Высокопрочный чугун Советский патент 1990 года по МПК C22C37/08 C22C37/10 

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для тонкостенных деталей, например для поршневых колец двигателей внутреннего сгорания.

Цель изобретения - повышение прочности при растяжении в интервале температур 500-800°С, улучшение износостойкости.

Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предложенного состава обусловлен следующим.

Введение углерода и кремния менее их. нижнего предела ухудшает литейные свойства чугуна - уменьшается жидко- текучесть и увеличивается усадка. Это способствует образованию усадочных газовых раковин. Введение каждого из указанных ингредиентов выше верхнего предела увеличивает количество ферритно.й структурной составляющей (7 15%), а гакже количество и размеры включений графита, в результате чего ухудшаются такие физико-механические свойства, как прочность на изгиб, твердость и модуль упругое- ти, следовательно, снижается износостойкость.

Содержание марганца менее его нижнего предела не оказывает влияния на свойства чугуна. Присадка же его более верхнего предела приводит к снижению указанных выше свойств, благодаря выделению карбидов марганца по границам эвтектических зерен.

Хром менее 0,01% не влияет сколь-; |ко-нибудь заметно на свойства чугуна, а более 0,3% вводить нецелесообразно, так как в структуре чугуна начинают выделяться карбиды хрома, растет их количество и увеличиваются размеры включений, что отрицательно сказывается на обрабатываемости и пластичности чугуна.

Никель и медь способствуют повы- шению статической и динамической

(Л

СЛ

о ел

СО

рочности, ударной вязкости и изноостойкости.

Введение каждого из указанных инредиентов меньше нижнего предела практически не оказывает влияния на свойства чугуна а более верхнего предела вводить не рекомендуется, так как никель свыше 1,5% влияет на графитизацию, а медь более 2,0% снижает прочность из-за выделения ее в свободном состоянии в виде локальных объемов.

Молибден в количестве 0,05-0,5% повышает статическую и динамическую прочность и твердость в широком ин- тервале температур 500-800°С, модуль упругости и износостойкость.

Молибден менее 0,05% не оказывает какого-либо заметного влияния на изменение структуры, а более 0,5% снижает пластичность, увеличивает твердость и не обеспечивает оптимальную структуру и,как следствие, служебные характеристики полученных деталей, такие как надежность и долговечность.

Легирование чугуна ванадием способствует образованию мелкодисперсных нитридов и карбидов, влияющих на формирование исходной однородной структуры. Являясь центрами кристаллизации, они не только замедляют рост металлической основы, но и одновременно способствуют замедлению движения дислокаций в области высоких температур. Это ведет к увеличению значений прочностных и упругих характеристик в интервале температур, равном 500-800°С, а в итоге к росту износостойкости.

Ванадий в количестве, меньшем нижнего предела,практически не влияет на свойства чугуна, а в количестве, большем верхнего предела, способствует повышению твердости и вызывает охрупчивание.

Магний и церий вводят в качестве . модифицирующих элементов для сферо- идизации графита с целью получения высоких физико-механических свойств, таких как прочность на изгиб, усталостная прочность и твердость.

По мере уменьшения остаточного содержания этих элементов менее нижнего предела каждого или увеличения выше верхнего предела снижается количество включения графита шаровидной формы и растет количество включений графита пластинчатой формы. В итоге

чугун получается с одной стороны не- домодифицированным, а с другой - перемодифицированным .

Экспериментально установлено, что неодим, празеодим и эрбий, кроме общеизвестного модифицирующего действия, приводят к значительному обес- сериванию, образуя при этом неметаллические включения округлой формы, которые распределяются в металлической основе,имея размер не более одного микрона. Усиливая процесс модифицирования, они позволяют уменьшать содержа5 ние магния и иттрия в составе чугуна, Введение неодима, празеодима и эрбия меньше нижнего предела, каждого в отдельности, не оказывает какого- либо влияния на свойства расплава, а

Q выше верхнего предела способствует образованию интерметаллидной фазы, что отрицательно сказывается на формировании включений графита шаровидной формы.

5 Комплексное модифицирование магнием, церием, неодимом, празеодимом и эрбием позволяет получить у чугуна высокие эксплуатационные характеристики после термической обработки. За счет повышения статической и динамической прочности, вязкости, модуля упругости, а в итоге износостойкости цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания, улучшается работоспособность двигателя и, как следствие, увеличивается в 2-3 раза ходимость автомобилей.

Чугун выплавляют в индукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой. В расплав чугуна при температуре 1470- 1490°С вводят легирующие элементы, как в чистом виде, так и в виде ферросплавов. В частности, медь и никель в чистом виде, молибден, ванадий в виде ферросплавов, а магний и РЗМ в виде модифицирующих лигатур.

Перед разливкой чугун перегревают до 1520°С. Магний, церий и иттрий в виде лигатур вводят в ковш. Заливку в земляные разовые стопочные формы 0 производят при 1400-1450°С. Химические составы чугуна приведены в табл.1, Из чугуна изготавливают отливки поршневых колец, которые затем подвергают термической обработке по следую- 5 щему режиму: нагрев до 900-950°С, выдержка 1,0-1,5 ч, закалка в соляной ванне при 320-350°С, выдержка 3-5 ч, далее охлаждение на воздухе.

0

5

0

5

Таблнц«2

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве поршневых колец ДВС. Цель изобретения - повышение предела прочности при растяжении в интервале температур 500-800°С и улучшение износостойкости. Чугун содержит, мас.%: C 3,4-4,0

SI 2,5-3,5

MN 0,05-0,3

CR 0,01-0,3

CU 0,3-2,0

NI 0,15-1,5

MO 0,05-0,5

V 0,1-0,5

MG 0,02-0,05

CE 0,01-0,03

ND 0,006-0,012, P 0,003-0,007

ER 0,001-0,003

FE остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна ND, PR и ER позволяет повысить σ в в 1,28-1,49 раза, а также улучшить износостойкость в 2-6 раз. 2 табл.