SU1576590A1

SU1576590A1 - Высокопрочный чугун

Info

Publication number: SU1576590A1
Application number: SU874232433A
Authority: SU
Inventors: Михаил Петрович Шебатинов; Юрий Серафимович Ушаков; Виктор Михайлович Коваленко
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6930
Priority date: 1987-04-20
Filing date: 1987-04-20
Publication date: 1990-07-07

Abstract

Изобретение относитс к металлургии и может быть использовано при производстве поршневых колец ДВС. Цель изобретени - повышение предела прочности при раст жении в интервале температур 500-800°С и улучшение износостойкости. Чугун содержит, мас.%: C 3,4-4,0

SI 2,5-3,5

MN 0,05-0,3

CR 0,01-0,3

CU 0,3-2,0

NI 0,15-1,5

MO 0,05-0,5

V 0,1-0,5

MG 0,02-0,05

CE 0,01-0,03

ND 0,006-0,012, P 0,003-0,007

ER 0,001-0,003

FE остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна ND, PR и ER позвол ет повысить σ в в 1,28-1,49 раза, а также улучшить износостойкость в 2-6 раз. 2 табл.

Description

Изобретение относитс к металлургии , в частности к разработке составов чугуна дл тонкостенных деталей, например дл поршневых колец двигателей внутреннего сгорани .

Цель изобретени - повышение прочности при раст жении в интервале температур 500-800°С, улучшение износостойкости .

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

Введение углерода и кремни менее их. нижнего предела ухудшает литейные свойства чугуна - уменьшаетс жидко- текучесть и увеличиваетс усадка. Это способствует образованию усадочных газовых раковин. Введение каждого из указанных ингредиентов выше верхнего предела увеличивает количество ферритно.й структурной составл ющей (7 15%), а гакже количество и размеры включений графита, в результате чего ухудшаютс такие физико-механические свойства, как прочность на изгиб, твердость и модуль упругое- ти, следовательно, снижаетс износостойкость .

Содержание марганца менее его нижнего предела не оказывает вли ни на свойства чугуна. Присадка же его более верхнего предела приводит к снижению указанных выше свойств, благодар выделению карбидов марганца по границам эвтектических зерен.

Хром менее 0,01% не вли ет сколь-; |ко-нибудь заметно на свойства чугуна, а более 0,3% вводить нецелесообразно, так как в структуре чугуна начинают выдел тьс карбиды хрома, растет их количество и увеличиваютс размеры включений, что отрицательно сказываетс на обрабатываемости и пластичности чугуна.

Никель и медь способствуют повы- шению статической и динамической

(Л

СЛ

о ел

СО

рочности, ударной в зкости и изноостойкости .

Введение каждого из указанных инредиентов меньше нижнего предела практически не оказывает вли ни на свойства чугуна а более верхнего предела вводить не рекомендуетс , так как никель свыше 1,5% вли ет на графитизацию, а медь более 2,0% снижает прочность из-за выделени ее в свободном состо нии в виде локальных объемов.

Молибден в количестве 0,05-0,5% повышает статическую и динамическую прочность и твердость в широком ин- тервале температур 500-800°С, модуль упругости и износостойкость.

Молибден менее 0,05% не оказывает какого-либо заметного вли ни на изменение структуры, а более 0,5% снижает пластичность, увеличивает твердость и не обеспечивает оптимальную структуру и,как следствие, служебные характеристики полученных деталей, такие как надежность и долговечность.

Легирование чугуна ванадием способствует образованию мелкодисперсных нитридов и карбидов, вли ющих на формирование исходной однородной структуры . Явл сь центрами кристаллизации , они не только замедл ют рост металлической основы, но и одновременно способствуют замедлению движени дислокаций в области высоких температур . Это ведет к увеличению значений прочностных и упругих характеристик в интервале температур, равном 500-800°С, а в итоге к росту износостойкости .

Ванадий в количестве, меньшем нижнего предела,практически не вли ет на свойства чугуна, а в количестве, большем верхнего предела, способствует повышению твердости и вызывает охрупчивание.

Магний и церий ввод т в качестве . модифицирующих элементов дл сферо- идизации графита с целью получени высоких физико-механических свойств, таких как прочность на изгиб, усталостна прочность и твердость.

По мере уменьшени остаточного содержани этих элементов менее нижнего предела каждого или увеличени выше верхнего предела снижаетс количество включени графита шаровидной формы и растет количество включений графита пластинчатой формы. В итоге

чугун получаетс с одной стороны не- домодифицированным, а с другой - перемодифицированным .

Экспериментально установлено, что неодим, празеодим и эрбий, кроме общеизвестного модифицирующего действи , привод т к значительному обес- сериванию, образу при этом неметаллические включени округлой формы, которые распредел ютс в металлической основе,име размер не более одного микрона . Усилива процесс модифицировани , они позвол ют уменьшать содержа5 ние магни и иттри в составе чугуна, Введение неодима, празеодима и эрби меньше нижнего предела, каждого в отдельности, не оказывает какого- либо вли ни на свойства расплава, а

Q выше верхнего предела способствует образованию интерметаллидной фазы, что отрицательно сказываетс на формировании включений графита шаровидной формы.

5 Комплексное модифицирование магнием , церием, неодимом, празеодимом и эрбием позвол ет получить у чугуна высокие эксплуатационные характеристики после термической обработки. За счет повышени статической и динамической прочности, в зкости, модул упругости, а в итоге износостойкости цилиндро-поршневой группы двигател внутреннего сгорани , улучшаетс работоспособность двигател и, как следствие, увеличиваетс в 2-3 раза ходимость автомобилей.

Чугун выплавл ют в индукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой. В расплав чугуна при температуре 1470- 1490°С ввод т легирующие элементы, как в чистом виде, так и в виде ферросплавов . В частности, медь и никель в чистом виде, молибден, ванадий в виде ферросплавов, а магний и РЗМ в виде модифицирующих лигатур.

Перед разливкой чугун перегревают до 1520°С. Магний, церий и иттрий в виде лигатур ввод т в ковш. Заливку в земл ные разовые стопочные формы 0 производ т при 1400-1450°С. Химические составы чугуна приведены в табл.1, Из чугуна изготавливают отливки поршневых колец, которые затем подвергают термической обработке по следую- 5 щему режиму: нагрев до 900-950°С, выдержка 1,0-1,5 ч, закалка в сол ной ванне при 320-350°С, выдержка 3-5 ч, далее охлаждение на воздухе.

0

5

0

5

Таблнц«2

Claims

Фор мул а и з о б р е т е ния

Высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, никель, молибден, ванадий, магний, церий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности при растяжении в интервале температур 500-800 С, улучшения износостойкости, он дополнительно содержит неодим, празеодим и эрбий при следующем соотношении компонен-

тов, мас.%: 5 Углерод 3,4 - 4,0 Кремний 2,5 “ 3,5 Марганец 0,05 - о,з Хром 0,01 - о,з 10 Медь о,з - 2,0 Никель 0,15 - 1.5 Молибден 0,05 - 0,5 Ванадий 0,1 - 0,5 Магний 0,02 - 0,05 15 Церий 0,01 - 0,03 Неодим 0,006 - 0,012 Празеодим 0,003 - 0,007 Эрбий 0,001 - 0,003 Железо Остальное Таблица 1 **

Чугун Ингредиенты, нас Л

С IZ1 ГГ? ^с.“ т-: ΕΞ Mg _г-.-. | Nd ' Ге Известный 3,64 3.43 0,41 0,06 1,0 0,5 0,06 0,026 0,005 - Отт Предлагаемый 1 2,5 0,05 0,15 0,3 0,65 0,05 0,3 0,03 0,01 0,006 0,003 0,001 2 ЗЛ 3,0 0,1 0,01 1,2 0,15 0,15 о, 1 0,04 0,03 0,010 0,006 0,003 3 3,8 3,5 0,3 0,06 2,0 1,1 о.з 0,25 0,02 0,02 0,008 0,005 0,002 4 4,0 2,8 0,2 0,3 1,0 ’.5 0,5 0,5 0,05 0,025 0,012 0,007 0;0015

Таблица2

Т

Чугун 6*, кгс/мм¹, при температуре *С ' ' Физико-механические свойства после термообработки Твердость НВ ^’1 ^г кгс/мм Ударная вязкость а_н, кгсм/см ^г Модуль упругости Е, кгс/мм¹ Износ, Г/($4 ¹ ч) 20- 500 800 при температуре 0 , 20 р 500 j 800 Известный Предложенный 85,7 60 10,1 26,0 1,5 17500 12100 7900 12,1. 239 1 110 88 15,6 32 2,8 18100 14100 9200 6,0 325 ' 2 128 102,4 18,5 34 3,2 18600 14400 10400 3,0 382 ' 3 120 96 17,3 33 3,4 19200 15100 10900 3,8 360 4 118 94,4 16,9 32 3,0 18300 13600 10200 2,0 380