
I4l
Ю
СЧ
Ю
Ю Ю
44Ъ л ссЪ сЪ
Ю Ю
4Ъ
Cl
С4
44 о
О
О4
Я о
44
О
CL
С4
О4 Г4
Ю
CI
СЧ
CI
СЧ
° Ч
ОЕ
CI
С4
CI
СЧ
L3
МО йК
44Ъ О
Ю Ю
Ю Ю Ю
0 i i0
Ю Ю Ю
I - ф
СЧ 44
СЪ ЧЪ
A °
М М Сс
Clf ж
Ц е ф (ч
1668459
В !
Ю ю о.
4 с ф Cl
О1 J Ф
О
О °
Е4
Я (14
Л Ъ
СЧ СЧ
° *
Ю Ю Ю е со
Ю Ю Ю
СО 44Ъ М
Ю Ю Ю с
Ю Ю Ю
О4 СЧ Ф
° «Ф
СЧ Ch 4 Ъ
1 t I
Се . СЧ Л сч < л
О 44Ъ ЧЕ
ССЪ 4ЕЪ.п Ф СЧ
ЧЕ Ос CO
СЧ ЕЧ
Cl
Д Ю
Ю Ю Ю
СЧ ЕЧ сч Ю Ю ЧЪ
° СЧ СЧ
СЧ СЧ лЮ 3 3 еч сч м
L3 $3 де аj3