Высокопрочный чугун

Высокопрочный чугун

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

C. оюз Совет смех

Социалистическими

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

859473 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29.12.79 (21) 2860396/22-02 с присоединением заявки Ж (5I)M. Кл.

С 22 С 37/06 (23) Приоритет

Гооударстеенный комитет

СССР

IID делам изооретеиий и открытий

Опубликовано 30.08.81. Бюллетень 3632

Дата опубликования описания 30.08.81 (53) УД К669.13-018..2 (088.8) 1

М. М. Левитан, О. Н. Крючков, В. С. ЖерфятьеВСЙЩфщА и Н. М. Баймульдин

" --1-"ТНО1Р

Центральный ордена Трудового Красного Знамени науФо ттееттедовател кнй автомобильный и автомоторный институт и Макинский Завод-нм-.Â.È Ле1тнна (72) Авторы изобретения (?E) Заявители (54) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН

Изобретение относится к металлургии силавов, в частности к разработке состава высокопрочного чутуна для тонкостенных изделий, работающих в узлах трения лри повышенных температурах (200-350"С), например, для поршневых колец двигателей внутреннего сгорания.

Известен чугун (1) следующего химического состава, вес.%:

Углерод 3,2-3,8

Кремний 1,6-2,6

Марганец 0,1 — 0,5

Магний 0,02 — 0,05

Кальций 0,01 — 0,05

Медь 0,02 — 0,1

Алюминий 0,05 — 0,15

Редкоземельные металлы 0,01 — 0,06

Железо Остальное

Данный чутун обладает следующими свойствами:

Предел прочности, кг/мм 25,1 — 30,7

Твердость, НВ 205 — 233

Модуль кольцевой прочности, кг/мм 69 — 108

Этот чугун применяется для центробежного литья.

Наиболее близким к предлагаемому является высокопрочный чугун (2) следующего химического состава, вес.%:

Углерод 3,5-4,0

Кремний 2,25 — 5,0

Марганец 0,4-1,5

Хром 0,25 — 2,0

Медь 0,75 — 1,0

Магний 0,01 — 0,04

Железо Остальное

Чутун в качестве примесей может содержать, вес.%: фосфор до 0,2; сера до 0,02; никель до 0,5.

Отливки изготовленные из известного чугуна, имеют следующую микроструктуру: графит шаровидной формы, перлит сорбитообразный и тонкопластинчатый феррит (до 10%) и эвтектическнй цементит (до 20%). Твердость чугуна HRB 110 — 112, 6 и - = 130 кгс/мм, Е =

= 15300 — 18000 кгс/мм . Износостойкость в относительных величинах 1,35 — 1,65, износостойкость перлитного серого чугуна принята за 1,0;

859473 теплостойкость (потеря упрутости при 300 С)

3,5 — 4,5%, Недостатком известного чугуна является повышенная склонность к объемной усадке, повышенная гаэонасышенность и загрязнение шлаковыми включеш ями, приводящие к увеличению литейного брака при производстве поршневых колец по усадочной пористости, г830I>blM и шлаковым раковинам, нестабильность свойств поршневых колец из-за повышенного колебания структуры металлической основы (количество эвтектического цементита может колебаться в довольно широких пределах от 3 до 20%).

Цель изобретения — повышение технолоплеских характеристик при сохранешги служебпых свойств.

Указанная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, магний и железо, дополнительно содержит редкоэемельнь|с металлы и кальций при следующем соотношении компонентов, Dec.% .

Углерод 3,3-3,8

Кремний 2,4-4,0

Марганец 0,45 — 1,0

Хром 0,05 — 0,4

Медь 0,7-1,2

Магний 0,01 — 0,04

Редкоземельн>яе металлы 0,002 — 0,06

Калышй 0,006 — 0,05

Железо Остальное

Чугун в качестве примесей может содержать, вес.%: фосфор до 0,3; сера до 0,03; никель до 0,8.

Микроструктура предлагаемого чугуна состоит пэ компактного граЧ>нта, тош<опластинчатого и сорбптообразного перлита, эвтектических карбидов (3 — 8%) и феррита (2 — 10%) .

Дополнительное введение в чугун редкоземельных металлов (РЗМ) приводит к снижению величины объемной усадки металла, уменьшая тем самым степень поражения отливок поршневых колец усадочной пористостью. В присутствии РЗМ происходит некоторое измельчеш е эвтектических карбидов, что благоприятно сказывается на обрабатываемости.

Для изготовления отливок из предлагаемого чугуна и оценки его физико-л еханических свойств выплавлены следующие чугуны.

Пример 1. Чугун, вес.%:

Углерод 3,57

Кремшгй 3,40

Марганец 0,64

Хром 0,18

Медь 0,91

Мапий 0,019

Редкоземельные металлы

>5

Кальций 0,007

Железо Остальное

В качестве примесей чугун содержит никель до 0,27%..

Иэ чугуна. отлиты поршневые кольца диаметром 130 мм, сечением 4 х 7 мм. Структура отливок: графит шаровидный, правильный и неправильный, размер включений 15 — 35 мкм, перлит тонкопластинчатый и сорбитообразный, феррит (4 — 8 об.%) и эвтектический цемент (до 5 об.%).

Механические свойства поршневых колец G

ИЭГ

128 — 136 кгс/мм2, Е = 16400 — 17100 кгс/мм, остаточная деформация С 0,8 — 3,7%, твердость

HRB 106 — 111, износостойкость 1,45 (в относительных величинах, за единицу принята износостойкость серого чугуна) .

Пример 2. Чугун, вес%:

Углерод 3„35

Кремний 3,90

Марганец 0,96

Хром 0,32

Медь 1,04

Магний 0,04

Редкоземельные ме галлы 0,002

Кальций 0,01

Железо Остальное

Чугун в качестве примесей содержит никель до 0,61%; фосфор до 0,07%.

Отлиты поршневые кольца;,наметром 120 мм.

Микроструктура отливок: графит п>аровидный правильньий и неправильный, размер включений 15 — 40 мкм, перлит тонкопластинчатый, феррит (2 — 3 об,%), эв те ктическ ий цел ентит (5—

8 об.%).

Механические свойства колец: 6 э -= 128—

134 кгс/мм, остато-шая деформация С 1,1 — 2,8, твердость HRB 108 — 112, износостойкость чугуна 1,45.

Пример 3. Чугун, вес.%:

Углерод 3,49

Кремний 2,90

Марганец 0,50

Хром 0,08

Медь 0,70

Магний 0,016

Редкоземельные металлы 0,025

Кальций 0,046

Отлиты заготовки диаметром 12 мм и 30 мм.

Микроструктура отливок диаметром 12 мм: графит шаровидный неправильный и плотный компактный, размер включений 10 — 45 мкм, перлит тонкопластинчатый и сорбитообразный, феррит (8 — 12 об.%), эвтектический цемент (2 — об.%).

Механические свойства отливок диаметром

30 мм:би>>г= 126 — 130 кгс/мм, 5 g = 57—

64 кгс/мм, Д = 1,8 — 2,7%, HB = 240 — 255, износостойкость (в относительных величинах)

1,38.

Пример 4. Чугун, вес.%:

Углерод 3,8

Кремний 2,40

Марганец 0,45

Хром 0,05

Медь 1,20

Магний 0,01

Редкоземельные металлы 0,06

Кальций Р,006

Железо Остальное

Отлиты заготовки поршневых колец диамет- 15 ром 130 мм. Микроструктура чугуна в отливках: графит шаровидный, размер 7 — 25 мкм, перлит сорбитообразный, феррит (6 — 15 об.%), и цсментит (до 10 об.%). Твердость отливок

HRB 99 — 102. 20

Применительно к условиям работы поршневых колец форсированных двигателей оптимальными механическими и технологическими свойствами. обладает чугун следующего химического состава, вес.%: 25

Углерод 3,4-3,6

Кремний 3,1-3,4

Марганец 0,5 — 0,8

Хром 0,08 — 0,25

Медь 0,75 — 1,0

Магний 0,015 — 0,025

Редкоземельные металлы 0,015 — 0,03

Кальций 0,006 — 0,02

Микроструктура такого чугуна в индивидуальных отливках поршневых колец диамет859473 6 ром 120 — 140 мм состоит из иировидного графита правильной и неправильной формы, размер включений 10-40 мкм, сорбитообразного и токкопластиичатого перлита, феррига в виде оторочек вокруг графита в количестве 2 — 10 o6.% и мелких, преимущественно равномерно распределенных, включений эвтектического цементита в количестве 2-8 об.%.

Твердость поршневых колец НЯВ 100 — 112, 1О прочность при изгибе Овраг 130 кгс/мм, остаточная деформация С 1 — 2,5%, модуль упругости Е = 15700 — 17800 кгс/мм, теплостойкость поршневых колец (потеря упругости при

300 С) 3 — 5%, износостойкость 1,38 — 1,45.

ЗО

Механические свойства при изгибе Литейные свойства

Наименованне чугуна. про Ги6 мм

Гаэовыв и шлаковые ракоины, ко» личество олец,%

Протяженность усадочной и рисости в кольце, мм

P разрушения кгс цемента, .%

3,5-3,6 С, 3,1 — 3,4 Si

Известный

17,3 102 (авт.св.

У 380737) 0,45-0,6 Мп, 0,25 — 0,35 Сг

166-180 20-2

16 0 103

53,0

08 — 10 Си

0,018 — 0,025 Mg

120

Химический состав Микрочугуна,% структура, колиество

Сравнительные физико-механические свойства поршневых колец диаметром 130 мм из предлагаемого и известного (2) высокопрочных чугунов описаны в таблице, Сравнивая свойства предлагаемого и известного (21 чугунов, можно заключить, что предлагаемый чугун, сохраняя высокие служеб. ные свойства (прочность, износостойкость и теллостойкость), значительно (в 2 — 3 раза) менее склонен к образованию в отливках таких литейных дефектов, как усадочиая пористость, газовые и шлаковые раковины, он обеспечивает получение отливок (например

P поршневых колец) с более стабильной структурой металлической основы.

Предлагаемый чугун выплавляется в индукционных г дуговых плечах. Температура перегрева расплава 1500 — 1550 С, температура заливки 1400 — 1460 С.!!родолжение ибл.

Наименование чут:уна

Химический состав чугуна,%

Микроструктура, кол чество

Литейные

Протяженность усадочной посвойства

Газовые и шлаковые раковины„количество, колец % цемента, об.% ристости в кольце, мм

36 С; 338 Si

0,7 Мп; 0,14 P

0,008 $; 0,2 Сг

04Ni; 0,006 Са

0,004 РЗМ; 0,028 Mg

Предлагаемый

61,6

16,8

108

20-30

12,5-14

3,72 С; 3,3 Si

0,5Мп; 0,1Р

0,01 S; 0,3 Сг

055 Ni; 005 Са

0,05 РЗМ; 0,013 Мд

20-30

62,5

107

12,5 — 14

19,0

0,05 — 0,4

0,7 — 1,2

0,01--0,04

Составитель Г. Дидик

Техред Т. Маточка гедактор К. Лембак

Корректор M. Пожо

Заказ 7477/44 Тираж 681 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула изобретения

Высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, магний и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения технологических характеристик при сохранении служебных свойств, он дополнительно содержит редкоземельные металлы и кальций при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Углерод 3,3 — 3,8

Кремний 2,4 — 4;0

Марганец 0,45 — 1,0

Хром

Медь

Магний

Редкоземельные металлы 0,002 — 0,06

Кальций 0,006 — 0,05

Железо Остал ьное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР N 648638, кл. С 22 С 37/10, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР N 380737, кл. С 22 С 37/04, 1971.