SU1668459A1 - Чугун - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии, а именно к составам железоуглеродистых сплавов. Целью изобретени   вл етс  повышение износостойкости в среде агрессивных газов при температуре до 600°С при сохранении герметичности, термостойкости и предела прочности. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,1 - 3,5

кремний 1,7 - 2,4

марганец 0,6 - 1,2

хром 0,2 - 0,5

ванадий 0,05 - 0,2

никель 0,2 - 0,6

медь 0,35 - 0,7

фосфор 0,2 - 0,4

бор 0,0015 - 0,01

алюминий 0,01 - 0,02

кобальт 0,03 - 0,1

церий 0,005 - 0,02

лантан 0,001 - 0,002

неодим 0,001 - 0,002

железо остальное. Предложенный состав целесообразно использовать дл  изготовлени  гильз цилиндров карбюраторных и дизельных двигателей. 2 табл.

Description

Изобретение относитс  к области литейного производства, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может быть использовано дл  изготовлени  отливок деталей, работающих в услови х трени , скольжени  при повышенных температурах , например гильз цилиндров двигател  внутреннего сгорани .

Цель изобретени  - увеличение износостойкости в среде агрессивных газов при температурах до 600°С, при сохранении герметичности, термостойкости и предела прочности.

Предлагаемый чугун содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, титан , ванадий, алюминий, кобальт, церий, фосфор, бор, лантан, неодим и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%1

Углерод3,1-3,5

Кремний1,7-2,4

Марганец

Хром

Ванадий

Никель

Медь

Титан

Фосфор

Бор

Алюминий

Кобальт

Церий

Лантан

Неодим

Железо

0,6-1,2 0,2-0,5 0,05-0,2 0,2-0,6 0,35-0,7 0.03-0,07 0.2-0,4 0,005-0,01 0,01-0,02 0,03-0,1 0,005-0,02 0,001-0,002 0,001-0,002 Остальное

О

о

00

4

сл чэ

Наличие в составе чугуна, фосфора, бора и титана повышает прочностные свойства чугуна за счет легировани  металлической матрицы и измельчени  эвтектического зерна. Легированна  бором фосфидна  эвтектика существенно повышает износостойкость чугуна при повышенных температурах.

Дополнительное введение в чугун лантана и неодима в совокупности с церием и алюминием существенно вли ет на кристаллизацию сплава вследствие эффективного графитмзирующего действи  их тугоплавких оксидов и сульфидов, позвол ет улучшить форму, размер и распределение графита, исключить по вление цементита в структуре при наличии в сплаве таких элементов как ванадий, хром, бор и титан.

Присутствие в чугуне кобальта, меди и никел  способствует кристаллизации по стабильной диаграмме и за счет образовани  твердых растворов повышает плотность структуры.

Ванадий, хром, марганец, образу  сложные карбиды, упрочн ют металлическую основу сплава, тем самым способству  повышению его прочности и износостойкости .

Обоснование выбранных пределов содержани  компонентов.

Углерод и кремний при их содержании 3,1-3,5 и 1,7-2,4% соответственно обеспечивают хорошие литейные и механические свойства сплава. Нижние пределы содержани  3,1 и 1,7% обусловлены необходимостью исключени  структурно-свободного цементита в металлической матрице. Превышение верхнего предела содержани  углерода и кремни  может привести к ухудшению формы и характера распределени  графита.

Хром, ванадий и титан при их содержании 0,2-0,5; 0,05-0,2 и 0,03-0,07% соответственно обеспечивают требуемую прочность, термостойкость и износостойкость чугуна. Нижний предел содержани  этих элементов обеспечивает получение перлитной матрицы с равномерно распределенным графитом. При содержании хрома, ванади  и титана выше указанных пределов значительно ухудшаетс  термостойкость л износостойкость при повышенных температурах за счет по влени  в структуре ледебурита.

Содержание фосфора и бора з пределах 0,2-0,4 и 0,0015-0,01% гарантирует существенное повышение износостойкости чугуна. Увеличение содержани  бора до 0,01 % приводит к измельчению структуры фосфидной эвтектики, увеличивает ее микротвердость за счет присутстви  соединений бора. При содержании бора менее 0,0015% присутствие его в фосфидной эвтектике не обнаружено . При содержании фосфора более 0,4%

получить измельченную фосфидную эвтектику практически невозможно.

Нижние пределы содержани  никел 

0,2. меди 0,35 и кобальта 0,03% выбраны исход  из получени  плотной металлической основы, обеспечивающей требуемую .герметичность и износостойкость отливок. При концентрации никел , кобальта и меди

выше указанных пределов прирост прочности , герметичности,термостойкости и износостойкости незначительны.

Пределы содержани  цери  (0,005- 0,02%), лантана (0,001-0,002%) и неодима

(0,001-0,002%) совместно с алюминием (0,01-0,02%) обеспечивают за счет эффективного модифицировани  измельчение эвтектических зерен и получение отливок без кромочного отбела.

П р и м е р. В индукционной печи с кислой футеровкой выплавл лись предлагаемый состав чугуна с различным уровнем содержани  ингредиентов. Дл  сравнительных испытаний был использован известный

чугун, содержащий ингредиенты на среднем уровне. В качестве шихтовых материалов использовались литейный чугун, стальной лом, ферросплавы кремни , марганца, ванади , хрома, титана, цери , бора, фосфора, а

также катод, гз  медь, гранулированный никель , алюминий, кобальт, лигатура, содержаща  лантан и неодим.

Шихт/загружали в печь, расплав нагревали до 148°С, перед разливкой на дно разливочного ковша давали алюминий и церий и при наполнении одной третьей части ковша под струю давали модификатор, содержащий неодим и лантан.

Чугун заливали в сухие песчаные формы . Из полученных заготовок вырезались образцы дл  испытаний на износостойкость , механические свойства, термостойкость , испытани  проводились по

стандартной методике. Термостойкость определ лась по количеству трещин, образовавшихс  после 300 циклов на кольцах, вырезанных из чугунных заготовок.

Химический состав известного и предлагаемого чугунов приведен в табл.1.

Испытани  ни износостойкость проводили на машине трени  ИТ-2М в течение 300 ч в среде агрессивных газов (70-60% СО и 30-40% SOz). Скоростью вращени  контртепа и удельной нагрузкой обеспечивали требуемые температуры в зоне контакта образец - контртело. Испытани  на механические свойства (предел прочности при рас- тржении) проводились на разрывной машине с предварительным разогревом образца до заданной температуры. Термостойкость оценивали по количеству трещин, образовавшихс  после 300 циклов на кольцевых образцах, Нагрев осуществл лс  в свинцовой ванне соответственно до 200, 400 и 600°С. Герметичность чугунов при различных температурах оценивали на образцах путем замера давлени , при котором по вл лась течь, и времени, в течение которого через испытываемый образец протекло определенное количество азота. По результатам замеров газопроницаемости оценивали в логарифмической шкале средние значени  утечек. Полученные результаты по свойствам известного и предлагаемого чугунов при температурах 200.400 и 600°С приведены в табл.2. Видно, что предлагаемый состав чугуна имеет преимущества по износостойкости во всем исследованном интервале температур. При этом сохран ютс  такие важные характеристики предлагаемого сплава, как прочность , герметичность и термостойкость.

Предлагаемый состав целесообразно использовать дл  изготовлени  гильз цилиндров карбюраторных и дизельных двигателей .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий никель, медь, титан , алюминий, кобальт, церий и железо, о т- личающийс  тем, что, с целью увеличени  износостойкости в среде агрессивных газов при температурах до 600°С при сохрэ- нении герметичности, термостойкости и предела прочности, он дополнительно содержит фосфор, бор, лантан и неодим при следующем соотношении компонентов, мас.%:

   Углерод3,1-3,5

   Кремний1,7-2,4

   Марганец0,6-1,2

   Хром0,2-0,5

   Ванадий0,05-0,2

   Никель0,2-0,6

   Медь0,35-0,7

   Титан0,03-0,07

   Алюминий0,01-0,02

   Кобальт0,63-0,1

   Церий. 0,005-0,02

   Фосфор0,2-0,4

   Бор0,005-0,01

   Лантан0,001-0,002

   Неодим0,001-0,002

   ЖелезоОстальное

   Таблица 2

   280 300

   220 225

   120 220

   20 140

   29 18

   40 26

   -6,0 36

   -5,5 -4,4 -6,4 -5,7

   -3,2 -4,7

   -3,2 -3,4

   0,05 0,03

   0,11 0,08

   0,2 0,15