Чугун
Иллюстрации
Реферат
Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может быть использовано для получения ответственных литых заготовок. Целью изобретения является повышение жидкотекучести, сопротивляемости задиру при сохранении износостойкости. Предлагаемый чугун содержит , мас.%: углерод 3,2-3,6; кремний 1,8-2,8; марганец 0,5-1,0; хром 0,2-0,35; никель 0,1-0,6; медь 0,55-1,2; ванадий 0,05- 0,2; титан 0,02-0.08; ниобий 0,05-0,2; фосфор 0,25-0,6; барий 0,005-0,02; висмут 0,002-0,015; железо - остальное. Предлагаемый состав целесообразно использовать для изготовления гильз цилиндров без последующей закалки ТВЧ для дизельных двигателей воздушного охлаждения. 2 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (I 9) (!! ) (51)5 С 22 С 37/10
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4729032/02 (22) 08.08,89 (46) 23.11.91, Бюл. М 43 (71) Белорусский политехнический институт (72) С.Н.Леках, В.Ф.Дурандин, А.Н.Шалай, Л.Л.Счисленок, В.А.Гольдштейн и Н.К.Муханов (53) 669,13,018(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
hh 1084331, кл. С 22 С 37/08, 1983.
Авторское свидетельство СССР
N 1135790, кл. С 22 С 37/08, 1983, (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может быть
Изобретение относится к металлургии, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может быть использовано для получения ответственных литых заготовок, например, гильзы цилиндров дизельных двигателей воздушного охлаждения, к материалу которых предъявляются повышенные требования в плане иэносостойкости, жидкотекучести (так как стенка гильзы цилиндра тонкая, ребристая), сопротивляемости задиру.
Цель изобретения — повышение сопротивляемости задиру, жидкотекучести и снижение стоимости при сохранении иэНОСОСТОЙКОСТИ.
Указанная цель достигается тем, что чугун преимущественно для гильз цилиндров дизельных двигателей воздушного охлаждения содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, ванадий, титан, ниобий, использовано для получения ответственных литых заготовок. Целью изобретения является повышение жидкотекучести, сопротивляемости задиру при сохранении износостойкости. Предлагаемый чугун содержит, мас,g: углерод 3,2-3,6; кремний
1,8 — 2,8; марганец 0 5-1,0; хром 0,2 — 0 35; никель 0,1-0,6; медь 055 — 1,2; ванадий 0050,2; титан 0,02 — 0,08; ниобий 0.05 — 0.2; фосфор 0,25 — 0,6; барий 0,005 — 0,02; висмут
0,002 — 0,015; железо — остальное. Предлагаемый состав целесообразно испольэовать для изготовления гильз цилиндров без последующей закалки ТВЧ для дизельных двигателей воздушного охлаждения. 2 табл. фосфор и железо, барий, висмут при следую- щем соотношении ингредиентов, мас. : (.)
О (л)
Углерод,"),2-3,6
Кремний 1,8 — 2,8
Марганец 0.5 — 1,0
Хром 0,2-0,35
Никель 0,1 — 0,6
Медь 0,55-1,20
Ванадий 0,05 — g,20
Титан 0,02-0,08
Ниобий 0,05 — 0,20
Фосфор 0,25-0,60
Барий 0,005 — 0,020
Висмут 0,002-0,015
Железо Остальное
Совместный ввод бария и висмута в указанных пределах улучшает сопротивляемость задиру при снижении суммарногО износа пары трения за счет комплексного влияния на распределение и размеры вклю- .
1693112
50
3 (4ений графита и строение металлической матрицы. В частности обеспечивается измельчение включений графита до 45 — 90 мкм при одновременном исключении- отбела в тонких сечениях, характерных для ребристой гильзы цилиндров двигателей воздушного охлаждения. Иэмельчение эвтектического зерна за счет совместного
1 ввода висмута и бария приводит к улучше,нию строения фосфидной эвтектики, которая играет важную роль в формировании задиростойкости, износостойкости, Ниобий усиливает стабилизирующее ействие таких элементов, как хром, ванаий, титан, а также изменяет морфологиро структурносвободных карбидов и фосфидой эвтектики, играющих важную роль в
1 ормировании задиростойкости, износостойкости и твердости металлической основы.
Наличие в составе предлагаемого чугуа фосфора в указанных пределах (0,25-0,6 ас. ) приводит к формированию в струкуре фосфидной эвтектики в виде разорваной сетки (Фр1,Фр2), повышает иакотекучесть, твердость, Медь(0,55-1,2 ) в предлагаемом составе овместно с никелем устраняет неравноерность свойств по сечениям отливки, лучшает прочностные и технологические характеристики чугуна. Комплексное леги ование суммой ниобия, висмута, фосфора при .предлагаемой концентраци. ::меди и хрома способствует снижению износа контртела(кольца) из высокопрочного чугу а, особенно в присутствии абразивных частиц, и повышению сопротивляемости агадиру; Ванадий, марганец, хром и титан в казанных пределах, оказывая эффективйое влияние на первичную кристаллизацию, втектическое и эвтектоидное превращеие, способствуют получению чугуна с мел одисперсной матрицей и равномерно распределенными включениями графита, что, в свою очередь, обеспечивает снижение склонности сплава к выкрашиванию струк1.урных составляющих в процессе износа.
Нижние и редел ы по угле роду (3,2 мас,%) и кремнию (1,8 мас. ) обусловлены
Необходимостью исключения структурносвободного цементита. Превышение верхНих пределов концентрации данных
: лементов приводит к ухудшению формы, размеров и распределения графита, Наличие в чугуне марганца ниже 0,5 мас.%.не обеспечивает требуемого упрочнения матрицы, а при добавках выше 1,0 мас.% увеличивается склонность сплава к усадочным явлениям. При концентрации ванадия, титана, ниобия и хрома ниже указанных пределов (0,05; 0,02; 0,05; 0,2 мас.%, соответственно) в структуре чугуна появляется феррит, существенно снижающий твердость сплава, износостойкость и сопротивляемость задиру. Добавки в сплав этих же элементов выше верхних пределов (0,2; 0,08;
0,2; 0,35 мас, соответственно) резко ухудшают обрабатываемость и кроме того, приводят к удорожанию отливок. Введение хрома более 0,35 мас.% может приводить к выделению эвтектических карбидов, что вызывает уменьшение жидкотекучести и износостойкости. Нижние пределы по никелю
0,1 мас, и меди 0,55 мас.% выбраны, исходя из получения равномерной твердости в сечениях отливки. При концентрациях этих элементов выше верхних пределов (0,6 и 1,2 мас,%, соответственно) степень их влияния на перлитизацию сплава незначительна и
20 экономически нецелесообразна. При содержании фосфора 0,25-0,6 мас;% в структуре образуется равномерно распределенная эв тектика, существенно влияющая на достижение поставленной цели. При
25 концентрации фосфора ниже 0,25 мас, в структуре не образуется разорванная фосфидная сетка. Добавка указанного элемента выше 0,6 мас,%охрупчивает сплав,,что приводит к повышенному браку по трещинам.
30 Выбранные пределы содержания бария (0,005-0,02 мас,%) и висмута (0,002-0,015 мас.%) обеспечивают за счет эффективного модифицирования исключение в тонких сечениях отливок из предлагаемого сплава
35 структурно-свободного цементита и измельчения графита, Указанные элементы благоприятно влияют на форму и морфологию сложнолегированной фосфидной эвтектики, Оптимальный состав предлагаемого чу40 гуна содержит, мас. ; углерод 3,4; кремний. 2,3; марганец 0,75; хром 0 26
45 никель 0,35; медь 0,85; ванадий 0,1,2; титан 005; барий 0,012; ниобий 0,12; висмут 0,0085; фосф ор 0,42.
Пример, Для получения чугуна выплавляют три состава предлагаемого чугуна
55 на нижнем, среднем и верхних пределах, два состава с пределами содержания ингредиентов ниже нижнего и выше верхнего пределов. Для сравнительных испытаний используют известный чугун, содержащий ингредиенты на среднем пределе, 1693112
УглеродКремний
Марганец
Хром
Никель
Медь
Ванадий
Титан
Ниобий
Фосфор
Барий
Висмут
Железо
3,2-3,6
1,8-2,8
0,5-1,0
0,2-0,35
0,1-0,6
0,55-1,20.
0,05-0,20
0,02-0,08
0,05-0,20
0,25-0,60
0,005-0,020
0,002-0,015
Остальное.!
1 ц а
Табли
Содержание элементов, нас.
С Si Mn Cr Ni Cu V Ti
Состав
Ва
1 (H3вестный)
3
31 21 06 013
32 18 05 02
34 23 075 026
3,6 2,8 1,0 0,35
Плавки проводят в индукционной печи с кислой футеровкой. В качестве шихты используют литейный чугун ЛЗ, стальной лом, ферросплавы марганца, кремния, ванадия, титана, хрома, ниобия, фосфора, гранулиро- 5 ванный никель, катодную медь, барийсодержащую лигатуру (типа Фс65Ва10, 10 мас. бария) и лигатуру с висмутом на основе меди (Bi до 10 мас,%). Шихту загружают в печь, после расплавления и перегрева 10 до 1460 С вводят ферросплавы в требуемых количествах с учетом степени их усвоения (марганец, медь, никель, хром, ванадий 8595 мас., фосфор, титан, ниобий 70-80 мас. ), Перед разливкой жидкий металл об- 15 рабаты вают барийсодержащей лигатурой и лигатурой с висмутом на основе меди, усвоение 70-80 мас.%.
Чугун заливают в разовые песчаные формы. Из полученных заготовок вырезают 20 образцы шириной 50 мм, длиной 150 мм и толщиной 5 мм для испытаний на износ, которые проводят на машине трения с возвратно-поступательным движением в условиях граничного трения, При испытании 25 применяют дизельное масло при 400 двойных ходов в минуту. В качестве контртела применяют высокопрочный чугун марки
ВЧ50 (200 НВ). Критерием интенсивности истирания принята величина износа. выра- 30 женная в мг/100 ч. Оценку сопротивляемости задиру предлагаемого сплава проводят на установке, оборудованной специальным приспособлением. Образцы закрепляют в стальные обоймы и прижимают к рамкам 35 диаметром 40 мм и шириной 20 мм, изготовленным из стали 45 (твердостью 55 НЯс ), Перед началом испытаний, которые проводят без применения смазки, образцы и ролики обезжиривают бензином, Скорость 40 вращения ролика 0,4 м/с, нагружение образцбв осуществляют путем увеличения удельного давления ступенями по 5 МПа через каждую минуту. Момент наступления задира определяют по удельной нагрузке, при которой резко увеличивается коэффициент трения. Жидкотекучесть сплава определяют по спиральной пробе с площадью сечения 40 мм .
Химический состав и результаты испытаний сплавов приведены в табл. 1 и 2. Как видно из табл. 1 и 2, введение в состав сплава бария и висмута позволяет существенно повысить износостойкость, сопротивление задиру и жидкотекучесть.
Структура предлагаемого сплава перлитная с равномерно распределенной разорванной сеткой фосфидной эвтектики сложного состава и равномерно распреде-. ленных включений графита с размером до
90 мкм.
Предлагаемый состав целесообразно испольэовать для изготовления гильз цилиндров без последующей закалки ТВЧ для дизельных двигателей воздушного охл аждения.
Формула изобретения
Чугун преимущественно для гильз цилиндров дизельных двигателей воздушного. охлаждения, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, ванадий, . титан, ниобий, фосфор и железо, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения жидкотекучести, сопротивляемости задиру и снижения стоимости при сохранении износостойкости, он дополнительно содержит барий и висмут при следующем соотношении компонентов, мас.7:
0 8 1,6 0,5 0,5
0,1 0,55 О, 05 002 0005
0 35 0 85 0,12 005 0012
0,6 1,20 0,2 008 0,02
1693112
1 Продолжение табл. 1
Содержание элементов, мас, Состав (1 щ p Bi B
0,04
0,02
0,03
Остальное
Остальное
0,002
0,085
0,015
Таблица 2
Состав Изнгтс, мг/100 ч
Жидкоте кучесть
Составитель Н,Шепитько
Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Король
Редактор Н.Яцола
Заказ.4054 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
1(ИзвестHblN )
3
1,05
0,05
0,12
0,20
0,17
0,25
0,42
0,6 1-.
3
42
51
43
Сопротивляемость задиру, МПа
51,0
46,4
50,1
52,9
660