Чугун Советский патент 1985 года по МПК C22C37/08 

111 Изобретение относится к металлургии, в частности к износостойким чугунам, применяемым для изготовления деталей, работающих в узлах трения с ограниченной смазкой при повышенных температурах, например для элементов уплотнений двигателей внутреннего ег рания. Известен чугун, содержащий угле-род, кремний, марганец, хром, медь, никель, молибден, ванадий и железо при следующем содержании компонентов мае.%: Углерод3,4-3,8 Кремний2,5-3,2 Марганец . 0,5 - 0,8 Хром0,4 - 0,7 Медь0,8 - 1,2 Никель0,5 - 0,8 Молибден 0,8-1,3 Ванадий0,1-0,3 ЖелезоОстальное. Этот чугун применяется для изготовления поршневых колец двигателей внутреннего сгорания и элементов уплотнения J Однако наряду с удовлетворительными свойствами - высоким сопротивлением схватыванию и хорошей обраб 1тываемостью, он недостаточно износ стоек, особенно при работе в паре износостойкими покрытиями. Наиболее близкю4 к предлагаемом по технической сущности и достигае мому результату является чугун содержащий мас.%: 3,0 - 3,8 Углерод 1,6 - 3,0 Кремний 0,4 - 1,0 Марганец 0,45- 1,35 0,03- 0,18 Ванадий 0,005-0,1 0,1 - 0,5 Фосфор 0,02- 0,3 0,3 - 1,0 0,8 Никель 0,1 Остальное Железо Однако содержание хрома в чугун известного состава более 0,3% приводит к образованию сложного карби (Ре,Сг)лС ,неустойчивого к воздействию высоких температур, что при экстремальных условиях трения спо собствует резкому снижению износо стойкости. Цель изобретения - повышение прочности и износостойкости.чугун Поставленная цель достигается ем, что чугун, содержащий углерод, ремний, марганец, хром, ванадий, ор, фосфор, титан, медь, никель и елезо, дополнительно содержит ниоий, церий и лантан при следующем оотношении компонентов,мае.%: 2,8 - 3,4 Углерод 1,8 - 2,4 Кремний 0,4 - 0,8 Марганец 0,01- 0,25 0,2 - 0,8 Ванадий 0,005-0,08 0,05- 0,3 Фосфор 0,2 0,7 0,1 Никель0,6 - 1,5 Ниобий 0,01- 0,03 0,02- 0,04 Лантан Остальное Железо Введение углерода и кремния меньше нижнего предела приводит к отбелу и ухудшению обрабатываемости. Повышение их выше верхнего предела способствует увеличению размеров включений графита пластинчатой формы, а также появлению фериттной структурной составляющей, что связано со снижением износостойкости; Введение марганца меньше нижнего предела не оказывает влияние на структуру, а следовательно, и на прочностные свойства сугуна. Присадка марганца вьше верхнего предела повышает твердость, что отрицательно сказывается на обрабатываемости чугуна - увеличивается расход режущего инструмента, а износостойкость остается без увеличения. Фосфор способствует увеличению жидкотекучести и износостойкости, однако введение его больше верхнего предела приводит к образованию рыхлот и снижению прочности. Добавка малых количеств хрома приводит к образованию дисперсных карбнцов, что положительно сказывается на равномерности структуры металлической основы. Присадка его меньше нижнего предела практически не оказывает влияния, а выше верхнего предела - приводит к образованию карбида (Ге,Сг)лС , неустойчивого к воздействию высоких температур, что способствует снижению износостойкости при трении скольжения. Никель и медь способствуют графи-; тизации, улучшают структуру, снижают склонность к отбелу и увеличивают вязкость чугуна. Содержание.этих элементов выше верхнего предела приводит к тому, что никель способствует усилению графитизации, а медь начинает выделяться в свободном состоянии. Это приводит к снижению прочностных свойств, теплопроводности, а следовательно, и износостойкос ти. Введение этих элементов меньше нижнего предела практически не оказывает влияния- на процесс кристаллизации расплава, а следовательно, свойства чугуна. Присадка бора в пределе 0,0050,08% приводит к образованию мелкодисперсных карбидов бора с большой температурой плавления, которые ста билизируют границы зерен металлической основы, замедляют рост зерен, способствуя тем самым образованию мелкодисперсной структуры и увеличе нию прочностных свойств чугуна при высоких температурых. Одновременно увеличивается износостойкость деталей в процессе трения. Аналогичное влияние оказывают ва надий и титан. В частности влияние титана проявляется через его раскислительное и нитридообразующее действие на состояние расплава, изменяя при этом условия кристаллизации. В результате происходит увеличение жаростойкости и жаропрочности легированного серого чугуна.Присадк ванадия мецьше нижнего предела недостаточна, а больше - ведет к увеличению содержания карбидов, что не позволяет получать требуемую структуру. Введение титана меньше нижнего предела не оказывает влияние на расплав, а больше - ведет к загрязнению жидкого металла неметаллическими включениями. Присадка ниобия приводит к уменьшению отбела чугуна, увеличению количества эвтектических зерен на единицу площади, стабилизации и однород ности структуры. Это непосредственно связано как с увеличением свойств чугуна при повышенных температурах, так и с увеличением износостойкости Содержание ниобия меньше нижнего предела не приводит к необходимым свойствам, т.е. в недостаточной сте пени стабилизирует перлитную структу ру. Введение ниобия ныте верхнего предела хотя и приводит к увеличенику износостойкости, однако обрабатываемость отливок резко ухудшается. Эффективность влияния процесса легирования на износостойкость серого чугуна заметно повьш1ается при модифицировании лантаном и церием. Это связано с изменением характера неметаллических включений, распределением локальных напряжений, а микроструктура, полученная в отливках из этого чугуна, практически полностью удовлетворяет требованиям которые предъявляются к структурам износостойких сплавов. Присадка этих элементов меньше нижнего предела неэффективна, а выше верхнего предела приводит к появлению в структуре чугуна интерметаллидов, которые ухудшают прочностные свойства чугуна, а следовательно износостойкость деталей. Пример. Выплавку проводят в индукционной печи ИСТ 016 с кислой футеровкой. В жидкий металл при 490-I520 С вводили легирующие элементы; медь, никель, ниобий, бор, феррованадий,ферротитан и феррофосфор. Дробленный ферросилиций ФС75, церий и лантан вводят в ковш за 3-5 мин до разливки чугуна. Заливку в разовые формы осуществляют при 14201380с. Химический срстав выплавленных чугунов приведен в табл.1. Образцы каждой плавки испытывают на прочность и твердость при различных температурах, а также определяют теплопроводность, модуль упругости и износостойкость. Испытания на износ проводят на машине трения с возвратко-поступательным движением с усилием 500-2000 кгс/см в течение 20 ч. Результаты испытаний представлены Б тябл.2. Испытания показали, что предлагаемый чугун обладает более высокими физико-механическими свойствами таки ми, как статическая прочность и твердость при высоких температурах, модуль упругости и износостойкость. Полученные свойства позволяют заключить, что низколегированный чугуи можно с успехом использовать в изготовлении деталей, работающих в узлах трения с ограниченной смазкой.

CO

vO

CO

CO

in

ft

;

«Ч

о

о

о

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий,бор, фосфор, титан, медь, никель и железо, отлич ающий.с я тем, что. с целью повышения прочности и износостойкости, он дополнительно содер жит;ниобий, церий и лантан при следующем соотнюшении компонентов, мас.%: 2,8 - 3,4 Углерод 1,8 - 2,4 Кремний 0,4 - 0,8 Марганец 0,01- 0,25 Хром 0,2 - 0,8 Ванадий 0,005-0,08 Бор 0,05- 0,3 Фосфор 0,2 - 0,8 Титан 0,7 - 2,5 Медь 0,1 - 1,5 Никель 0,6 - 1,5 Ниобий 0,01- 0,03 Церий 0,02- 0,04 Лантан Остальное. Железо

CO

- in

r

CO

CO

CN|

«JCO

-