Чугун Советский патент 1991 года по МПК C22C37/10 

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может быть использовано для получения ответственных литых заготовок, например, гильзы цилиндров дизельных двигателей воздушного охлаждения, к материалу которых предъявляются повышенные требования в плане износостойкости, жидкотекучести (так как стенка гильзы цилиндра тонкая, ребристая), сопротивляемости задиру.

Цель изобретения - повышение сопро тивляемости задиру, жидкотекучести и снижение стоимости при сохранении износостойкости.

Указанная цель достигается тем, что чугун преимущественно для гильз цилиндров дизельных двигателей воздушного охлаждения содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, ванадий, титан, ниобий,

фосфор и железо, барий,висмут при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Никель

Медь

Ванадий

Титан

Ниобий

Фосфор

Барий

Висмут

Железо

Совместный ввод бария и висмута в указанных пределах улучшает сопротивляемость задиру при снижении суммарного износа пары трения за счет комплексного влияния на распределение и размеры включений графита и строение металлической матрицы. В частности обеспечивается измельчение включений графита до 45-90 мкм при одновременном исключении отбела в тонких сечениях, характерных для ребристой гильзы цилиндров двигателей воздушного охлаждения. Измельчение эвтектического зерна за счет совместного

Евода висмута и бария приводит к улучше- ию строения фосфидной эвтектики, кото- ая играет важную роль в формировании задиростойкости, износостойкости.

Ниобий усиливает стабилизирующее действие таких элементов, как хром, ванадий, титан, а также изменяет морфологию структурносвободных карбидов и фосфидной эвтектики, играющих важную роль в формировании задиростойкости, износостойкости и твердости металлической осно- Ьы.

Наличие в составе предлагаемого чугуна фосфора в указанных пределах (0,25-0,6 мас.%) приводит к формированию в структуре фосфидной эвтектики в виде разорванной сетки (Фр1,Фр2), повышает кидкотекучесть, твердость.

Медь(0,55-1,2%) в предлагаемом составе совместно с никелем устраняет неравномерность свойств по сечениям отливки, улучшает прочностные и технологические Характеристики чугуна. Комплексное легирование суммой ниобия, висмута, фосфора При предлагаемой концентраци.. меди и kpOMa способствует снижению износа | онтртела {кольца) из высокопрочного чугу- а, особенно в присутствии абразивных ча- ртиц, и повышению сопротивляемости задиру. Ванадий, марганец, хром и титан в Указанных пределах, оказывая эффективное влияние на первичную кристаллизацию, втектическое и эвтектоидное превращение, способствуют получению чугуна с мелкодисперсной матрицей и равномерно распределенными включениями графита, что, в свою очередь, обеспечивает снижение Склонности сплава к выкрашиванию струк- typHbix составляющих в процессе износа.

Нижние пределы по углероду (3,2 мас,%) и кремнию (1,8 мас.%) обусловлены йеобходимостью исключения структурно- Свободного цементита. Превышение верх- щих пределов концентрации данных Элементов приводит к ухудшению формы, размеров и распределения графита. Наличие в чугуне марганца ниже 0,5 мас.% не Обеспечивает требуемого упрочнения матрицы, а при добавках выше 1,0 мае. % увеличивается склонность сплава к усадочным делениям. При концентрации ванадия, тита- ма, ниобия и хрома ниже указанных пределов (0,05; 0,02; 0,05; 0,2 мас.%, соответственно) в структуре чугуна появляется феррит, существенно снижающий твердость сплава, износостойкость и сопротивляе- мость задиру. Добавки в сплав этих же элементов выше верхних пределов (0,2; 0,08; 0,2; 0,35 мас.% соответственно) резко ухудшают обрабатываемость и кроме того, приводят к удорожанию огливок. Введение хрома более 0,35 мас.% может приводить к выделению эвтектических карбидов, что вызывает уменьшение жидкотекучести и износостойкости. Нижние пределы по никелю 0,1 мас.% и меди 0,55 мас.% выбраны, исхо- 5 дя из получения равномерной твердости в сечениях отливки. При концентрациях этих элементов выше верхних пределов (0,6 и 1,2 мас.%, соответственно) степень их влияния на перлитизацию сплава незначительна и 0 экономически нецелесообразна. При содержании фосфора 0,25-0,6 мас.% в структуре образуется равномерно распределенная эвтектика, существенно влияющая на достижение поставленной цели. При 5 концентрации фосфора ниже 0,25 мас,% в структуре не образуется разорванная фос- фидная сетка. Добавка указанного элемента выше Огб мае. % охрупчивает сплав, что приводит к повишенному браку по трещинам. 0 Выбранные пределы содержания бария (0,005-0,02 мас.%) и висмута (0,002-0,015 мас.%) обеспечивают за счет эффективного модифицирования исключение в тонких сечениях отливок из предлагаемого сплава 5 структурно-свободного цементита и измельчения графита. Указанные элементы благоприятно влияют на форму и морфологию сло нолегированной фосфидной эвтектики. Оптимальный состав предлагаемого чу- 0 гуна содержит, мас.%:

углерод3,4;

кремний2,3;

марганец0,75;

хром0,26;

5 о никель0,35;

медь0,85;

ванадий„ 0,12;

титан0,05;

барий0,012;

0ниобий0,12;

висмут0,0085;

фосфор0,42.

Пример. Для получения чугуна выплавляют три состава предлагаемого чугуна 5 на нижней, среднем и верхних пределах, два состава с пределами содержания ингредиентов ниже нижнего и выше верхнего пределов. Для сравнительных испытаний используют известный чугун, содержащий ингредиенты на среднем пределе.

Плавки проводят в индукционной печи с кислой футеровкой. В качестве шихты используют литейный чугун ЛЗ, стальной лом, ферросплавы марганца, кремния, ванадия, титана, хрома, ниобия, фосфора, гранулиро- ванный никель, катодную медь, барийсо- держащую лигатуру (типа Фс65Ва10, 10 мас.% бария) и лигатуру с висмутом на основе меди (Bi до 10 мае %) Шихту загружают в печь,после расплавления и перегрева до 1460°С вводят ферросплавы в требуемых количествах с учетом степени их усвоения (марганец, медь, никель, хром, ванадий 85- 95 мас.%, фосфор, титан, ниобий 70-80 мае. %). Перед разливкой жидкий металл об- рабатывают барийсодержащей лигатурой и лигатурой с висмутом на основе меди, усвоение 70-80 мас.%.

Чугун заливают в разовые песчаные формы. Из полученных заготовок вырезают образцы шириной 50 мм, длиной 150 мм и толщиной 5 мм для испытаний на износ, которые проводят на машине трения с возвратно-поступательным движением в условиях граничного трения. При испытании применяют дизельное масло при 400 двойных ходов в минуту. В качестве контртела применяют высокопрочный чугун марки ВЧ50 (200 НВ). Критерием интенсивности истирания принята величина износа, выра- женная в мг/100 ч. Оценку сопротивляемости задиру предлагаемого сплава проводят на установке, оборудованной специальным приспособлением. Образцы закрепляют в

стальные обоймы и прижимают к рамкам диаметром 40 мм и шириной 20 мм, изготов-

ленным из стали 45 (твердостью 55 HRc ),

Перед началом испытаний, которые прово-

дят без применения смазки, образцы и ро-

лики обезжиривают бензином. Скорость вращения ролика 0,4 м/с, нагружение об-

разцйв осуществляют путем увеличения

удельного давления ступенями по 5 МПа

через каждую минуту. Момент наступления

задира определяют по удельной нагрузке, при которой резко увеличивается коэффи-

Углерод

циент трения. Жидкотекучесть сплава определяют по спиральной пробе с площадью сечения 40 мм2.

Химический состав и результаты испытаний сплавов приведены в табл. 1 и 2. Как видно из табл. 1 и 2, введение в состав сплава бария и висмута позволяет существенно повысить износостойкость, сопротивление задиру и жидкотекучесть.

Структура предлагаемого сплава перлитная с равномерно распределенной разорванной сеткой фосфидной эвтектики сложного состава и равномерно распределенных включений графита с размером до 90 мкм.

Предлагаемый состав целесообразно использовать для изготовления гильз цилиндров без последующей закалки ТВЧ для дизельных двигателей воздушного охлаждения.

Формула изобретения

Чугун преимущественно для гильз цилиндров дизельных двигателей воздушного , охлаждения, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, ванадий, титан, ниобий, фосфор и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения жидкотекучести, сопротивляемости задиру и снижения стоимости при сохранении износостойкости, он дополнительно содержит барий и висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%:

3,2-3,6 1,8-2,8 0,5-1,0 0,2-0,35 0,1-0,6 0,55-1.20- 0,05-0,20 0,02-0,08 0,05-0,20 0,25-0,60 0,005-0,020 0,002-0,015 Остальное.

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может быть использовано для получения ответственных литых заготовок. Целью изобретения является повышение жидкотекучести, сопротив- ляемости задиру при сохранении износостойкости. Предлагаемый чугун содержит, мас.%: углерод 3,2-3,6; кремний 1,8-2,8; марганец 0,5-1,0; хром 0,2-0,35; никель 0,1-0,6; медь 0,55-1,2; ванадий 0,05- 0,2; титан 0,02-0.08; ниобий 0,05-0,2; фосфор 0,25-0,6; барий 0,005-0,02; висмут 0,002-0,015; железо - остальное. Предлагаемый состав целесообразно использовать для изготовления гильз цилиндров без последующей закалки ТВЧ для дизельных двигателей воздушного охлаждения. 2 табл.

Таблица 1

k2 51 43 39

Продолжение табл.1

Таблица 2

390 550 630 660