SU1084331A1 - Чугун - Google Patents

Abstract

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий , медь, титаИ барий и железо, о т л и ч а к Щ и и с   тем, что, с целью износостойкости в интервале температур 200-700-С, он содержит компоиеиГы при следующем соотновюнии, мас.%: Углерод2,9-3,5 Кремний1,8-2,6 Марганец0,6-1/0 ХромО,5-1,2 Йикель0,1-0,4 Ванадий.0,07-0,3 МедьОД-0,45 Титан.0,03-0,08 Барий . р;005-0;02 ЖелезоОстальное

Description

СХ)

4:ik 00 DO Иэобр.етени« относитс  к металлургии , а именно к составам высокоуглер дистых сплавов железа, и может быть использовано дл  изготовлени  гильз линдров -дизельных двигателей, работа щих в услови х интенсивного износа п повышенных температурах (200-700°С) Анализ режима работы гильз форсирова ных дизельных двигателей типа ЯМЗ-25 показывает, что при эксплуатации в зоне контакта трущихс  пар возникают указанные выше температуры. Известны в литейном производстве высокоуглеродистые сплавы железаJ содержащие кремний, марганец, хром, ванадий, титан. Указанные сплавы за счет комплексного легировани  металлической основы имеют высокие механические свойства Cl С2. Однако они не обеспечивают высокую износостойкость пары трени  в услови х повышенных температур эксплуатации ввиду разупрочнени  поверхности материала при нагреве. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  чугун З следующего химического состава, вес.%: Углерод .2,9-3,5 Кремний1,8-2,6 Марганец0,6-1,0 Хром0,15-0,45 Никель.0,1-0,4 Алюминий0,005-0,02 Ванадий0,07-0,3 Медь0,1-0,45 Титан0,03-0,08 Барий0,005-0,02 ЖелезоОстальное Известный чугун имеет в своем со ставе комплекс элементов (марганец, хром, никель, титан, ванадий, медь). стабилизирующих и легирукедих карбид нуЕО фазу сплава, что обеспечивает высокие механические свойства матер ала. Присутствие бари  в данном спл ве необходимо дл  получени  требуемой литой структуры без структурносвободного цементита. Однако извест ный чугун, работа  в услови х трени  в интервале температур 200-700°С обладает низкой износостойкостью. Цель изобретени  - повышение износостойкости в интервале температур 200-700С. Дл  достижени  указанной цели в чугуне,содер(гащем углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, медь, титан, барий и железо, инп едиенты вз ты в следующем соотношении вес,% Углерод2,9-3,5 Кремний1,8-2,6 Марганец0,6-1,0 Хром0,5-1,2 Никель0,1-0,4 Ванадий0,07-0,3 Медь 0,1-0,45 Титан0,03-0,08 Барий0,005-0,02 ЖелезоОстальное Наличие в составе чугуна хрома в указанных пределах (0,5-1,2%) способствует повьш/ению твердости и температурной стабильности эвтектоида за счег дополнительного легировани  структурных составл ющих, что значительно повышает износостойкость деталей, работающих при повышенных температурах. Структура чугуна состоит из перлита высокой дисперсности с включени ми графита длиной 60-120 мк, равномерно расположенными в матрице. Увеличение концентрации хрома приводит к повыцению критической температуры начала резкого падени  твердости на 30-50 0. Это, в первую очередь, св зано с упрочнением металлической основы мелкодисперсными включени ми сложных карбидов хрома, марганца и ванади . Структурные изменени  чугуна и качественное повышение свойств .структурных составл ющих (высоколегированный эвтектоид) вызывает повЕлшение твердости материала в температурном интервале 200-700°С и его износостойкости . Дл  изучени  свойств чугуна по изобретению выплавл ют три сплава, содержащих ингредиенты на нижнем среднем и верхнем уровн х. Содержание железа при этом составл ет дополнительно до lOOS в каждом сплаве,Дл  сравнительных испытаний используют известный чугун со средним содержанием легирующих элементов. Химические составы чугунов представлены в табл.1, Сплавы плав т в тигельной индукционной печи емкостью 40 кг с кислой футеровкой, В качестве шихты используют литейный чугун марки ЛКЗ, стальной, лом, ферросплавы кремни  и бари  (75% кремни  .и 10% бари ), марганца (75% марганца), ванади  (45% ванади ), титано-медистый (1% титана, 3% меди) и хромо-никелевый (2% хрома, 0,8% никел ) чугуны . Величины добавок рассчитывают исход  из среднего усвоени  кремни , никел , ванади ,. меди, марганца и хрома на уровне 85-95% титана и бари  - 70-80%, Образцы заливают в сухую форму. Измер ют твердость материала при различных температурах. Испытани  на износ провод т в режиме сухого.трени  скольжени  в паре с улучшенной сталью 45 твердостью 48 HRC при нагрузке 2,0 кгс/см, скоростью скольжени  2,0 м/с. В процессе трени  образец разогревают до 700с микропечью сопротивлени . Температуру образцов измер ют хромель-алюмелевой термопарой на рассто нии 2 мм от поверхности трени . Результаты испытаний представлены в табл,2. Как видно из табл.2, повышение концентрации хрома существенно повышает твердость и износостойкость чугуна в температурном интервале 200ТОО С . При этом материал обладает уд влетворительной твердостью при комнатной температуре, что позвол ет проводить механическую обработку, не мен   технологического процесса.Пределы содержани  компонентов установлены исход  из получени  наиболее благопри тного сочетани  механически свойств и износостойкости чугуна. Ни ний предел по содержанию кремни  (1,8%) и углерода (2,9%) вызван необ ходимостью получени  металлической матрицы без метастабильной фазы, верхний (2,6% и 3,5% соответственно) ограничен получением перлитной основы с количеством феррита не более 3% Минимальное содержание хрома (0,5%) способствует повышению температурной стабильности эвтектоида и,как следствие , его, износостойкости/. Увеличение концентрации хрома свыше 1,21 значительно снижает прочность чугуна за счет образовани  эвтектических карбидов типа по границам перлитных зерен. Минимальное количество меди (0,2%) повышает стабильность технологического процесса, уменьшает растворимость карбидообразуквдих элементов в твердом растворе, способствует образованию сложных карбидов железа.

Т а б л и ц а Увеличение содержани  меди свыше 0,45% вызываетинтенсивную графитацию чугуна, ослабл   стойкость карбидов железа в-структуре чугуна.Содержание никел  (0,1-0,4%) марганца (0,6-1,0%) ванади  (0,07-0,3%) титана (0,03-0,08%) выбираетс  из- услови  максимального комплексного упрочнени  металлической основы чугуна (нижний предел). Увеличение их концентрации выке выбранных пределов резко повышает склонность чугуна к отбелу. Ввод в чугун бари  (0,005-0,02%) обеспечивает получение отливок без отбела при высокой степени легировани  чугуна хромом, титаном, ванадием и марганцем . Оптимальный состав сплава содержит , % : углерод 3,15, кремний 2,2, марганец 0,8, никель 0,25, ванадий 0,2, медь 0,3, титан 0,05, барий 0,01. Технологи  получени  чугуна по изобретению заключаетс  в расплавлении компонентов, включающих литейный чугун, стальной лом, ферросплавы, и обработке жидкого металла перед заливкой барийсодержащей добавкой. Чугун по изобретению целесообразно использовать дл  изготовлени  отливок гильз цилиндров двигателей вну-треннего сгорани  дизельного типа. Экономическа  эффективность от применени  данного чугуна составл ет ill тыс.руб. в год. В целом по отрасли более О,5 млн.руб. в год.

Извест3 ,1 2,1 0,8 ный Средний Предлагае2 ,9 1,8 0,6 Нижни  мый ЗД5 2,2 0,8 Средний 3,5 2,6 1,0 Верхний 0,3 0,25 0,18 0,8 0,05 0,01 0,5 0,1 0,07 0,2 0,03 0,005 0,8 0,25 0,3 0,33 0,05 -0,01 1,2 0,4 0,3 0,45 О.,08 0,02

Извест210 110 ный Средний

Таблиц

21

36

229

60

Claims (1)

1. ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, медь, титан, барий и железо, о тл и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения износостойкости в интервале температур 200-700°С, он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

   Углерод 2,9-3,5

   Кремний 1,8-2,6

   Марганец 0,6-1,0

   Хром 0,5-1,2

   Никель 0,1-0,4

   Ванадий . 0,07-0,3

   Медь 0,1-0,45

   Титан .0,03-0,08

   Барий 0,005-0,02

   Железо Остальное . шжгж·*

   X