Чугун
Изобретение относится к металлургии , а именно к составам чугуна для деталей, работающих в условиях повышенных нагрузок и износа трением. Цель изобретения - повышение механических свойств и износостойкости отливок массивных сечений. Предлагаемый чугун, содержащий углерод, кремний , марганец, олово, фосфор, ванадий и железо дополнительно содержит медь, бор и барий при следующем соотношении .компонентов, мае.: углерод 2,8-3,2; кремний 0,8-1,; марганец 0,5-1,2; олово 0,02-0,08; фосфор 0,15- 0,50; ванадий 0,15-0,50; медь 0,3-1,2; бор 0,02-0,07; барий 0,01-0,03; железо остальное .- 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (51)5 С 22 С 37/1О
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АBTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4795848/02 (22) 02.01.90 (46) 15.01.92. Бюл. h" 2 (71) Брянский институт транспортного машиностроения (72) И.К.Кульбовский (53) 669 ° 15-196(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР и 549496, кл. С 22 С 37/00, 1977.
Авторское свидетельство СССР и 1077946, кл. С 22 С 37/10, 1984. (54) ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии,а именно к составам чугуна для
Изобретение относится к металлургии, а именно к чугунам, и может быть использовано для получения отливок массивных сечений с повышенными механическими свойствами и иэносостойкостью, применяемых для изготовления деталей, работающих в ус- ловиях повышенных нагрузок и износа трением, в частности для втулок дизельных двигателей внутреннего сгорания большой мощности, деталей металлорежущих станков °
Известен чугун, содержащий, мас.3: углерод 3,0-3,8; бор 0,005"О,1; креиний 1,6-3,0; фосфор 0,1-0,5; марганец 0,4-1,0; титан 0,02-0,3; хром
0,45-1,35; медь 0,3-1,0; ванадий
0,03-0,18, железо остальное.
Этот чугун из-эа высокого содержания углерода и кремния имеет низкие механические свойства в отливках мас" сивных сечений, а из-за повышенного
ÄÄSUÄÄ 1705394 A 1
2 деталей, работающих в условиях повышенных нагрузок и износа трением.
Цель изобретения - повышение механических свойств и износостойкости от" ливок массивных сечений. Предлагаемый чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, олово, фосфор, ванадий и железо, дополнительно содержит медь, бор и барий при следующем соотношении .компонентов, мас.Ф: углерод
2,8-3,2; кремний 0,8-1,4; марганец
0,5-1,2; олово 0,02-0,08; фосфор 0,150,50; ванадий 0,15-0,50; медь О,р-1,2;бор 0,02-0,07; барий 0,01-0,03; железо остальное. - 1 табл. содержания хрома, титана, ванадия и фосфора склонен к образованию повышенного количества фосфидной эвтектики, придающей отливкам повышенную склонность, к образованию усадочной пористости, снижающей их свойства.
Известен чугун, содержащий, мас.Ф: O углерод 2,8-3,6; медь 0,8-1,2; кремний 0,9-3,0; олово 0,06-0,14; марга- (;д нец 0,3-1,0; железо остальное. С0
Известный чугун из-за высокого 4:ь содержания углерода и кремния имеет низкие механические свойства в отливках массивных сечений.
Наиболее близким к предлагаемому является чугун, содержащий, мас. : углерод 2,8-3,5; ванадий 0,05-0,5; кремний 1,0-2,0; титан 0,03-0,18; марганец 0,2-0,9; олово 0,001-0,02; фосфор 0,7-1,5; железо остальное.
Укаэанный чугун из-за высокого содержания углерода и кремния имеет низ-
1705394 кие мехами«еские свойства в отливках, массивных сечений, а из-эа повышенного содержания фосфора, ванадия, титана и олова склонен к образованию большого количества фосфидной эвтектики, придающей отливкам высокую склонность к образованию усадочной пористости и усадочных раковин, приводящих к их браку.
Целью изобретения является повышение механических свойств и износостойкости отливок массивных сечений, Указанная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, ванадий, олово и железо, дополнительно содержит медь, бор и барий при следующем со" отношении компонентов, мас.ь: углерод 2,8-3,2; фосфор 0,15-0,5; кремний 0,8-1,4; ванадий 0,15-0,5; марганец 0,5-1,2; бор 0,02-0,07; медь 0,3-1,2; барий 0,01-0,03; олово 0,02-0,08; железо остальное.
Содержание компонентов в предлага- >5 емом чугуне и их пределы выбраны исходя из установленного исследованиями их влияния на структуру H свойства
1отливок массивных сечений.
Углерод и кремний при увеличении их содержания способствуют увеличению содержания в структуре отливок феррита и включений графита больших размеров, что приводит к снижению их свойств. Наиболее высокие свойства отливок обеспечиваются при предлагае- Ý5 мом содержании углерода и кремния, при этом наиболее благоприятным является следующее их сочетание: содержание углерода ближе к верхнему, а кремния - к нижнему пределу или наоборот. 40
Марганец при увеличении его содержания способствует перлитизации чугуна и повышению его свойств, однако ,при его содержании сверх 1,2 мас.3 в 45, структуре отливок образуются свобод ные карбиды, снижающие их прочность и повышающие износ трением работающих в паре с ними деталей. Нижний предел содержания марганца выбран ио
50 ходя из того, что используемая для выплавки чугуна шихта вносит около
0,54 его содержания в чугуне.
Медь при увеличении ее содержания способствует увеличению содержания в структуре отливок перлита, что приво55 дит к повышению их свойств. Однако при увеличении ее содержания сверх
1,2 мас.% она способствует повышенной графитизации чугуна, что приводит к снижению свойств отливок, Олово при увеличении его содержания способствует увеличению содержания в структуре отливок перлита,что повышает их свойства, однако увеличение его содержания сверх 0,08 мас. + приводит к появлению в структуре отливок хрупких эвтектик, снижающих их прочность. фосфор при увеличении его содержания приводит к образованию в структуре отливок фосфидной эвтектики, повышающей их твердость и износостойкость, однако увеличение его содержания сверх 0,5 мас.1 приводит к повышенной склонности отливок и образованию усадочной пористости и усадочных раковин и снижению их прочности, Ванадий при введении его в чугун легирует и измельчает перлит и фосфидную эвтектику, что приводит к повышению механических свойств и износостойкости отливок, Однако увеличение его содержания сверх 0,5 мас. способствует образованию свободных карбидоя, что приводит к снржению прочности и склонности к образованию усадочной пористости отливок и повышенному износу трением работающих в гире с ними деталей.
Бор способствует образованию иелкодисперсной карбонитридной фазы и иэмельчению структуры чугуна, повышающих свойства отливок.
Особенно благоприятным является влияние бора на свойства отливок массивных сечений, склонных к обраэова" нию крупнокристаллической структуры, однако увеличение содержания бора сверх 0,07 мас.ь приводит к появлению в их структуре свободных карбидов, снижающих их свойства.
Барий способствует графитизации чугуна. его влияние особенно благоприятно сказывается IlpH совместном его введении с ванадием, способствующим отбелу чугуна, однако увеличение его содержания сверх 0,03 мас.Ф приводит к образованию в структуре отливок включений графита больших размеров, снижающих их свойства.
В состав предлагаемого чугуна дополнительно введены медь, бор и барий.
Медь введена с целью перлитизации чугуна, что особенно важно для orпитео массивных сечений, имеющих склонность к снижению содержания . перлита.
17053
Бор введен с целью измельчения структуры чугуна и образования в ней ! карбонитридной фазы, повышающих его свойства, что ocobe!!iso важно для от5 ливок массивных сечений, склонных к образованию крупнокристаллической структуры, снижающей их свойства.
В предлагаемом чугуне содержатся ванадий, бор и иарганец, повышающие его склонность к отбелу и образованию в структуре отливок свободных карбидов, снижающих их свойства. Для нейтрализации их влияния в предлагаемый чугун дополнительно введен барий, 1 являющийся сильным графитиэатором чугуна.
Дополнительное введение в предлагаемый чугун меди, бора и бария способстзует повышению механических свойств и износостойкости отливок массивных сечений как вследствие благоприятного влияния каждого из них, так и вследствие наиболее полного проявления под их воздействием по»!;.;итель- 25 ного влияния других компонентов чугуна.
П р и и е р. Для получения предлагаемого чугуна были изготовлены четыре смеси ингредиентов. 30
Химический состав, механические свойства и износостойкость отливок изготовленных из известного, базового и предлагаеиого чугуна, приведены в таблице.
Механические свойства определялись стандартными методами, износостойкость
l оценивалась относительно чугуна перлитного класса при фрикционном трении при удельном давлении 5 МПа и скорости скольжения 1,5 м/с.
Результаты испытаний показали, что наиболее высокие свойства отливок массивных сечений достигаются при изготовлении их из предлагаемого чугуна (примеры 4-7), при этом механические свойства их выше на 35-401, а износостойкость - в 1,5 раза.
Выплавку предложенного чугуна можно осуществить в электропечах или дуплекс-процессом вагранка+электропечь.
Формула и э о б р е т е н и я
Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, олово, фосфор, ванадий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения механических свойств и износостойкости отливок массивных сечений, он дополнительно содержит медь, бор и барий при следующем соотношении компонентов, мас.ь:
Углерод 2,8 3,2
Кремний 0,8-1,4
Марганец 0,15-1,2
Олово 0,02-0,08
ФосФор 0,15-0,50
Ванадий 0,15-0>50
Медь 0,3-1-2
Бор 0,02-0,07
Барий 0,01-0,03
Железо Остальное
170(394 о
1и о о и
oz с((и
I «4 и Ф и «t а а U S О 44 С Z О сч Т 3 О 11 1 1 О 1 I LA I I 1 1 1 1 1 I Т с I О 1 О 1 I 1 (: 1 Е 1 <Т "О I дZ 1 1 Т е . у с, Ф 1 С 1 <О 1- 1 Ф О и t- Т t u О! 0У Ф 1 Z О и 1 3 Ф 1 О 9 1 Q Т 1 C и 1 1 (4 1 < У < 1 Ю Т 1 L(! Т I fg I (Ф 1 1 1 ! I I 1 I 1 О 1 1 Ч;! ! I 1 1 1 I 1 I L 1 Ю 1 1 I 1 L(< <Л м <«4 < — — I (Ю I м ! Ю <ч Cl <с\ <ч 1О <4 Z л Т Y О Z сс< О IY И О О Ф Ct X а с Ф l1 1 О I < Ю 1 1 1 I 1 1 1 Г 1 1 1 Ю 1 М Ю сЧ 1 1 1 1 1 I 4 1 t 1 1 I 1 1 Ф 1 I 04 1 1 I 1 ! I 1 3 ! 1 1 1 1 1 1 1 ! 1 1 1 1 1 I Ж I 1 ° 1 и < 1 1 Z 1 Л 1 1 1 ° 1 1 Ф 1 1 «! 1 1 1- 1 1 О I 1 О 1 O I U 1 >Т 1 I X I х 1 U I 1 Т I I Z 1 Т 1 1 Х 1 I I 1 1 Д 1 1 (I 1 1 1 1 I 1 1 1 4 I <Л I 1 1 1 I ! 1 1 I 1 < I 1 1 -т — а а 1 <: Т Z Ъ< Х С Z 1 l о ! О О и 4) C(I I I 1 ! O О ° 43 С(1 1 1 1 Ю Cl м СО С(О1 с 4 < 4 м 1 1 1 I I I 1 I 1 1 I I I I < 1 1 ! 1 1 I 1 ! I ! I 1 (1 1 1 ! l I I О 1- Ф т и I 0i С О U О. С Л Э О С 1 J C Z Y I 1 <4 < л л сО О -Ф 1 с 4 сЧ <Ч сЧ М сЧ ЛМСО<О ЛСО cC «<,О <с< m (.4 < 4 <4 сЧ I 1 о сч -- m сч О СО I7l <О (Ч 1 СЧ СЧ С 4 <Ч СЧ CV 1 1 м а <(< о м<Т< мо т <ч сч мм.мсч 1 D сЧ Î IA СЧ О.С<М<С< С< тЛ сч ммммсч! <О ммс(<о w CI 0«ОсО«0 1 <Ч сч I 1 О Еч МЛОЧ .(.О -Т М Ч <Ч О (Ч <Ч <Ч <Ч с 4 <«4 1! МО Сч L( О< л о <с< т м <ч(Ч<Ч<Ч(Ч<Ч I 1 м-о- ам ! СЧ О СГ <О Л СС< м м <ч сч <ч сч 1! I 1 I 1 1 Т ТО О сЧ ло сч м<а ОООООО pl a " "a «« JOOOOOO ° Т л ми 3 ° (Ч Ф <4<ЛО I ЭООООО ° ф a « ° ° (OOOOOO 1 сI с l Э <Л <С< Л СО Р В t а о - сч м с<<«о ! C « ° a I ОООООО I СЧ -й О(о ct 1 ООООО 1 DOOOOO I ЮОО(ЧОСЧ! МС\СО СЧ-т 1 ° " 1 I ОООО»» I -Т I <<< СС< Л О < СЧ О (Ч М«"<Л ОООООО 1 оо мо о -т (с< л с сч -т ОООО 1 I (ЧОИ<ОЛ(Lh L0 CO О < 4 - <С\ 1 ЮОО 1 1 О О О "0<О О 1 С«4 <О СО <Т< D СЧ М ! М СЧ сЧ CV м М М СЧ М-Т LA<О ЛCO 1