Чугун для гильз цилиндров двигателей Советский патент 1991 года по МПК C22C37/06 

&

(Ј

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве гильз цилиндров двигателей. Цель изобретения - улучшение жидкотекучести, снижение себестоимости при сохранении уровня износостойкости и механических свойств. Новый чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: С 3,1- 3,6: Si 2-2.8; Mr 0,6-1; Cr 0,1-0.38; N1 0,1- 0,6; V 0,05-0,2; Си 0,3-1; Ti 0,03-0,1; Ва 0,003-0,01; Nb 0.02-0,1; Р 0,61-0,9; РЗМ 0,005-0,02; Fe остальное. Изменение соотношения хрома и фосфора в чугуне предлагаемого состава позволяет повысить жидкотекучесть в 1,03-1,12 раза, а также снизить себестоимость, 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для гильз цилиндров двигателей.

Цель изобретения - улучшение жидко- текучести, снижение себестоимости при сохранении уровня износостойкости и механических свойств.

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

Наличие в составе предлагаемого чугуна фосфора и хрома в указанных пределах позволяет повысить жидкотекучесть чугуна,, сохранив эксплуатационные (суммарный износ пары гильза-поршневое кольцо) и механические характеристики при одновременном снижении себестоимости.

Комплексное легирование ниобием, хромом, фосфором при наличии в указанных концентрациях меди и никеля способствует снижению износа контртела (кольца) из высокопрочного чугуна, особенно в присутствии абразивных частиц.

Совместное графитизирующее модифицирование предлагаемого чугуна барием и РЗМ цериевой группы исключает отбел в тонких сечениях отливок, измельчает эвтектическое зерно и приводит к более равномерному распределению включений фосфидной эвтектики в металлической матрице.

Выбранные пределы содержания углерода (3,1-3,6%), кремния (2,0-2.8%) в предлагаемом сплаве обеспечивают хорошие литейные и технологические свойства.

Нижние пределы по углероду и кремнию обусловлены необходимостью исключения образования структурно-свободного цементита. Превышение верхних пределов концентрации данных элементов приводит к ухудшению формы, размеров и распределения графита. Наличия в чугуне

О CJ

а

а

марганца ниже 0,6% не обеспечивает требуемого упрочнения матрицы, а при добавках его свыше 1,0% увеличивается склонность сплава к усадочным явлением. При концентрации ванадия, ниобия, хрома и титана ниже указанных пределов (0,05, 0,02, 0,1, 0,03% соответственно) в структуре чугуна появляется феррит, существенно снижающий твердость сплава. Добавки в сплав этих же элементов выше верхних пределов (0,2, 0,1, 0,38 и 0,1 % соответственно) резко ухудшают его обрабатываемость и, кроме того, приводят к удорожанию отливок.

Введение хрома более 0,38% может привести к выделению эвтектических карбидов, что вызывает уменьшение жидкоте- кучести и износостойкости чугуна. Нижние пределы по никелю (0,1%) и меди (0,3%) выбраны исходя из получения равномерной твердости в сечениях отливки. При концентрациях этих элементов выше верхнего предела (0,6 и 1,0% соответственно) степень их влияния на перлитизацию сплава незначительна, кроме того, это экономически нецелесообразно. При содержании фосфора 0,61-0,9% в структуре образуется равномерно распределенная эвтектика, существенно влияющая на жидко- текучесть и на характер и величину суммарного износа пары трения. При концентрации фосфора ниже 0,61 % в структуре не образуется разорванная фосфидная сетка. Добавки данного элемента выше 0,9% увеличивают пористость чугуна и ухудшают прочностные характеристики. Выбранные пределы содержания бария (0,005-0,07%) и РЗМ (0,005-0,02%) обеспечивают за счет эффективного графитизирующего модифицирования исключение в тонких чугунах отливок из предлагаемого сплава структурно-свободного цементита, резко ухудшающего его обрабатываемость. Указанные элементы благоприятно влияют на форму и морфологию сложнолегированной фосфид- ной эвтектики. Оптимальный состав предлагаемого чугуна содержит, %: углерод 3,4; кремний 2,4; марганец 0,8; хром 0,25; никель 0,35; ванадий 0,12: медь 0,7; титан 0,06; барий 0,007; ниобий 0,06; фосфор 0,75; РЗМ 0,01. Механические свойства в стандартных образцах (предел прочности на разрыв) более 230 МПа, НВ 240-290, жидкотекучесть 560-610 мм.

Пример. Выплавлены три состава предлагаемого чугуна. Для сравнительных испытаний использован известный чугун, содержащий ингредиенты на среднем уровне.

. Выплавку чугуна проводят в индукционной печи с кислой футеровкой. В качестве

шихтовых материалов используют: литейный чугун ЛЗ, стальной лом, ферросплавы марганца, кремния, ванадия, титана, хрома, ниобия, фосфора, гранулированный никель,

катодную медь, РЗМ и барийсодержащие лигатуры типа ФС65БаЮ (10% бария) и ФСЗОРЗМЗО (30% РЗМ) соответственно. Шихту загружают в печь после расплавления и перегрева до 1460°С, вводят ферро0 сплавы в требуемых количествах с учетом степени их усвоения (марганец, никель, ванадий, медь, хром - 85-95%, фосфор, титан, ниобий - 70-80%). Перед разливкой жидкий металл обрабатывают РЗМ и ба5 рийсодержащей лигатурой (усвоение 70- 80%). Чугун заливают в разовые песчаные формы. Из полученных заготовок вырезают образцы наружным диаметром 26 мм и высотой 10 мм для испытаний на износ, кото0 рые проводят на машине трения типа МТ-2 в условиях граничной смазки и с подачей абразивных частиц (кварцевой пыли) при удельной нагрузке на образец 20 МПа и скорости скольжения 5 м/с. В качестве контртела применяют высокопрочный чугун ВЧ50. Суммарный износ оценивают в граммах. Время испытаний составляет до 25 ч. Жидкотекучесть определяют по спиральной пробе с площадью сечения 40 мм2.

0 Химический состав и результаты испытаний чугунов приведены в табл. 1 и 2. Как видно из табл. 1 и 2, изменение пределов содержания хрома, фосфора позволяет повысить жидкотекучесть расплава, снизить

5 себестоимость при сохранении эксплуатационных и механических характеристик.

Структура предлагаемого чугуна перлитная с равномерно распределенной разорванной сеткой фосфидной эвтектики

0 сложного состава и равномерно распределенными включениями графита.

Формула изобретения Чугун для гильз цилиндров двигателей,

5 содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, медь, титан, барий, ниобий, фосфор, редкоземельные элементы цериевой группы и железо, отличающийся тем, что, с целью улучшения жид0 котекучести, снижения себестоимости при сохранении уровня износостойкости и механических свойств, он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

5

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Никель

Ванадий

3,1-3,6 2,0-2,8 0,6-1,0 0,1-0.38 0,1-0,6 0.05-0,2

0,3-1,0 0,03-0,1 0,003-0,01 0,02-0,10

0,61-0,9

0,005-0,02 Остальное

Таблица 1

Таблица 2