Чугун

 

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий,бор, фосфор, титан, медь, никель и железо, отлич ающий.с я тем, что. с целью повышения прочности и износостойкости , он дополнительно содер жит;ниобий, церий и лантан при следующем соотнюшении компонентов, мас.%: 2,8 - 3,4 Углерод 1,8 - 2,4 Кремний 0,4 - 0,8 Марганец 0,01- 0,25 Хром 0,2 - 0,8 Ванадий 0,005-0,08 Бор 0,05- 0,3 Фосфор 0,2 - 0,8 Титан 0,7 - 2,5 Медь 0,1 - 1,5 Никель 0,6 - 1,5 Ниобий 0,01- 0,03 Церий 0,02- 0,04 Лантан Остальное. Железо

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) 4(51) С 22 С 37./08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3609550/22-02 (22) 23.06.83 (46) 23.01.85. Бюл. Р 3 (72) М.П.Шебатинов, В.Н.Соколов, 5.Е.Абраменко, Л.А.Алабин, Н.А.Румянцева и П.П.Сбитнев (71) МГУ им. M.В.Ломоносова (53) 669. 14-018.2(088.8) (56) 1.Поршневые кольца. Справочник,.

Издание фирмы "Гетце А.О.", r.Буршанд, ФРГ, 1977.

2.Авторское свидетельство СССР

Ф 722349, кл. С 22 С 37/10, 1978. (54)(57) ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий,бор, фосфор, титан, медь, никель и железо, о т л и ч а ю щ и й.с я тем, что, с целью повышения прочности и изно1 состойкости, он дополнительно содержит,ниобий, церий и лантан при следующем соотношении компонентов, мас.X:

Углерод 2,8 - 3,4

Кремний 1,8 - 2,4

Марганец 0,4- 0,8

Хром 0,01- 0,25

Ванадий 0,2 — 0,8

Бар 0 005-0,08

Фосфор 0,05- 0,3

Титан 0,2 — 0,8

Медь 0,7 — 2,5

Никель 0,1 — 1,5

Ниобий 0,6 — 1,5

Церий 0,01- 0,03 ф

Лантан 0,02- 0,04

Желеso Остальное.1135790

3,0 — 3,8

1,6- 3,0

0,4 — 1,0

0,45- 1,35

0,03- 0,18

0,005-0, i

0,1 — 0,5

0,02- 0,3

0,3 — l i0

<0,8 с0 1

Остальное

Однако содержание хрома в чугуне известного состава более 0,3% приводит к образованию сложного карбида (Fe,Сг)>С,неустойчивого к воздействию вйсоких температур, что при экстремальных условиях трения способствуег резкому снижению износо- 55 стойкости.

Цель изобретения — повышение прочности и износостойкости.чугуна.. Изобретение относится к металлургии, в частности к износостойким чугунам, применяемым для изготовления деталей, работающих в узлах трения с ограниченной смазкой при повышенных температурах, например для элементов уплотнений двигателей внутреннс.го сгорания.

Известен чугун, содержащий yrs;.àрод, кремний, марганец, хром, медь, 1О никель, молибден, ванадий и железо при следующем содержании компонентов, мас.%:

Углерод 3,4 - 3,8

Кремний 2,5- 3,2 15

Марганец 0Ä5 —. 0,8

Хром 0,4- 0,7

Медь 0,8 — 1,2

Никель 0,5 - 0,8

Молибден 0,8 — 1 3

Ванадий 0,1 - Oii3

Железо Остальное.

Этот чугун применяется для изготовления поршневых колец двигателей внутреннего сгорания и элементов 25 уплотнения (1) .

Однако наряду с удовлетворительными свойствами — высоким сопротивлением схватыванию и хорошей обраба:;тываемостью, он недостаточно иэносостоек, особенно при работе в паре с износостойкими покрытиями.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является чугун f2), содержащий мас.%: углерод

Кремний

Марганец

Хром

Ванадий

Бор

° Фосфор

Титан

Медь

Никель

Сера

Железо

Поставленная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, бор, фосфор, титан, медь, никель и железо, дополнитепьно содержит ниобий, церий и лантан при следующем соотношении компонентов,мас.%:

Углерод 2,8 — 3,4 е Кремнии 1,8- 2,4

Марганец 0,4 — 0,8

Хром 0,01- 0,25

Ванадий 0,2 — 0,8

Бор 0,005-0,08

Фосфор 0,05- 0,3

Титан 0,2 — 0,8

Медь 0,7 — 2,5

Никель 0,1 — 1,5

Ниобий 0,6 — 1,5

Ц,р„й . 0,01-,03

Лантан 0,02- 0,04

Железо Остальное

Введение углерода и кремния меньше нижнего предела приводит к отбелу и ухудшению обрабатываемости.

Повышение их выше верхнего предела способствует увеличению размеров включений грайита пластинчатой форMbl, а также появлению фериттной структурной составляющей, что связано со снижением износостойкости.

Введение марганца меньше некиего предела не оказывает влияние на структуру, а следовательно, и на прочностные свойства сугуна. Присадка марганца выше верхнего предела повышает твердость, что отрицательно сказывается на обрабатываемости чугуна — увеличивается расход режущего инструмента, а износостойкость остается без увеличения.

Фосфор способствует увеличе;ю жидкотекучести и износостойкости, однако введение его больше верхнего предела приводит к образованию рыхлот и снижению прочности.

Добавка малых количеств хрома приводит к образованию дисперсных карбидов, что положительно сказывает ся на равномерности структуры металлической основы. Присадка его меньше нижнего предела практически не оказывает влияния, а выше верхнего предела — приводит к образованию карбида (Fe, С r) С, неустойчивого к воздействию высоких температур, что способствует снижению иэносостойкости при трении скольжения °

Никель и медь способствуют графитиэации, улучшают структуру, снижают

1135790 склонность к отбелу и увеличивают вязкость чугуна. Содержание. этих элементов выше верхнего предела приводит к тому, что никель способствует усилению графитизации, а медь 5 начинает выделяться в свободном состоянии. Это приводит к снижению прочностных свойств, теплопроводности, а следовательно, и износостойкости. Введение этих элементов меньше нижнего предела практически не оказывает влияния на процесс кристаллизации расплава, а следовательно, свойства чугуна.

Присадка бора в пределе 0,0050,08Х приводит к образованию мелкодисперсных карбидов бора с большой температурой плавления, которые стабилизируют границы зерен металлической основы, замедляют рост зерен, способствуя тем самым образованию мелкодисперсной структуры и увеличению прочностных свойств чугуна при высоких температурых. Одновременно увеличивается износостойкость дета- 25 лей в процессе трения.

Аналогичное влияние оказывают ва надий и титан. В частности влияние титана проявляется через его раскислительное и нитридообразующее действие на состояние расплава, изменяя при этом условия кристаллизации. В результате происходит увеличение жаростойкости и жаропрочности легированного серого чугуна. Присадка ванадия мецьше нижнего предела недо35 статочна, а больше — ведет к увеличению содержания карбидов, что не позволяет получать требуемую структуру. Введение титана меньше нижнего

40 предела не оказывает влияние на расплав, а больше -- ведет к загрязнению жидкого металла неметаллическими включениями.

Присадка ниобия приводит к умень45 шению отбела чугуна, увеличению количества эвтектических зерен на единицу площади, стабилизации и однородности структуры. Это непосредственно связано как с увеличением свойств чугуна при повышенных температурах, 50 так и с увеличением износостойкости.

Содержание ниобия меньше нижнего прецела не приводит к необходимым свойствам, т.е. в недостаточной степени стабилизирует перлитную структу55 ру. Введение ниобия выше верхнего предела хотя и приводит к увеличенин износостойкости, однако обрабатываемость отливок резко ухудшается.

Эффективность влияния процесса легирования на износостойкость серого чугуна заметно повышается при модифицировании лантаном и церием.

Это связано с изменением характера неметаллических включений, распределением локальных напряжений, а микроструктура, полученная в отливках из этого чугуна, практически полностью удовлетворяет требованиям которые предъявляются к структурам износостойких сплавов.

Присадка этих элементов меньше нижнего предела неэффективна, а выше верхнего предела приводит к появлению в структуре чугуна интерметаллидов, которые ухудшают прочностные свойства чугуна, а следовательно, износостойкость деталей.

Пример . Выплавку проводят в индукционной печи ИСТ 016 с кислой футеровкой. В жидкий металл при

1490-1520 С вводили легирующие эле0 менты: медь, никель, ниобий, бор, феррованадий,ферротитан и феррофосфор, Дробленный ферросилиций ФС75, церий и лантан вводят в ковш за 3-5 мин до разливки чугуна. Заливку в разовые формы осуществляют при 14201380 С. Химический состав выплавленных чугунов приведен в табл.1.

Образцы каждой плавки испытывают на прочность и твердость при различных температурах, а также определяют теплопроводность, модуль упругости и износостойкость. Испытания на износ проводят на машине трения с возвратно-поступательным движением с усилием 500-2000 кгс/см в течение 20 ч.

Результаты испытаний представлены в табл. 2.

Испытания показали, что предлагаемый чугун обладает более высокими физико-механическими свойствами таки. ми, как статическая прочность .и твердость при высоких температурах, модуль упругости и износостойкость.

Полученные свойства позволяют заключить, что низколегированный чугун можно с успехом использовать в изготовлении деталей, работающих в узлах трения с ограниченной смазкой.

I

1

1

1 Э

»д —

1 !

I 1 ! I

I

I

1

I

1

1

I

I

1»

»

1

» ю о л о !

1 (4

С» о

Р » о о о о

}!» 1

»О о

С»

С» о

Р 1 о о

С 4 о о о л

С» в о

tA о о

Ф о

l 1

С м

»»» о л о

»« » о о о

< 4

С»

С»

I

1 о О о о.Ф

Ю ь о, »Г» о ь

СО о (D о л!

1 о сО 1 л

СЧ

C) Ю о

1 1

1 1

1 i

C) »» » в

С» о

А о

С»

С »

s о

»» } о л о

1

I

QO о о

С»

М \

< 3

С»

»»»

С » л

С»

»» о л о о

С 1 л

С:» (М о о

1 1! с

1 о

«.» л

Ю о о

Ю о (» л о о

00 в о

1

I

1

1

l о

Ю!

«3 о

Р » л.Г4 о

СО с4 о л л («» о б

Р1

Р3

»»!

t„

2 (.) к 1

)g

61

Ф о ц

1

}»»

ed г, (}! Ц

t(}!»

Р

1:!

ttt

1 1

Ж I

»

»

1

1

t

»

I

1 !

1

1

I

I I

»

1135790

cOO l о о о о»»» »

»»О ОС» о о о о

С 1 «1

Ю Ю

o o о

» » . I л Ф с4 С«»

1 о

»О 1

С"1

»

1 с»! 1

»»» I а

v оь х g

0) W

Ж 4

an и ь

1 л 1

1

1 Л

Ф ° л м — . с с сч с 1 w ct

I о

D О ь о о о о со О с ) сч а а ь о

ФГ\

° ! 1

I сГ 1 л !

00 сч о

1

Й с0 !

Д1Ь р. "! o л 1 л

1

I

1

00 сч о а о и о

О,а

5 0 I а О 1 Хса i а

1 Гй — т—

I о о и100

1о л 1

О ь

Ж I а I

Г I

I 1 л с0 1 а

z Io i

i сo I

1 Л

А 1 1

1 о

u I O

O i 1

0(1 а —

Ф 1

0! 1 I

1 I

1 1 O

1 сч 1

1 — Ч вЂ” -

1 ! ь! о в

u o

i ь

1 Х 00

Ю ! о ж о

1- Л

cJ 1 о х р о а о и о

I е

Ц

Э 1

Р !

Х 1 О

1 сч

0!

О1

И 1 и

1135790 о о о . о о о Л О сч с0 сс1 л л ьв о о о сч а л

Р Ф 00

Л 00 В

an cv о — сч сч сч сч а о an с ъ сч cv c4. сч с ъ

О CV л л со

О 00 В сч сч сЧ

Ф 00 л л 00 сч Yi сч о с 1 ссъ сс с 1

9

Ф с0

cd

I 1

Э а I 1

I I