Чугун Советский патент 1981 года по МПК C22C37/10 

1

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам чугунов, и может быть использовано для поЛу.чения качественных отливок, обладающих высокой прочностью и износостойкостью.

Известны в литейном производстве высокоуглеродистые сплавы, содержащие кремний, марганец, хром, никель, ванадий, азот 13 и Г2.

Указанные сплавы за счёт комплексного легирования карбидообразукмдими элементами, а также азотом имеют высокие механические свойства в массивных сечениях отливок. Однако вследствие значительной склонности к отбелу в тонких сечениях наблюдаются включения цемента, что снижает их прочность, ухудшает обрабатываемость отливок резанием.

Наиболее близким к предлагаемому является чугун Гз} следующего химического состава, вес.%:

Углерод 2,8-3,8

Кремний 0,35-2,0

Марганец . 0,2-1,2

Хром0,5-2,5

Никель 0,8-3,6

ванадий 0,08-0,15

Азот 0,015-0,04 Железо Остальное Известный чугун имеет в своем составе повьшенное содержание хрома, который в совокупности с ванадием, никелем и азотом способствует образованию отбеленной структуры в тонких сечениях отливок (толщиной стенки 5-8 мм). В то же время, в массивных

0 сечениях отливок (толщиной свыше 40 мм) при содержании компонентов на среднем и нижнем пределах образуется структура половинчатого и серого чугуна соответственно. Указан5ная неравномерность структуры по сечениям снижает механические свойства отливок. Наличие включений цементита в структуре серого чугуна снижает также суммарную износостой0кость пар трения скольжения из-за абразивного действия выкрашивающихся при эксплуатации частичек метастабильной фазы (цемента). Известный чугун обладает плохой обрабатывае5мостью резанием.

целью изобретения является создание сплава, обладающего высокой прочностью, износостойкостью и НИЗКОЙ

склонностью к отбелу в тонких сече0ниях отливок: ДЛЯ-этого в состав чугуна, содер жащего углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, ванадий и железо, дополнительно введены церий и алюминий при следующем сротношении ингредиентов, вес.% 2,9-3,5 Углерод 1,7-2,7 Кремний 0,3-0,8 Марганец 0,05-0,3 Никель 0,005-0,02 Азот 0,15-&,5 Ванадий Церий 0,005-0,02 0,001-0,1 Алюминий 0,1-0,5 ХРОМ Остальное Железо Чугун содержит примеси (вес.%) сера до 0,08; фосфор до 0,15. Введение в состав чугуна церия и алюминия позволяет за счет образо вания тугоплавких нитридов и других соединений, служащих дополнительным центрами кристаллизации графита, значительно снизить склонность чугуна к отбелу. Помимо этого, вследствие зародышевого действия тугопла ких частиц резко измельчается эвтек тическое зерно в отливках и улучшаются механические свойства чугуна. Повышенная концентрация ванёдия в предлагаемом чугуне обеспечивает высокую дисперсность легированного перлита, обладающего прочной внутри зеренной связью и меньшей склоннос тью к выкрашиванию на контактной г нице пары трения. Снижение адгезио ного взаимодействия пары трения обеспечивает более высокую ее рабо тоспособность в условиях значитель скоростей и нагрузок. Ванадий в ко центрации 0,15-0,5 вес.% значительно сильнее, чем хром усиливает пол жительное влияние азота на ст1зукту и свойства чугуна. Это связано с у рочнением межзеренных границ карбо нитридами ванадия. Изменение конце рации хрома и никеля в сторону сни жения определяется необходимостью получения структуры серого чугуна тонкостенных отливках, изготавлива

Химический состав сплавов

Таблица 1 мых в разовых песчано-глинистых формахПример. Для получения чугуна выполнены пять составов, содержащих каждый 3,2 вес.% углерода; 2,0 вес.% кремния, О,6%. вес.,марганца и отличающихся один от другого концентрацией хрома, никеля, азота, ванадия, церия и алюмини я, взятых на нижнем, верхнем и среднем пределах, а также ниже нижнего и выше верхнего уровней. Содержание железа при этом составляет дополнительно до 100 вес.% в каждом сплаве. Для сравнительных испытаний использован известный чугун, содержащий 3,2 вес.% углерода/ 2,0 вес.% кремния; О,б вес.% марганца при концентрацияххрома, никеля, ванадия и азота на нижнем, верхнем и пределах. Чугуны готовятся в тигельной индукционной печи, емкостью 40 кг с кислой футеровкой. В качестве шихты используются литейный чугун марки ЛКЗ, стальной лом, ферросплавы кремния, никеля, ва надия, хрома, церия, а также азотированный ферромарганец (5% азота) и алюминий. Ферроцерий и алюминий вводятся в ковш перед заливкой. Чугун заливают в разовые песчано-гли- нистые формы. При этом определялись следующие параметры: предел прочности при изгибе ( 3, ) , при растяжении ( Р8 ) твердость НВ на стандартных образцах диаметром 30 NM и длиной 300 мм. Склонность к отбелу определялась путем заливки проб в клиновые формы со сквозной щелью, устанавливаемые на стальную плиту. Испытания на износостойкость проводили в режиме сухого трения скольжения в паре с улучшенной сталью 45 твердостью 45 HRC при нагрузке 8 кг/см и скорости скольжения 2,0 м/с. Износостойкость образца и всей пары трения оценивалась весовым методом в граммах за 1 час испытаний. Полученные результаты представлены в табл. 1 и 2.

Нижний2,80,35

0,2 0,5 0,8 0,015

Средний3,21,0 0,6 1,5 2,2 0,03 1,2 2,5 3,,6 0,04

Верхний3,82,0

0,08

0,.1

0,15 Механические свойства сплавов

как видно из табл. 1 и-2 изменение концентрационных пределов хрома, никеля к ванадия,. а также дополнительный ввод церия и алюминия, существенно повышают прочность тонкостенных отливок и снижа ют склонность чугуна к отбелу.

Предложенное сочетание вансшйя с азотом в комплексе с графитиэирующими добавками церия и алюминия обеспечивает повышение износостойкости пары трения скольжения. При- этом чугун обладает оптимальной твердостью/ позволяющей при высокой й-зносо. стойкости проводить механическую обработку отливок инструментом изг быстрорежущей стали. Структура предлагаемого чугуна полностью перлитная. Графит имеет мелкопластинчатую форму. Дисперсность перлита и отсутствие первичного цемента обеспечивают высокую эксплуатационную надежность

Продолжение таОл. 1

Т а б л и ц а 2

пары трения при значительных нагрузках. Отмечена удовлетворительная прирабатываемоеть пары трения и низкая склонность к задирам.

Пределы содержания компонентов установлены исходя из получения наиболее благоприятного сочетани:я механических свойств, изностойкости и склонности чугуна к отбелу. Оптимальный состав сплава содержит (вес.%) 3,2 углерода; 2,0 кремния 0,6 мар- ганца; 0,3 хрома; 0,15 никеля, 0,015 азота; 0,35 ванадия; 0,01 церия; 0,05 сшюминия.

Технология получения предлагаемого. сплава заключается в расплавлении компонентов, насьацении расплава азотом путем введения азотированных ферросплавов либо других азотсодер{жащих компонентов и обработка расп65 лава перед заливкой церием и алюми783618ннем с помощью чистых элементов либо их лигатур. Предлагаемый чугун наиболее эффективно использовать для изготовления отливок, работающих в условиих трения скольжения, в частности тормозных барабанов и гильз автомобилей и тракторов. Экономическая эффективность от применения предлагавмого чугуна составляет около 30 руб на тонну отливок за счет снижения .Q стоимости сплава и повышения срока службы деталей и узлов. Формула изобретения Чугун, содержащий углерод, кремНИИ, марганец, хром, йикель, ванадий, азот, железо, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения прочности, износостойкости 5 8 и снижения склонности к Ьтбелу, он дополнительно содержит церий и алк миний при следующем соотношении ингредиентов, вес.%: Углерод 2,9-3,5 Кремний. 1,7-2,7 Марганец 0,3-0,8 Хром0,1-0,5 Никель 0,05-0,3 Азот 0,005-0,03 Ванадий 0,15-0,5 Церий 0,005-0,02 Алюминий , 0,001-0,1 Железо Остальное Источники информации, принятые во внимание при .экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР, 622362, кл. С 22 С 37/00, 1979. 2. Патент США № 3909252, кл. 75-136, 1972. 3. Авторское свидетельство СССР № 428031, кл. С 22 С 37/00, 1975.