Чугун

(19) 01) 11 С 22 С 37 ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯОП Н АВТ А.Г.Слуц в, В.П.ЕаА.Родио.Стороженев, А.И.Фа ния сред двуо соде ноше 71) Белорусск расного Знаме нститут и Сар од "Центролит 53) 669,13-01 й ордена Трудовог и политехнический нский литейный за им. 50-летия ВЛКС .2(088.8) тво ССС1977о СССР1975.о СССР1981. детельс 37/00,тель ств 37/00,тельств 37/10кое свиС 22 Се свидеС 22 Се свидС 22 С 56) 1. Автор622362, кл.2. Авторск Р 428031, кл.3. Авторс Р 931784, к Р . В ,005-0,02 ,005-0,3 стальное е к л ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР МУ,СВИДЕТЕЛЬСТ( 54 ) ( 57) ЧУГУН, содержаший углерод кремний, марганец, хром, никель, ванадий, азот, титан, редкоземельные металлы и железо, о т л и ч а ющ и й с я, тем, что, с целью повышеизносостойкости в агрессивной е, содержашей сернистый газ и кись углерода, он дополнительно ржит сурьму при следуюшем соотнии ингредиентов, мас.Ъ:Углерод 2,9-3,5 Кремний 1,7-2, 7 Марганец О;3-0,8 Хром 0,1-0,8 Никель 0,05-0,8 Ванадий 0,15-0,5Азот 0,005-002 Титан 0 02-0 15Редкоз мельныеметаллы 0Сурьма 0Железо 0Изобретение относится к металлургии, .а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и можетбыть использовано для изготовленияособо ответственных отливок, работающих в условиях трения, скольжения в агрессивной среде сернистого газа (БО ) и двуокиси углеро 2да (со ).Известны в литейном производстве высокоуглеродистые сплавы железа 10содержащие кремний, марганец, хром,ванадий, титан и азот. Указанныесплавы за счет комплексного легирования карбидообразующими элементамиимеют высокие механические свойства 1) -2) .Однако сплавы имеют недостаточнуюизносостойкость и корроэионцую стойкость в парах трения, работаощих вособо тяжелых условиях - повышенныетемпературы, высокие удельные нагрузки, агрессивная атмосера сернистогогаза и двуокиси углерода,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и досгигаемому положительному эФФекту являетсячугун следуощего .химического состава, мас.о.:Углерод 2,9-3,5Кремний 1,7-2,7Марганец 0,3-0,8Хром О к 1-Ог 5Никель 0,05-0,3ВанадийТитан 0,02-0,:5Азот 0,005-0,0335Церий 0,005-0,02АлЕО 1Ий 0001-0,1Же;.езо ОстальноеИзвестный чугун тл тест в своесоставе комплекс элемецтов (марганец, хром, ванадий, никель, азот),стабилизирующих и легирующих карбидную Фазу чугуна, что обеспе гвает вьсокие мехацическе свойстваматериала 3) .Однако использовапте изарестногочугуна для изготовлеци гильз ци-.линдров Форсированных двигателейвнутреннего сгорания не целесообразно ввиду недостаточной эксплуата Оционной надежности пары трения. Приработе Форсированных карбюраторнь;хдвигателей в резульгате сгораниятоплива образуются газы, среди которых значительный процент составляют двуокись углерода и двуокисьсеры, Соединяясь с конденсатом водяного пара, содержащегося так же впродуктах сгорания, образуются кислоты Н 80 и Н СО, которые взаимодействуют с поверхностью металла 60и снижают эксплуатационные характеристики пары трения. Целью изобретения является повышение износостойкости в агрессивной среде, содержащей сернистый гаэ и двуокись углерода.Указанная цель достигается тем,что ь чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, азот, титан, редкоземельные металлы и железо, дополнительно введена сурьма при следующем. соотношении ингредиентов, мас.Ъ:Углерод 2,9-3,5Кремний 1,7-2,7Марганец 0,3-0,8Хром О,1-0,8Никель 0,05-0,8Ванадий 0,15-0,5Азот 0,005-0,02Титан 0,02-0,15Редкоземельные металлы(РЗМ) 0,005-0,02Сурьма О, 005-0,3Железо ОстальноеНаличие в составе чугуна сурьмь приводит к повышению дисперсности и стабильности при высоких температурах перлитной структурной составляющей. Структура чугуна состоит из комплекснолегированного хромом, никелем, ванадием, титаном, сурьмой перлита мелких включений граФта. Добавки сурь.ы благоприятно сказываются на измельчении первичной стРуктуРы, что связано с повышением прочностных характеристик чугуна. Кроме1то 1 о, ввод сурьмы в расплав перед разливкой значительно снижает влияние температурно-временных условий на структуру чугуна и дает возможность получать перлитную:еталлическую основу материала и расширить интервалы температуры заливки и выдержки металла в ковше, ггредусмотрецЫе техническими условиями процес"а плавки.Легироване металлической основы, повышение дисперсности перлига и равномерное распределение граФита повышает износостойкость чугуна в агрессивных средах. Склонность чугуна к адгеэии минимальна. Повышение износостойкости в агрессивных газовых средах достигаемое при легировании сурьмой эа счет полного исклочения микро- участков ца поверхности гильзы, занятых Ферритом.Для получения чугуна выплавлены три состава сплавов, содержащих ингредиенты ца нижнем, среднем и верхнем уровнях. Содержание железа при этом составляет дополнительно до 100". в каждом сплаве. Для сравнительных испытаний использован иэвестцып чугун со средним содержание;легирующих элементов, Химические составы исследуемых чугунов представлены в табл.1.1062295 Таблица 1 Содержание компонентов, мас.1 1 1 111111 Сплав С Б Мп Сг Б Ч 1 Т БЬ, РМЭ Се Ре 3,2 2,2 0,55 0,3 0,15 0,31 0,01 0,1 -- 0,05 Остальное Известный Предлагаемый 1. 2,9 1,7 0,3 0,1 0,05 0,15 0,005 0,02 0,0050,005 3,2 2,1 0,5 0,35 0,35 0,28 0,01 0,1 0,2 0,09 3,5 2,7 0,8 0,8 0,8 0,5 0,02 0,15 0,3 0,02 Таблица 2 3 Твердость НВ Предел прочности наизгиб,бкгс/мм Сплав Относительная величина износа в Сод в воздушнойатмосфете 1,22 62 227 1,4 Известный Предлагаемый 1 60 240 0,76 0,82 0,71 0,47 0,7 251 58 0,64 0,62 0,43 56 265 0,4 60 Чугуны плавят в тигельной индукционной печи емкостью 40 кг с кис лой Футеровкой, В качестве шихтыиспользуют литейный чугун маркиЛК-З, стальной лом, Ферросплавы РЗМ.ванадия), титана (30 титана, аэотированный ферромарганец (5 азота,75 марганца), кристаллическая сурьма и никель. Сурьму и РЭМ вводятв расплав перед заливкой. Величиныдобавок расчитывают исходя из среднего усвоения кремния, никеля,ванадия, сурьмы, марганца и хрома Как видно из табл.2, дополнительное введение в состав сурьмы в укаэанных концентрациях повышает износостоикость материала в агрессивных средах. При этом материал обладает оптимальной твердостью, позволяющей проводить механическую обработку отливок без изменения технологического процесса.Структура металлической основы предлагаемого чугуна перлитная с равномерно распределенными включениями графита средних размеровВысокая на уровне 85-95, титана 70-80, Р 311 60-70, азота 50-60.Образцы для испытаний отливают в сухую форму. Испытания на износостойкость проводят в условиях сухого трения скольжения в паре с улучшенной сталью 45 твердостью 48 НВ при нагрузке 15 кгс/мм и скорости скольжения 2,0 м/с, на машине трения типа МТв атмосфере Б 0 р и СО. Износ оценивают в граммах, приведенных к 1000 м пути относительного перемешения образца по поверхности контртела Полученные результаты представлены в табл.2. степень дисперсности перлита и его комплексное легирование, наличие дисперсных карбонитридов Ч,Т обеспечивают хорошие эксплуатационные свойства пары трения в особо тяжелых условиях работы.Пределы содержания компонентов установлены исходя из получения благоприятного сочетания механических свойств иэносостойкости и коррозионной стойкости чугуна. Повышение концентрации сурьмы выше 0,3 при э водит к появлению ледебурита в струк1062295 УглеродКремнийМарганецХромНикельВанадийАзотТитанСурьмаРЗМ 3,22,10,50,35,0,330,280,0100,110,10,01 Составитель Г,ДУдикТехред М,Тепер Корректор А.Ильин Редактор Н.Рогулич 10163/30 Тираж 627 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений н открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Заказ Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 туре, что усложняет механическую обработку отливки. Нижний предел 0,005 сурьмы обеспечивает стабильное получение перлитной матрицы чугунов с различным содержанием углерода и кремния (1,7) . Минимальное содержание углерода (2,9) и кремния (1,7) вызвано необходимостью получения металлической матри цы без метастабильной фазы. Максимальное (3,5 и 2,7 соответственно) " 10 получение перлитной структуры с количеством феррита не более 10. Содержание хрома (0,1-0,8 никеля 0,05-0,5), ванадия (0,15-0,5), титана 0,08-0,15), азота (0,005- 15 0,02), выбирается из условия максимального упрочнения металлической основы. Увеличение концентрации элементов выше верхнего предела повышарт склонность чугуна к отбелу. 0Пределы содержания РЗМ (0,005-0,02 обеспечивают получение отливок без отбела Оптимальный состав содержит мас.: Технология получения чугуна по предлагаемому изобретению включает плавку компонентов, насыщение расплава азотом путем введения азотированного ферромарганца и обработку расплава перед заливкой сурьмой и РЗМ. Предлагаемый чугун наиболее эффективно использовать для изготовления отливок гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Экономический эффект от применения составит 700 тыс. руб. в год.