Чугун Советский патент 1984 года по МПК C22C37/10 

О) О1

4

со

Од

Изобретение относится к металлур ии, в частности к разработке составов чугуна для отливок, работающих в условиях трения скольжения и аг- ресианых средах.

ИэвеЬтен чугун, содержащий, мае.%; Углерод 3,0-3,3; Кремний 0,8-1,2; Марганец 0,4-0,8; Никель 0,05-0,15; Титан 0,05-0,15; Ванадий 0,1-0,25; Железо - остальное Cl Недостатками чугуна этого состав являются низкая износостойкость и коррозионная стойкость.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является чугун, содержащий компоненты при следующем соотношении, мае.%: Углерод 2,93,5; Кремний 1,7-2,7; Марганец 0,30,8; Хром О,1-0,5 Никель 0,05-0,8; Ванадий 0,15-0,5; Азот 0,005-0,02; Церий 0,005-0,02; Алюминий 0,0010,1) Железо - остальное. В качестве примеси могут быть сера до 0,08% и фосфор до 0,15% Е 2J.

Однакр недостаточно высокие стойкость в агрессивных средах и изнсхзостойкость не возволяют рекомендовать применение известного чугуна для изготовления гильэ цилиндров внутр«еннвго сгорания.

Цель изобретения повышение износостойкости и коррозионной стойкости чугуна.

Указанная цель достигается тем, 4to чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, азот, церий, алюминий и железо, дополнительно содержит фосфор и, титан при следующем соотношении компонентов, мас.% , Углерод3,0-3,6

Кремний1,7-2,7

Марганец0,3-0,8

Хром0,1-0,5 Никель0,05-0,5

Ванадий0,15-0,5 .

Азот0,005-0,02

Церий0,005-0,02

Алюминий0,001-0,10

БОСФОР0,16-0,5

Титан0,03-0,15

ЖелезоОстальное

Пределы содержания компонентов установлены исходя из получения наиболее благоприятного сочетания механических свойств износостойкости, коррозионной стойкости. Повышение концентрации фосфора выше 0,5% приводит к снижению механических свойств чугуна. -Нижний предел (ОД6%) содержания фосфора связан с появлением фосфидной эвтектики в структуре. Нижний предел по содержанию кремния и углерода вызван необходимостью получения металлической матрицы без метастабильной фазы, верХний - ограничен получение

перлитовой основы с количеством феррита не более 5-8%, Содержание хрома (0,1-0,5%), никеля (0,05-0,5%) ванадия (0,15-0,5%), титана (0,030,15%), азота(0,005-0,02%) выбирается из условия максимального упрочнения металлической основы« Увеличение концентрации перечисленных элементов выше выбранных пределов повышает склонность чугуна к отбелу. Пределы содержания аЛоминия (0,0010,1%) и церия (0 005-0,02%) обеспечивают получение отлийок без отбела. Оптимальный состав сплава содержит, мас.%: углерод .3,3) кремний 2,1,марганец 0,6; хром 0,3;f никель 0,25; ванадий 0,3; азот 0,01; фосфор 0,35; титан 0,1; церий О,01 алюминий 0,005.

Наличие фосфора, в составе чугуна приводит к образованию в структуре твердых включений фосфидной эвтектики, которая располагается преимущественно па границам эвтектических зерен. Структура чугуна состоит из легированного перлита высокой и дисперсности мелких включений графита. Присутствие фосфора измель-чает дендриты первичного аустенита и размер эвтектического.зерна. Данные структурные изменения значительно увеличивают твердость материала. Совместное легирование сплава карбидообразующимн элементами;: (хромом, марганцем, Ъанадием) заметно повышает мккротвердость Лосфидной эвтектики. Наличие фосфора и титана в сплаве способствует сохранению твердости материала после вы цержки при повышенных температурах В присутствии азота титан упрочняет .металлическую-матрицу за счет образования дисперсных карбонитридов титана.

Увеличение износостойкости предлагаемого чугуна с повышенным содержанием фосфора связано с наличием в структуре фосфидной эвтектики, обладающей высоким сопротивлением к истиранию. Фосфидная эвтектика играет роль основы, воспринимающей давление в паре трения, и способствует образованию карманов, в которых задерживается смазка. Значительное измельчение эвтектических зерен в связи с добавкой фосфора и титана приводит к более равномерному распределению включений фосфидной эвтектики в структуре. Сплав практически не склонен к адгезионному взаимодействию.

Коррозионная стойкость сплава повышается за счет увеличения дисперсности перлита, равномерного распределения Графита, а также снижения электродного потенциала чугуна вслед ствие наличия в структуре карбонитри дов титана и фосфидной эвтектики.

повышающих количества катодной фазы в структуре, и значительного легирования титаном феррита эвтектоих1а. Большое влияние на повышение коррозшэнной .стойкости оказывают межзерновые прослойки по границам первичных и эвтектоидных зерен, образующиеся в период кристаллизации и охлаяздения чугуна, содержащие значительное количество фЬефора, обладающие повышенной коррозионной стой костью и служащие барьерами на пути распространения коррозии.

: Для получения чугуна выплавлены три состава сплавов, содержащих каждый ингредиенты на нижнем, среднем и верхнем . Содержание железа при этом составляло дополнительно до 100% в каждом СП-лаве. Для сравнительных испытаний использован известный чугун со средним содержанием легирующих элементов.

Химические составы чугунов представлены в .табл. 1.

Чугуны готовились в тигельной индукционной печи емкостью 40 кг с кислой футеровкой. В качестве шихты использовались литейный чугун марки ЛК-3, стальной лом, ферросплавы кремния, никеля, ванадия, хрома, церия, фосфора, титана, азотированный ферромарганец (5% азота) и алюминий. Ферроцерий и алюми1 НИИ вводились в ковш перед заливкой

На выплавленных образцах измерялась твердость при различных температурах. Испытания на износостойкость

проводились в режиме сухого трения : скольжения в паре с улучшенной сталью 45 твердостью 48HR при нагрузке 8 кг/см и скорости скольжения 2,0 м/с Износостойкость образцов оценивалась весовым методом.

Полученные результаты представлены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, изменение

0 концентрации фосфора и дополнительный ввод титана существенно повьипает твердость сплава при повышенньос температурах, износостойкость и коррозионную стойкость материала.

5 Чугун предлагаемого состава обёспечивает повышение износостойкости и коррозионной СТОЙКОСТИ сплава. При этом материал обладает оптимальной твердостью, поз1воляющёй пpoвoдиtь

Q механическую обработку отливок, не меняя технологического процесса. Структура предлагаекгого чугуна перлитная. Графит имеет мёлкопластинчатую форму. Высокая дисперсность

перлита, наличие включений фосфидной эвтектики, отсутствие в структуре ледебурита, обеспечивают высокую эксплуатационную работу трения в условиях агрессивной среды. Чугун предлагаемого состава

0 наиболее эффективно использовать для изготовления отливок гильз цилиндров двигателей внутреннего сго рания. Годовой экономический эффект от внедрения; изобретения

5 960 тысiруб.

Т а б л и ц ia 1

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель. ванадий, азот, церий, алюминий и железо, отлцчающийс я тем, что, с целью повышения износостойкости и коррозионной стойкости, он дополнительно содержит ФоЬфор и титан при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод3,0-3,6 Кремний1,7-2,7 Марганец0,3-0,8 Хром0,1-0,5 Никель0,05-0,5 Ванадий0,15-0,5 Азот0,005-0,02 Церий0,005-0,02 Алюминий0,001-0,1 Фосфор,0,16-0,5 Титан 0,05-0,15 Железо . Остальное

3,2 2,6

Средний

Известный 3,3 2,2 0,5 0,3 Средний 3,6 2,7 0,8 0,5 Верхний

0,3 0,15 0,36 0,015 0,12

0,6 .0,25 0,3 0,01 О,3S 0,5 О,50,02. О,5

Известный Средний 0,01 0,05

Предлага0,005 0,001 0,03

Нижний емый

Средний 0,01 0,005 0,09

0,02 0,10,15

Верхний

Известный Средний 0,34

0,23

Предлагаемый Нижний

0,19

Средний

Верхний 0,16

Продолжепие табл. 1,

Таблица 2

197

54 229

51 241

231

58 263

255

261

53 270