Высокопрочный чугун Советский патент 1981 года по МПК C22C37/06 

(54) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН РГзобретение относится к металлургии спл вов, в частности к разработке состава высок прочного чугуна для тонкостенных изделий, работающих в узлах трения при повышенны температурах (200-350 С), например, для п ишевых колец двигателей внутреннего сгора Известен чугун 1 следующего химическ состава, вес.%: 3,2-3,8 Углерод Кремний 1,6-2,6 0,1-0,5 Марганец 0,02-0,05 0,01-0,05 Кальций 0,02-0,1 0,05-0,15 Алюминий Редкоземельные 0,01-0,06 металлы Остальное Данный чугун обладает следующими свойствами:Предел прочности, кг/мм 25,1-30,7 Твердость, НВ205-233 Модуль кольцевой П1ючности,кг/мм 69-108 Этот чугун применяется для центробежного литья. Наиболее близким к предлагаемому является высокопрочный чугун 2 следующего химического состава, вес.%: Углерод3,5-4,0 Кремний2,25-5,0 Марганец0,4-1,5 Хром0,25-2,0 Медь0,75-1,0 Магний0,01-0,04 ЖелезоОстальное Чугун в качестве примесей может содержать, вес.%: фосфор до 0,2; сера до 0,02; никель до 0,5. Отливки изготовленные из известного чугуна, имеют следующую микроструктуру: графит шаровидной формы, перлит сорбитообразный и тонкопластннчатый феррит (до 10%) и эвтектический цементит (до 20%). Твердость чугуна HRB 110-112, Ои-,г l-О гc/мм Е 15300-18000 кгс/мм. Износостойкость в относительных величинах 1,35-1.65, износостойкость перлитного серого чугуна принята за 1,0; теплостойкость (потеря упругости при 300° С) 3,5-4,5%. Недостатком известного чугуна является по вышенная склонность к объемной усадке, повышеьшая газонасыщенность и загрязнение шл ковЫми вклточе1шями, приводящие к увеличе нию литейного брака при производству порщневых колец по усадочной пористости, газовы и шлаковым раковинам, нестабильность свойс порщневых колец из-за повышенного колебания структуры металлической основы (количество эвтектического цементита может колебаться в довольно широких пределах от 3 до 20%). Цель изобретения - цопь шенле технолотческих характеристик при coxpaiierani служебных свойств. Указанная цель достигается тем, что чугун содержащий углерод, кремний, марганец, хром медь, магний и железо, дополнительно содержит редкоземельные металлы и кальций при следующем cooTHometfflu компонентов, вес.%: Углерод Кремний 0,45-1,0 Марганец 0,,4 0,01-0,04 Ред1 оземелып11е 0,002-0,06 металлы 0,006-0,05 Кальций Остальное Чугун в качестве примесей может содержать, вес.%: фосфор до 0,3; сера до 0,03; никель до 0,8. Микроструктура предлагаемого чугуна сост ит нз компактного графита, тоакопластинчатого и сорбптообразного перлита, эвтектн-. ческих карбидов (3-8%) и феррита (2-10%) Дополнительное введение в чугун редкоземельных металлов (РЗМ) приводит к сниже}шю величины объемной усадки металла, уменьшая тем самым степень поражения отливок поршневых колец усадочной пористостью. В присутствии РЗМ происходит некоторое измельчеш1е эвтектических карбидов, что бпаго приятно сказывается па обрабатываемости. Для изготовлеиш от/швок из предлагаемо чугуна и оценки его физико-механических свойств выплавлены следующие чугуны. Пример 1. Чугу1г, вес.%: Углерод3,57 Кремшш3,40 Марганец0,64 Хром0,18 Медь0,91 Мапшй0,019 Редкоземельные металлы0,004 Кальвдй0,007 ЖелезоОстальное В качестве примесей чугун содержит никель до 0,27%. . Из чугуна, отлиты поршневые кольца диаметром 130 мм, сечешем 4x7 мм. Структура отливок: графит шаровидный, правильный и неправильный, размер включений 15-35 мкм, перлит то1п оцластинчатый и сорбитообразный, феррит (4-8 об.%) и эвтектический цемент (до 5 об.%). Механические свойства поршневых колец (.„.128-136 кгс/мм, Е 16400-17100 кгc/мм остаточная деформация С 0,8-3,7%, твердость HRB 106-111, износостойкость 1,45 (в относительных величинах, за единицу принята износостойкость серого чугуна). Пример 2. Чугун, вес.%: Углерод Кремний Марганец Редкоземельные металлы Кальций Остальное Чугун в качестве примесей содер:жит никель до 0,61%; фосфор до 0,07%. Отлиты поршневые кольца гагаметром 120мм,. Микроструктура отливок: графит шаровидньц1 правильньн и неправильный, размер включений 15-40 мкм, перлит тонкопластинчатый, феррит (2-3 об.%), эвтектический цементит (5- 8 об.%). Механические свойства колец: 128- 134 кгс/мм, остаточная деформация С 1,1-2,8, твердость HRB 108-112, износостойкость гугуна 1,45. П р и м е р 3. Чугун, вес.%: Углерод Кремний Марганец Редкоземельные металлы0,025 Кальций0,046 Отлиты заготовки диаметром 12 мм и 30 мм. Микроструктура отливок диаметром 12 мм: графит шаровидный неправильный и плотный компактный, размер включений 10-45 мкм, перлит тонкопластитатый и сорбитообразный, феррит (8-12 об.%), эвтектический цемент (2-6 об.%). Механические свойства отливок диаметром 30 MM:(),r 126-130 кгс/мм бв 5764 кгc/мм (f 1,8-2,7%, НВ 240-255. износостойкость (в относительных величинах 1,38.

Пример 4. Чугун, вес.%:

Углерод

3,8

Кремний

2,40

Марганец

0,45

Хром

0,05

Медь

1,20

Магний

0,01

Редкоземельные

металлы

0,06

Кальций Р,006

Железо

Остальное

Отлиты заготовки поршневых колец диаметром 130 мм. Микроструктура чугуна в отл1Иках: графит шаровидный, размер 7-25 мкм, перлит сорбитообразный, феррит (6-15 об.%), и цементит (до 10 об.%). Твердость отливок HRB 99-102.

Применительно к условиям работы поршневых колец форсированных двигателей оптималны ш механическими и тexяoлoгичecки ш свойствами обладает чутун следующего химетеского состава, вес.%:

Углерод3,4-3,6

Кремний3,1-3,4

Марганец0,5-0,8

Хром0,08-0,25

Медь0,75-1,0

Магний0,0 5-0,025

Редкоземельные

металлыр,015 -0,03

Кальций.0,006-0,02

Микроструктура такого чугуна в индивидуальных отливках поршневых колец дкамет594736 рюм 120-140 мм состоит из шароввдного графита правильной и неправильной формы, размер включений мкм, сорбитообразнюго и тоюсопластинчагого перлита, феррита 5 в виде оторочек вокруг графита в количестве 2-10 об.% и мелких, преимуществешю равномерно распределенных, вклгоче1тй эвтектического цементита в количестве 2-8 об.%. Твердость поршневых колец HRB 00-П2,

10 прочность при изгабе Gi,i,r 130 к гс/мм,остаточная деформация С 1-2,5%, модуль упругоети Е 15700-17800 кrc/мм теплостойкость поршневых колец (потеря упругости при 300° С) 3-5%, износостойкость 1,38-1,45.

15

Сравш1телыП)1е физике-механические свойства поршневьсх колец диаметром 130 мм из предлагаемого и известного 2 высокопрочных чугунов описаны в таблице.

20

Сравнивая свойства предлагаемого к известного 2 чугунов, можно заключить, что предлагаемый чугун, сохраняя высокие служебные свойства (прочность, износостойкость и тенлостонкость), значительно (в 2-3 раза)

25 менее склонен к образованию в отливках таких литей1шх дефектов, как усадочная пористость, газовые и шлаковые раковитг, он обеспечивает получение отливок (например поршневых колец) с более стабильной структурой металлической основы.

Предлагаемьга чугун выплавляется в индукционных г дуговых плечах. Температура переj грева расплава 1500-1550°С, температура задавкн 1400-1460° С.

Извест- 3,5-3,6 С, ный3,1-3,4 Si

(авт.св.

N 380737 0,45-0,6 Мп, 0,25-0,35 Сг

0,8-1,0 Си 0,018-0,025 Мд

6U173t02

53,016,0ШЗ 66-180 20-2

33,07,0120

3,6 С; 3,38 Si 0,7 Мл; 0,14 Р 0,008 S; 0,2 Сг 0,4 Ni; 0,006 Са 0,004 РЗМ; 0,028 Мд

3,72 С; 3,3 Si 0,5 Мл; 0,1 Р 0,01 S; Р,3 Сг 0,55 Ni; 0,05 Са 0,05 РЗМ; 0,013 Мд

Формула изобретения

Высокопрочный чугун, («держащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, магний и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения технологических характеристик при сохранении служебных свойств, он дополнительно содержит редкоземельные металлы и кальций при следующем соотнощении компонентов, вес.%:

Углерод3,3-3,8

Кремний2,4-4iO

Марганец0,45-1,0

16,8

108

20-30

12,5-14

107

20-30

12,5-14

Хром

Медь

Магний

Редкоземелыаш

металлы

Кальций

Железо

Источники информ гфинятые во внимание при

2.Авторское свидетельство кл. С 22 С 37/04, 1971.