Чугун

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (59 4

OllHCAHHE ИЗОБРЕТ

Н А BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАИ изОБРетений и ОткРытий (21) 3773464/22-02 (22) 18.07.84 ,(46) 07.06.86. Бюл. У 21 (71) Гомельский политехнический институт (72) М.И. Карпенко (53) 669.15-196(088.8) (56) Патент Великобритании У 1154222, кл. С 7 А, 1969.

Авторское свидетельство СССР

9 926097, кл. С 22 С 37/10, 1980. (54) (57) ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, медь, алюминий, фосфор, олово, кальций и железо, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения стабильности.фрикционных свойств при трении в газовой корроо зионной среде при нагреве до 700 С, ÄÄSUÄÄ 1235973 А I он дополнительно содержит карбонитриды ниобия и карбонитриды церия при. следующем соотношении компонентов, мас.7:

Углерод 2,7-3,2

Кремний 1,2-2,0

Марганец 0,7-1,3

Хром 0,3-0,5

Никель 0,6-1,2

Молибден О, 5-0,9

Медь 0,2-1,0

Алюминий О, 1 "0,4

Фосфор 0 05-0,2

Олово 0,03-0,07

Кальций 0 10-0,16

Карбонитриды ниобия 0,12-0,85

Карбонитриды церия

Железо

1235973 2

Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию серых чугунов для литых деталей двигателя внутреннего сгорания, к которым предъявляются повышенные требования по стабильности фрикционных свойств при трении с нагревом до 700 С в кор. о розионной среде.

Цель изобретения — повьппение стабильности фрикционных свойств нри трении в газовой коррозионной среде при нагреве до 700 С.

Пример. Чугун выплавляют н открытых индукционных печах (емкость тиглей 250 кг) методом переплава из шихты на осноне лома легированного чугуна, передельного чугуна, гранулированного никеля, меди, стального лома и ферросплавов. После расплавления передельного чугуна и лома присаживают добавки, перегревают расплав до 1500-1520 С, вводят карбонитриды и ниобия и церия и алюминий и выпускают в ковш, где производят микролегирование чугуна оловом и модифицирование силикокальцием и ферросилицием.

Заливку облицованных кокилей и технологических проб производят при 13801400 С.

Химический состав известного и предлагаемого чугунов приведен в табл. 1.

Введение в состав чугуна карбонитридов ниобия повышает стабильность структуры и твердости чугуна, упрочняет металлическую основу, способствуя образованию фаз в структуре, не склонных к расслоению с матрицей, н результате чего повышается стабильность фрикционных свойств при повышенных температурах и в корроэионной среде. При концентрации карбонитридов ниобия до О, 12 мас.% не достигается стабильных фрикционных свойств при 700 С в коррозионной среде, а при увеличении содержания карбонитридов более 0,85 мас.X начинает проявляться их графитизирующее влияние и выделяться междендритные включения графита и карбонитридов, снижающее механические свойства чугуна и отлин--г icax.

Упрочнение матрицы и повьппение ее стабильности, удароустойчивости и твердости обеспечивает микролегирование карбонитридами церия в количестве 0,03-0, 15 мас.X.. При увеличении содержания карбонитридов более

10 t5

0,15 мас.% значительно увеличивается отбел чугуна в отливках, снимается стрела прогиба, что сказывается на снижении стабильности фрикционных свойстн. При содержании карбонитридов церия до 0,03 мас.X их влияние на стабильность структуры, фрикционных и механических свойств оказывается незначительно.

При совместном введении карбонитриды ниобия и церия, которые концентрируются внутри литого зерна, при трении при 700 С в коррозионной среде не склонны к образованию полостей путем расслоения с металлической матрицей, а стабильность фрикционных свойств чугунов повьппается более существенно. При этом экспериментально установлено, что при увеличении концентрации кальция до 0,10-0,16, когда и междендритные включения графита и карбонитридов заключены н оболочку кальция, стабильность фрикционных свойств чугунов в коррозионной среде

25 при 700 С выше. о

В чугуне повышены верхние пределы концентрации марганца и фосфора, чтобы компенсировать графитизирующее влияние карбонитридов ниобия и каль30 ция ° Кроме того, действуя как инокулирующие компоненты, карбонитриды ииобия и церия в заданном сочетании графитирующими и отбеливающими элементами благоприятно влияют на коли

35 честно дополнительных центров кристаллизации, препятствуя развитию зон транскристаллизации, что также повышает стабильность фрикционных свойств чугунов в отливках.

40 Таким образом, введение в состан чугуна карбонитридов ниобия и церия в заданных соотношениях при повышенной концентрации кальция обеспечивает получение чугуном комплекса новых фрикционных свойств, сочетающих . н себе- высокую стабильность при трении н корроэионных средах с температурой до 700 С и повышенную сопрои тивляемость задиру и ударным нагруз50

Введение н чугун марганца в количестве 0,7-1,3 мас.X способствует упрочнению и измельчению структуры, что обеспечивает повышение трещиноустойчивости, пластичности и стабильности фрикционных свойств при трении н коррозионной среде при темперао турах до 700 C. В предлагаемом чугу1235973 не верхний предел концентрации марганца повышают до 1,3 мас.Ж, чтобы компенсировать графитизирующее влияние карбонитридов ниобия и кальция. При содержании марганца более 1,3 мас.7. 5 снижается стабильность структуры и фрикционных свойств, а при концентрации марганца до 0,7 мас.7 снижаются пластические свойства, сопротивляемость задиру и стабильность ко- fP эффициента трения при 700 С в корроо зионной среде.

Введение в чугун О;3-0,5 мас.% хрома микролегирует металлическую основу, стабилизирует перлит в широ- 15 ком интервале температур и повышает фрикционную теплостойкость и стабильо ность коэффициента трения при 700 С в коррозионной среде. Содержание хрома выбирается с учетом следующего: 20 при содержании хрома до 0,3 мас. существенно уменьшается фрикционная теплостойкость, а при увеличении концентрации хрома более 0,5 мас.7. повышается отбел и снижаются стрела проги- 25 ба и стабильность коэффициента трео ния при 700 С в коррозионной среде.

Никель в количестве 0,6-1,2 мас.7. легирует матрицу и повышает сопротивляемость задиру и стабильность коэф- 3ц фициента трения. При концентрации никеля до 0,6 мас.7. сопротивляемость задиру и стабильность коэффициента трения при 700 С недостаточны, а при повышении содержания никеля более

1,2 мас.7 увеличивается износ при трении и стабильность фрикционных свойств.

Содержание молибдена повышают до 0,5-0,9 мас.7 с учетом того, что 4О при концентрации молибдена до О, 5 мас. Х высокий износ при трении и низкая стабильность фрикционных свойств в коррозионных средах, а при увеличении содержания молибдена более 45

0,9 мас.7 повышается хрупкость чугуна, снижаются предел прочности при изгибе и сопротивление чугуна задиру.

Медь вводится для повышения пластичности, сопротивляемости задиру и 50 стабильности коэффициента трения в коррозионных средах. При концентрации меди до 0,2 мас.7 ее влияние недостаточно, а при концентрации меди более 1 0 мас.% повышается содержа- 55 ние феррита в структуре и снижается фрикционная теплостойкость и стабиль ность фрикционных свойств.

Алюминий вводится как эффективная микролегирующая добавка, способствующая стабилизации структуры и фрикционных свойств в коррозионных средах при повышенных температурах. Его содержание, при котором отмечается существенное повышение стабильности структуры и фрикционных свойств, составляет О, 1 мас.7., а при повышении его концентрации более 0,4 мас.7. усиливается неоднородность структуры и стабильность фрикционной теплостойкости.

Пределы содержания фосфора выбираются с учетом того, что именно при концентрации 0,05-0,2 мас.7. высокотемпературная износостойкость в коррознонных средах и стабильность коэффициента трения максимальны.

Олово в количестве 0,03-0,07 мас.X оказывает перлитизирующее влияние на структуру и стабилизирующее влияние на коэффициент трения, а кальций в количестве О, 1-0,16 мас.% модифицирует структуру, очищает границы зерен, улучшает форму графита и стабиль. ность фрикционных свойств в коррозионных средах.

Содержание основных компонентов (углерод 2,7 — 3,2 мас.% и кремний

1>2-2,0 мас.%) исключает образование отбела в фрикционных отливках, ° улучшает стабильность структуры, механических свойств, износостойкости при трении в коррозионных средах. При содержании углерода до 2,7 мас.% и кремния до f,2 мас.% существенно увеличивается отбел, снижаются стрела прогиба, предел прочности при изгибе и стабильность коэффициента трения, а при концентрации углерода более

3,2 мас.7 и кремния более 2,0 мас.Ж отмечается укрупнение графита, снижение сопротивляемости зациру при температурах 20-700 С и фрикционной теплостойкости.

Фрикционные свойства чугунов известного и предлагаемого составов ,определяют на установке МКФ-1М при возвратно-вращательном движении с амплитуцой 50А5 мкм, частотой 30й3 Гц и нагружением в осевом направлении

1500-2500 Н. Коррозионной средой служит сернистый газ, температура котоО рого изменяется от 20 до 700 С. Оценку фрикционной теплостойкости чугуна определяют на установке УИТ-1М при . нагружении в осевом направлении сила5 12359 ми 1500-3900 Н. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Испытания показывают, что чугун, дополнительно микролегированный карбонитридами ниобия и церия, содержит меньше технологических примесей и газов, обладает относите IhHo дисперсными и компактными структурными составляющими и неметаллическими включениями и более стабильной и высо- 10 кой эксплуатационной стойкостью, что обеспечивает в сравнении с известным

Таблица 1

Содержание компонентов, мас,X,â составе чугуна

Компоненты

1 (известный) 2,6

2,7

3,0

3,3

2,0

1,О

2,1

0,6

1,4

0,7

1,0

0,4

0,2

0 6

0,5

0,5

0,3

0,7

0,6

0,9

0,5

1,3

1,2

0,4

0,9

1,О

0,3

0,5

0,2

0,6

1,2

1,0

0,1

0,4

0,07

0,5

0,3

0,1

0,3

0,2

0,03

0,23

0,1

0,05

О,!

0,10

0,04

0,07

0,01

0,07

0,03

0,16

0,07

0,20

0,.12

0,06

0,10

Карбонитриды ниобия

О, 10

0 9

0,85

0,12

0,35

Карбоннтриды церия

0,01

0,2

0,О8 0,15

0,03

Остальное

ОстальОсталь- Осталь- Осталь- ОстальЖелезо ное ное кое ное ное

П р и м е ч а н и е. Углерод определяют химическим путем, а другие компоненты — микрорентгеноспектральным анализом.

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Никель

Молибден

Медь

Алюминий

Фосфор

Олово

Кальций чугуном повышение .плотности отливок н с габильности фрнкционных свойств.

При уменьшении и увеличении содержания карбонитридов в предлагаемом чугуне стабильность фрикционных свойств чугунов в отливках существенно снижается. Металлографические исследования показывают,что мнкроструктура отливок из предлагаемого чугуна при литье в кокиль и сухие жидкостекольные формы более мелкозернистая, чем в отливках из известного чугуна.

1235973

Т аблица 2

Свойства

1 2

Предел прочности при изгибе, MIla 926

941

930

1120

1048

956

Стрела прогиба, мм 3 5

3,7

3,6

4,8

313

226

221

308

232

220

700 С

140.

306

182. 208

276

132

272

258

262

284

256

288

Твердость, НВ

23

24

0,52

0,71

0,58

0,28

0,34

0,42

0,61

0,92 0,50

700 С

0,79

0,32

0,38

66

92

Редактор Н. Яцола

Заказ 3065/26 Тираж 567 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитетА СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Сопротивление задиру, ИПа, при

20 С

Снижение фрикционной теплостойкости при нагреве с 20 до

700 С в коррозионной газовой среде, Х

Износ при трении, мг/ч, при

20 С

Стабильность коэффициента трения при

700 С в газовой коррозионной среде, Ж 65

Показатели свойства чугунов состава

3 I 4 ) 5

Составитель Н. Шепитько

Техред В.Кадар Корректор. В. Синицкая