Чугун

(72) Авторы изобретения

В. A. Грачев, В. В. Спасский, В. А. Купряшин, Г: А. Косников, О. М. Ковалев, 3. М. Ройфберг, Е. 9. Исаев, Н-.К Батурин, А. А. Толстой, Е. С. Лазарев, В, В Тимкин и Н.,A.-Гор as ,/

Пензенский политехнический: институт

Р (7!) Заявитель (54) ЧУГУН

Изобретение относится K металлургии в частности к изысканию термо- и износо1 стойких чугунов, применяемых для изготов ления ответственных деталей двигателей внутреннего сгорания методом литья.

Известен чугун (1 ), содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, серу хром алюминий, бор, молибден и железо, который применяется для изга товления седел клапанов двигателей внутреннего сгорания в следующем соотношении, вес. %:

Углерод 2,4 - 2,8

Кремний 1,8-2,3 . Хром 1,3-2,0 фосфор О,Д-0,5

Марганец О, 5-0,8

Алюминий 1,3-1,6

Молибден 0,3-0,6

Вор 0,001-0,0025

Сера Не более 0,1

Железо Остальное

Указанный чугун имеет высокую твердостьСМ50 НЙС), изностойкость и росто2 устойчивость при температурах до 700 .

Однако чугун плохо обрабатывается, имеет пониженную термостойкость и црочность.

s . Наиболее близким по технической сущ- . ности и достигаемому эффекту является чугун (2, предназначенный для изготовления вставок двигателей внутреннего сгорания. С целью повьппения прочности

> :è износостойкости он легирован ванадием при следующем соотношении ингредиентов, вес. %:

Углерод 3,5-4,25

Кремний 2,0-3,0 . Марганец 6,0-8,0

Алюминий 1,0-1,25

Хром О, 1-0,2

Ванадий О, l5-0;3

Железо Остальное

Чугун имеет предел прочности на изгиб 38-43 кт./мм, твердость НВ х

223-289 кгlмм + стрелу прогиба

4-5 мм.

3 9814

Структура чугуна состоит из аустени--та, карбидов и большого количества . графита. ОднакЫ иазанный чугун имеет недостаточно высокие прочностные свой ства, ростоустойчивость и износостойкость при повышенных температурах.

Целью изобретения является повы,шение прочности, ростоустойчивости, износостойкости.

Указанная цель достигается тем, что . 1а в чугун. содержаший углерод, кремний, марганец, алюминий, >ром, ванадий и железо, дополнительно введены азот и бор, при следуюше% соотношении ингре-, диентов, вес.%

1$

Углерод 3,5-4,0

Кремний 0,5-2,0

Марганец 1,5-2,0

Алюминий 1,0-2,5

ХРоМ 0,2-0,3

М

Ванадий 0,2-0,5

Азот 0,015-0,03

Бор 0,001-0,0025

Железо Остальное

Чугун имеет структуру, содержащую легированный феррит, сложные эвтектикн, карбиды и нитриды, Термическая стабильность указанной структуры значительно выше, чем у чугуна с основой из марганцевистого аустенита. . 30

Содержание углерода и кремния лимитируется суммой C +Si в пределах

5,0-6,0. Снижение этой суммы ведет к снижению обрабатываемости, увеличение — приводит к образованию при комп.

3$ лексном действии на металл углерода, кремния и алюминия, повышенного количества графита, приводящему к снижению ростоустойчивости и увеличивающему склонность чугуна к высокотемператур-:

4© ному окислению.

Алюминий, как графитизатор, уравнов шивает карбидостабилизирующее действие

: комплекса марганец — хром — ванадий, а с другой стороны - резко повышает стабильность металлической матрицы и

< 4$ ее устойчивость к воздействию повышенных (до 800 С) температур.

Верхний предел содержания алюминия по мере его увеличения сверх 2,5% ли- . митируется быстрым снижением ростоустойчивости сплава. Кроме того, способствует повышению теплопроводности.

33 ф

Ванадий при его содержании свыше

0,2% повышает механические свойства чугуна и его износостойкость путем о( разования комплексныхэвтектик и карбидов, однакоприсодержанииванадия 0,5%: небольшое повышение свойств уже не компенсируется и ведет к удорожанию шихтовых материалов.

Введение небольших количеств азота и бора не оказывает существенного влияния на .структуру металлической матрицы но приводит к образованию большого количества мелкодисперсных нитридов и карбидов, равномерно распределенных в металлической основе, что повышает износостойкость сплава.

Чугуны выплавляют для изготовления седел клапанов тракторных двигателей.

Плавку ведут в кислой индукционной печи ИСТ 0,06, в качестве шихтовых материалов используют стальной лом: передепьный чугун ПВК-З„углеродный бой электродов дуговых печей, азотированный ферромарганец, форрохром, феррована дий, первичный алюминий и борную кислоту.

В таблице приведены составы и свой ства чугунов.

Относительную износоустойчивость определяют при трении скольжения (без качения) на машине трения МИ1М при отсутствии смазки. В качестве контроля используют кольцо из стали 45. Величину относительной ростоустойчивости определяют на дилатометре Шевенара по отношению к известному чугуну.

Прирост массы определяют на цилиндрических образцах при нагреве их на воздухе в муфельной электропечи до

4 =950 С. Время выдержки при данной температуре составило 10 ч. Как видно из приведенной таблицы, предлагаемые чугуны имеют прочность на разрыв s среднем на 38% больше, износостойкость при сухом трении - на

34% выше, ростоустойчивость в диапазоне рабочих температур — на 28%. Стойкость к высокотемпературному окиалению у предлагаемого чугуна примерно в 2 раза выше. При этом обрабатываемость чугуна в связи с повышением его твердости ухудшается незначительно, 98i433 о о о Ф

fQ

О3 о о !

СЯ о

Щ

СЧ о

tQ с!

О! о

Ф

СЧ

О3 о

СЯ о

СЯ с4 .о" о

Ф о 0 а Я { о о

Я

Т-{ о

С9

° 1

t о

° -{

Щ

Р { о -1

Ф{ о о "{ о (О 3 с о"

tO о

СЧ р! СO о

СЧ

С0 о"

Щ о

С9

СЯ

1! а

I!

f а !

I а

Я

О3 о о о т-1 о о о

Т-{ о о о с4 о о о

Cg

О о о

СЧ о о о

tO

Ф { о о

Щ

° 1 о о

С9

Ю о

С! о о

0) о о

03 о о

С9 о. c4 о"

Ф о!

О о 3 о

0) о

Я о"

0) о". С9 о

С9 о

С9 о (Ч о о

0) о

03 о СЯ о о { о

Р-1 о

О3 о

СЯ о

СЯ о

СO о

СЯ о

Р3

tQ о"

СО { о

Я (Q (О

Ф

М

3 о о

3

11

Ф а

Ф о

3 !

СO СО т-1 т { о о" со- о

6) Ф о о

CD C0

7 981433 8

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я Алюминий 1,0-2,5

Хром 0,2-0,3

Ванадий 0,2-0,5

Азот 0,015-0,03

5 Бор 0,001-0,0025

Железо Остальное

Источники информапии, принятые во внимание,при экспертизе

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, алюминий, хром, ванадий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности, ростоустойчивости и иэносостойкости, он дополнительно содержит,азот и бор при следуюшем соотношении ингредиентов., вес. %: Углерод 3,5-4,0

Кремний . 0,5-2,0

Марганец 1,5-2,0

1ð 1 Авторское свидетельство СССР № 359292, кл. С 22 С 37/06, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 353994, кл. С 22 С 37/10, 1977.

Составитель Г. Дуднк

Редактор М. Товтин Текред МГергель Корректор M. Демчик .

Заказ 9640/40 Тйраж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ф-35, Payatcaas наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4