Чугун
Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может быть использовано при изготовлении гильз двигателей, полученных методом центробежного литья. Цель изобретения - стабилизация твердости по сечению заготовок гильз, исключение торцового отбела. Предлагаемый чугун содержит, мас.%: углерод 3,1-3,5 кремний 1,8-2,5 марганец 0,5-0,9 хром 0,2-0,5 никель 0,15-0,5 медь 0,2-0,5 ванадий 0,05-0,2 титан 0,03-0,1 фосфор 0,2-0,6 РЗМ 0,005-0,02 магний 0,005-0,02 висмут 0,003-0,01 железо - остальное. Использование предлагаемого чугуна позволяет резко снизить перепад твердостей на наружных и внутренних поверхностях гильз, получить более однородные размеры включений графита и исключить торцовой отбел гильз при центробежном литье в металлические формы. 2 табл.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (191 (!1) 5 0608 A (51}5 С 22 С 37/08
I
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
С5
Ю
ФЪ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГННТ СССР (21 ) 4398216/31-02 (22) 11.02.88 (46) 30.04.90. Бюл, Р 16 (71) Белорусский политехнический институт (72) Л.Л,Счисленок, С.Н.Леках, В.A.Èåéíåðò, А.Г,Слуцкий, В,Ф.Злобин, В,Е.Яковчук, О.М.Ковалев, С.Я.Рубинштейн, И.В.Лазарь и 9).П.Белый (53) 669. 13. 018 (088. 8 ) (56) Авторское свицетельство СССР
У 1116087, кл. С 22 С 37/1О, 983. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может быть использовано при изготовлении гильз двигателей, Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может бьггь использовано при изготовлении заготовок, гильз двигателей, полученных методом центробежного литья, к которьпк предъявляются повьппенные требования по качеству, стабильности микроструктуры.
Целью изобретения является стабилизация твердости по сечению заготовок гильз и исключение торцового отбела.
При центробежном способе литья заготовок гильз в постоянные металлические формы оптимизированы пределы содержания основных и легирующих
2 полученных методом центробежного литья. Цель изобретения — стабилизация твердости по сечению заготовок гильз, исключение торцового отбела.
Предлагаемый чугун содержит, мас.7.: углерод 3, 1-3, 5; кремний 1,8-2, 5; марганец О, 5-0, 9; хром О, 2-0, 5; никель О, 1 5-0, 5; медь О, 2-0, 5; ванадий О, 05-0,2; титан О, 03-0, 1; фосфор
0,2-0,6; Р3М О, 005-0, 02; магний
0,005-0,02; висмут 0,003-0,01; железо — остальное. Использование предлагаемого чугуна позволяет резко снизить перепад твердостей на наружных и внутренних поверхностях гильз, получить более однородные размеры включений графита и исключить торцовый отбел гильз при центробежном литье в металлические формы, 2 табл. злеме нтов . Предложенный чугун соде ржит углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, ванадий, титан, фосфор, РВМ магний, висмут и железо при следуюшем соотношении компонентов, мас.Х:
Углерод 3,1 -3, 5
Кремний 1,8-2, 5
Марганец 0,5-0,9
Хром 0,2-0 5
Ник ель 0,15-0, 5
Медь 0,2-0, 5
Ванадий 0,05-0,20
Титан О, 03-0, 10
Фосфор 0,2-0,6
РЗМ 0,005-0,02
Магний 0,005-0,02
1560608
Висмут О, 003-0, 01
Железо Остальное
Как показали экспериментальные исследования концентрационные пре\
5 делы углерода (3>1-3,5 мас.7) и кремния (1, 8-2, 5 мас . X ) при наличии эффективного графитизирующега модифициравания РЗИ (О, 005-О, 02 мас.% ) и при оптимальном содержании карбида-10 стабилизирующих. элементов. марганца (0,5-0,9 мас.X), хрома (0,2-0,5 мас,X) и ванадия {0,05-0,2 мас.%) обеспечива1от получение равномерно распределенных включений графита. Дополнительный ввод магния (0,005-0,02мас.%) и висмута (0,003-0,01 мас.X) позволяет резко снизить структурную неоднородность по длине, а главное р диальной толщине гильз. Включения 20 графита и эвтектическая ячейка из" мельчаются. При этом существенно улучшается распределение и строение фосфиднай эвтектики. В совокупности, с повьппеннай скоростью охлаждении 25 ввод в сумме магния, висмута и РЗМ позволяет получить онтимальную антифрикционную структуру гильз при концентрации фосфора 0,2--0,6 мас,7. и ванадия (0,05-0,2 мас.7.), что снижа" ет также, затраты на легиравание. Neханизм такого воздействия от дополнительного ввода магния и висмута связан с их сильным влиянием на процесс кристаллизации эвтект пси в чугуне. Иагний в небольших количествах (до 0,02 мас,,%) эа счет создания дополнительных центров кристаллизации снимает переохлаждение. Висмут в концентрациях 0,003-0,01 мас.7.,10 увеличивает переохлаждение. Их совместный. ввод, особенно в присутствии РЗИ, позволяет не только искхпочить крамочный отбел, но и измельчить структуру, сделать ее более однородной. В отличие от кальция ввод магния в жидкий чугун Hp вызывает затруднений ввиду значительно лучшей растворимости в нем магния, чем к аль ция.
Пределы содержания компонентов установлены экспериментально. Нижние пределы по углероду (3„1 мас.%) и кремнию (1 8 мас.7) ограничены воз" мажностью появления отбела, верхние
55 (3,5 и 2,5 мас.% соответственно) из-за ферритизации сплава. Оптимальная структура металлической матрицы обеспечивается следующими концентрациями,мас,%: марганец более 0,5,. храм более 0,2; никель 0,15; мець
0,27 и ванадий 0,05. Превьппение верхних пределов па марганцу, õðîму и ванадию мажет привести к торцовому отбелу при центробежном способе литья гильз, Выше 0,5 мас.l никеля и 0,5 мас,X меди экономически не" целесообразна, 0,2-0,6 мас.X фосфора обеспечивает требуемую гетерогенную структуру. Выше 0,6 мас.% фосфора может привести к ликвации фосфидных включений при центробежном способе литья, ниже 0,2 мас.% фосфора ухудшает их износостойкость.
Титан в пределах 0,03-0,1 мас.% способствует измельченко графитных вклочений.
Концентрации РЗМ, магния и висмута ниже нижних пределов не эффективны, более 0,02 мас.% ГЗИ и
0,02 мас.X магния может привести к увеличению числа шлаковых дефектов в гильзах, более 0,01 мас.% висмута вызывает рост атбела. Суммарное действие РЗМ, магния и висмута в указанных пределах позволяет создать большое число дополнительных центров кристаллизации, а за счет поверхностно-активного висмута значительно снизить энергетические затраты на зарождение эв тектнки, Пример. Испытание трех составов предлагаемого состава чугуна на нижнем, среднем и верхнем пре«елах содержания компонентов„ а также известного состава, выбранно=»o в качестве прототипа, осуществлялось при центробежном литье гильзавой заготовки наружным-и внутренним диаметрами 1 00 и 60 мм соответственна в металлические окрашенные формы.
Плавка чугуна осуществлялась в индукционной лечи емкостью 60 кг, В качестве шихтовых материалов использовались литейные и передельные чугуны, стальной лом, ферросплавы. крем" ния, марганuà, хрома, ванадия, титана., фосфора, Применялся гранулированный никель, катадная медь. Обра" батку магнием л РЗМ проводили в ковше с помощью лигатуры тяпа ФСИг7 и
ФСЗОРЗМ30 совместно с металлическим висмутам. Величины добавок вводились с расчетом усвоения 85-95% хрома, них еля, меди, 70-85% ванадия, титана, фосфора, 60-70% РЗИ и висмута, а также À5-55%. магния.
0,005-0,02
0,005-0,020
О, 003-0, 010
Остальное
Таолица 1
Состав
Содержание компонентов", нас,X
С Сг Ni
0,05 0,65 0,01
По прототипу
3,5 2,1 0,8 0,3 0,8 0,7 0,4
О,ОО7
Предлагаемый. 3, 1,8 0>5 О, 2 О, 1 5 О, 2 0>05 О, 03 О, 2 О, 005 О, 005 О, 003
3 ° 3 2 2 0 7 0>4 0 35 0 4 0 1
3>5 2>5 0>9 О ° 5 0>5 0>5 0>2
0,07 0 35 0>01 0,01 0 007
010 0>6 002 002 001
»Еелезо " c>ctaëüíoa
Та блица 2
Тв ердос ть, НВ, на нове рхност ях
Состав наружная внутренняя наружная внутренняя
По прототипу
250
180
210
255
Предлагаемый
150
229
255
120
249
255
120
235
249
5 1
Химический состав подученных спла вов приведен в .табл. 1.
Полученные заготовки подвергались структурному анализу, измерялась твердость на внутренней и наружной поверхностях, а также величина торцового отбела биссектрисы наружного угла. Полученные данные приведены в табл. 2.
При использовании предлагаемого состава чугуна резко снижается перепад твердостей на наружных и внут" ренних поверхностях гильз, получаются более однородные размеры включений графита, исключается торцовый отбел гильз при центробежном литье в металлические формы.
Формула изоб рет ения
Чугун, преимущественно для заготовок гильз двигателей, полученных методом центробежного литья, содержащий углерод„ кремний, марганец, 560608 6 хром, никель, медь, ванадии, титан, фосфор, редкоземельные металлы и железо, отличающийся тем, что, с 2 елью стабилизации твердости по сечению заготовок гильз и иск7почения торцового .отбела, он дополнительно содержит магний и висмут при следующем соотношении компонен10 тов, мас.7.:
Углерод 3,1-3,5
Кремнии 1,С-",5
Марганец 0,5-0,9
Хром 0,2-0,5
Никель 0,1 5-0, 50
Медь О, 2-0,5
Ванадий О, 05-0, 20
Титан О, 03-0,10
Фосфор 0,2-0,6
20 Редкоземельные металлы
Магний
Висмут
Железо аксимальный размер включений Торцовый графита, мкм, на лов ерх- отбел, ностях мм
