SU1560606A1 - Чугун дл гильз цилиндров двигателей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии и может быть использовано при производстве двигателей. Цель изобретени  - снижение суммарного износа в паре с высокопрочным чугуном в присутствии абразивных частиц. Новый чугун содержит, мас.%: C 3,1-3,6

SI 2,0-2,8

MN 0,6-1,0

CR 0,4-0,9

NI 0,1-0,6

V 0,05-0,2

CU 0,3-1,0

TI 0,03-0,1

BA 0,003-0,01

NB 0,02-0,1

P 0,3-0,3

РЗМ цериевой группы 0,005-0,02

FE остальное. Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна NB, P и РЗМ позвол ет снизить суммарный износ в паре с высокопрочным чугуном в присутствии абразивных частиц в 1,24-3,6 раза. 2 табл.

Description

Изобретение относитс  к металлургии , в частности к разработке составов чугуна дл  деталей двигателей. ( Цель изобретени  - снижение суммарного износа в паре с высокопрочным чугуном в присутствии абразив- , ных частиц.

Выбор граничных пределов содержани  компонентов в чугуне предложенного состава обусловлен следующим.

Наличие в составе предлагаемого чугуна фосфора в указанных пределах приводит к формированию в структуре фосфидной эвтектики в виде разорванной сетки.

Дополнительный ввод ниоби  усиливает стабилизирующее действие таких элементов как хром, ванадий, титан,

а также измен ет морфологию структурно-свободных карбидов и ос Ьидной эвтектики , играющих важную роль в формировании износостойкой металлической основы.

Повышение концентрации меди в предложенном составе совместно с никелем устран ет неравномерность свойств но сечени м отливки, улучшают прочностные и технологические характеристики чугуна и, прежде всего, его обрабатываемость. Комплексное легирование суммой ниоби , фосфора при предложенной концентрации меди способствует снижению износа контртела (кольца) из высокопрочного чугуна, особенно э присутствии абразивных частиц . При недостаточной твердости металлической матрицы возможно вклинивание в гильзу абразивных частиц, что приводит к резкому росту износа кольца , за счет шаржировани . Титан, вана- дий, марганец и хром оказыва  эсЬфек- тивное вли ние на первичную кристаллизацию , эвтектическое и эвтектоидное превращение, способствуют получению чугуна с мелкодисперсной перлитной матрицей и равномерно распределенными включени ми графита, что в свою очередь обеспечивает снижение склонности сплава к выкрашиванию структурных составл ющих в процессе износа.

Совместное графитизирующее модифицирование предложенного сложнолегиро- ванного чугуна барием и РЗМ включает отбел в тонких сечени х отливок, из- мельчает эвтектическое зерно и приво- дит к более равномерному распределению включений фосфидной эвтектики в металлической матрице. Как показали, исследовани  дл  предложенного ком- плекснолегированного чугуна ввод, од- ного бари  не обеспечивает требуемой графитизации сплава.

Выбранные пределы содержани .углерода (3,1-3,6%), кремни  (2,0-2,8%) в предлагаемом сплаве обеспечивает хорошие литейные и технологические свойства.

Нижние пределы по углероду и кремнию обусловлены необходимостью исключени  структурно-свободного цементита Превышение верхних пределов концентрации данных элементов приводит к ухудшению формы, размеров и распределени  графита. Наличие в чугуне марганца ниже 0,6 мас.% не обеспечивает требуемого упрочнени  матрицы, а при добавках его свыше 1 мас.% увеличиваетс  склонность сплава к усадочным  влени м. При концентрации ванади , - ниоби .,хрома и титана ниже 0,05;0,02; 0,4j 0,03 мас.% соответственно в структуре чугуна по вл етс  феррит, существенно снижающий твердость сплава . Добавки в сплав этих же элементов выше верхних пределов (0,2; 0,3; 0,9 и 1 мас.% соответственно) резко ухудшают его обрабатываемость и, кроме того,,привод т к удорожанию отливок. , Нижние предель по никелю (0,1 Mac.%)v и меди (0,3 мас.%) выбраны исход  из 1 получени  равномерной твердости в се- чени х отливки. При концентраци х этих элементов выше 0,6 и 1 мас,% соответственно степень их вли ни  ни

перлитизацию сплава незначительна, кроме того, это экономически не целесообразно . При содержании фосфора 0,3-0,6 мас.% в структуре образуетс  равномерно распределенна  эвтектика,, существенно вли юща  на характер и величину суммарного износа пары трени . При концентрации фосфора ниже 0,3 мас.% в структуре не образуетс  разорванна  фосфидна  сетка. Добавка данного элемента выше 0,6 мас.% ох- рупчивают сплав, что приводит к повышенному браку по трещинам. Выбранные пределы содержани  бари г- (0,005- 0,07 мас.%) и РЗМ (0,005-0,02 мас.%) обеспечивают за счет эффективного трафитизирующего модифицировани  исключение в тонких сечени х отливок из предложенного сплава структурно- свободного цементита, резко ухудшающего его обрабатываемость. Указанные элементы благопри тно вли ют на форму и морфологию сложнолегированной фосфидной эвтектики. Оптимальный состав предлагаемого чугуна следующий, мас.%: углерод 3,4; кремний .2,4, марганец 0,8; хром 0,6; никель 0,35j ванадий 0,12; медь 0,7j титан 0,06, барий 0,007; ниобий 0,06; фосфор 0,45; РЗМ О,OJ. Механические свойства в стандартных образцах (предел прочности на разрыв) более 230 Mia, HB 240- 270.

Пример, Дл  получени  чугуна были выплавлены три состава предлагаемого чугуна на нижнем, среднем и верхнем пределах, два состава с пределами содержани  ингредиентов ниже нижнего и выше верхнего пределов. Дл  сравнительных испытаний б.ьиг использован известный чугун, содержащий ингредиенты на среднем пределе.

Плавки проводились 1 в-индукционной печи с кислой футеровкой. В качестве шихтовых материалов исполъзова-- лись; литейный чугун ЛЗ, стальной лом, ферросплавы марганца, кремни , ванади , титана, хрома, ниоби , фосфора , гранулированный никель, катодна  мэдь, РЗМ и барийсодержащие лигатуры (типа Фс65Ба-10 (30% бари ) и ФСЗОРЗМЗО (30% РЗМ) соответственно). Шихту загружали в печь, после расплавлени  и перегрева до J460 С вводили ферросплавы в .требуемых количествах с учетом степени их усвоени  (марганец, никель, ванадий, медь, ,хром 85-99%, фосфор, титан и ниобий

5.1

70-80%J. Перед разливкой жидкий металл обрабатывали РЗМ и барийсодержа- щей лигатурой (усвоение 70-80%). Чугун заливали в разовые песчаные Лор- мы. Из полученных заготовок вырезали образцы наружным диаметром 26 мм и jJbice TQH JO мм дл  испытаний на износ, которые проводили на матине трени  типа МГ-2 в услови х граничной смаз- оки и подачей абразивных частиц (кварцевой пыли) при удельной нагрузке 20 Mia и скорости скольжени  5м/с. В качестве контртела примен ли высокопрочный чугун ВЧ50. Врем  испытаний составл ло до 25 ч.

Химический состав и суммарный износ чугунов приведен в табл. 1 и 2.

Как видно из табл, 1 и 2, измене- .ние пределов содержани  углерода,

кремни , хрома, никел , меди, а также дополнительное легирование ниобием, фосфором и РЗМ позвол ет снизить величину суммарного износа в 1,24- 3Л6 раза.,

Форм улаизобретени 

Чугун дл  гильз цилиндров двигателей , содержащий углерод, кремний,

6

марганец, хром, никель, ванадий,мед титан, барий и железо, о т л и чающийс  тем, что, с целью снижени  суммарного износа в паре с высокоомным чугуном в присутствии абразивных частиц, он дополнительно содержит ниобий, фосфор и редкоземельные элементы цериевой группы в следующем соотношении, мас.%:

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Никель

Ванадий

Медь

Титаи

Барий

Ниобий

Фосфор

Редкоземельные

элементы цериевой

группы

Железо

качестве примеси чугун содержит сеу до 0,12%.

3,.1-3,6 2,0-2,8 0,6-1,0 0,4-0,9 0,1-0,6

0;05-0,2 0,3-1,0

0,03-0,1 0,003-0,01

0,02-0,1 0,3-0,6

0,005-0,02 Остальное

Т а & л и ц

Таблица 2

Claims (1)

1. Формула изобретен Чугун для гильз цилиндров двигателей, содержащий углерод, кремний, · »

   ве15 60606 ' 6 марганец, хром, никель, ванадий,медь, титан, барий и железо, о т л и ** чающийся тем, что, с целью снижения суммарного износа в паре, с высокоомным чугуном в присутствии абразивных частиц, он дополнительно содержит ниобий, фосфор и редкоземельные элементы цериевой группы в

   ¹⁰ следующем соотношении,, мас.%: Углерод з,.1 -3,6 Кремний 2,0-2,8 Марганец 0,6-1,0 15 Хром , 0,4-0,9 Никель 0,1-0,6 Ванадий 0,'05-0, 2 Медь 0,3-1,0 Титан 0,03-0,1 20 Барий 0,003-0,01 Ниобий 0,02-0,1 Фосфор Редкоземельные элементы цериевой 0,3-0,6 25 группы 0,005-0,02 Железо Остально I

   е качестве примеси чугун содержит сев ру до 0,12%.

   Чугун Пределы содержания ингредиентов с Содержание элементов, X - = Ϊ Ni j V JL..I 2L..J 2L..J 21... 2...J РЗМ Известный Средний 3,3 2,2 0,8 0,9 0,25 0,2 0,05’ 0,25 - - 0,01 - Предпо· женный 1 Них ниЙ 3,1 2,0 0,6 0,4 ],1 0,05 0,03 0,30 0,03 0,30 0,005 0,005 2 Средний 3,3 2,4 0,83 0,65 0,35 0,1 0,06 0,60 0,06 0,45 0,007 0,007 3 Верхний 3,6 2,'8 I ,0 0,9 0,6 0,20 0,] 2,0 о,] 0 0,60 0,010 0,020

   Таблица 2

   Чугун Суммарный износ пары, г Изменение суммарного износа, % (У_в,МПа Твер-. дость, НВ Известный 1,65 100 263 253 Предложенный 1 1,33 81 240 263 2 0,46 28 250 273 3 0,86 52 255 28,2