Чугун

А СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .РЕСПУБЛИК 3(5 П С 22 С 37 1 РЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Белорусский ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническийинститут(56) 1. Авторское свидетельство СССР 309972, кл. С 22 С 37/00, 1971.2.Авторское свидетельство СССРР 836187, кл. С 22 С 37/10, 1981.(54)(57) ЧУГУН, содержащий углерод,кремний, марганец, хром, никель,ЯО 06 493 ванадий, азот, церий, алюминий и железо, о т л к ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения износостоЙкости и корроэионной стойкости, он дополнительно содержит Фосфор и титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:Углерод 3,0-3,6 Кремний 1,7-2,7 Марганец, 0,3-0,8 Хром 0,1-0,5 Никель 0;05-0,5 Ванадий 0,15-0,5 Азот 0,005-0,02 Церий 0,005-0,02 Алюминий 0,001-0,1 Фосфор 0,16-0,5Титан 0,03-0,15 Железо ОстальноеIИзобретение относится к металлур.гии, в частности к разработке соста.воа чугуна для отливок, работающихв условиях трения скольжения и аг-.ресивных средах.ИзвеСтен чугун, содержащий,мас.: Углерод 3,0-3,3; Кремний0,8-1,2; Марганец 0,4-0,8; Никель0,05-0,15; Титан 0,05-0,15 у Ванадий 0,1-0,25 Железо - остальное Г 13.Недостатками чугуна этого составаявляются низкая износостойкость икоррозионная стойкость.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является чугун,содержащий компоненты при следующем,.соотношении, мас.: Углерод 2,93,5; Кремний 1,7-2,7; Марганец 0,30,8, Хром 0,1-0,5 Никель 0,05-0,8;Ванадий 0,15-0,5) Азот 0,005-0,02,Церий 0,005-0,02, Алюминий 0,0010,1 Железо - остальное. В качествепримеси могут быть сера до 0,08и Фосфор до 0,152,Однако недостаточно высокиестойкость в агрессивных средах иизносостойкость не возволяют рекомендовать применение известногочугуна для изготовления гильз цилиндров внутреннего сгорания.Цель изобретения - повышениеизносостойкости и корроэионнойстойкости чугуна,Указанная цель достигается тем,что чугун, содержащий углерод,кремний, марганец, хром, никель,ванадий, азот, церий, аиоминий ижелезо, дополнительно содержитФосфор и титан при следующемсоотношении компонентов, мас.:Углерод 3,0"3,6Кремний 1,7"2,7Марганец О, 3-0,8Хром 0,1-0,5Никель 0,05-0,5Ванадий 0,15" 0,5,Азот 0,005-0,02Церий0,005-0,02Алюминий 0,001-0,10осфор 0,16-0,5Титан 0,03-0,15Железо ОстальноеПределы содержания компонентовустановлены исходя из получениянаиболее благоприятного сочетаниямеханических свойств износостойкости, корроэионной стойкости. Повыше-,ние концентрации фосфора выше 0,5,приводит к снижению механическихсвойств чугуна. Нижний предел(016) содержания фосфора связанс появлением фосфидной эвтектикив структуре. Нижний предел по содержанию кремния и углерода вызваннеобходимостью получения металлической матрицы без метастабильнойфазы, верхний - ограничен получением перлитовой основы с количествомФеррита не более 5-8, Содержаниехрома (0,1-0,5), никеля (0,05-0,5)ванадия (0,15-0,5), титана (0,030,15), азота(0,005-0,02) выбирается из условия максимального упрочнения меТаллической основы; Увеличение концентрации перечисленных элементов выше выбранных пределов повышает склонность чугуна к отбелу.10 Пределы содержания алюминия (0,0010,1) и церия (0,005-0,02) обеспечивают получение отливок без отбела.Оптимальный состав сплава содержит,мас.: углерод 3,3) кремний 2,1;15 марганец 0,6, хром 0,3," никель 0,25;ванадий 0,3 у азот 0,01; фосфор 0,35;титан 0,1; цернй 0,01 у алюминий0,005.Наличие фосфора в составе чугунаприводит к образованию в структуретвердых включений Фосфидной эвтектики, которая располагается преимущественно по границам эвтектнческихзерен, Структура чугуна состоит из 25 легированного перлита высокой ндисперсности мелких включений граФита. Присутствие Фосфора измель-.чает деидриты первичного аустенитаи размер звтектического.зерна. Данные структурные изменения значитель З но увеличивают твердость материала.Совместное легироваиие сплавакарбидообраэующими элементами;.(хромом, марганцем, ванадием) заметно повышает микротвердость Аосфид ной эвтектики. Наличие Фосфора ититана в сплаве способствует сохранению твердости материала послевыдержки при повышенных температурахВ присутствии. азота титан упрочняет4,металлическую матрицу эа счет образования дисперсных карбонитридовтитанаувеличение износостойкости предлагаемого чугуна с повышенным содер жанием ФосФора связано с наличиемв структуре фосфидной звтектики,обладающей высоким сопротивлениемк истиранию. Фосфидная эвтектнкаиграет роль основы, воспринимающейдавление в паре трения, и способствует образованию "карманов", вкоторых задерживается смазка. Значительное измельчение эвтектическихзерен в связи с добавкой фосфораи титана приводит к более равномерному распределению включений фосфидной эвтектики в структуре. Сплавпрактически не склонен к адгезионному взаимодействию.Коррозионная стойкость сплава 60 повышается за счет увеличения дисперсности перлита, равномерного распределения графита, а также сниженияэлектродного потенциала чугуна вследствие наличия в структуре карбонитри 65 дов титана и Фосфидной эвтектики,1065493 Т а б л и ц а 1 Содержание элементов, мас.В Пределысодержания основных элементов Сплав В Мр СгБ 1 7 М Р 2,0 0,6 дний 0,15 0,36 0,01 3 Известны 0 1,7 0,3 0,1 0,05 0,15 0,005 0 Предла га- ьий Нижний 0,3 0 Средн 3,3, 2,2 О,0,3,6 2,7 0,8 0,5 0,50,50,02 . 0,5 ерхн повышающих количества катодной Фазы в структуре, и значительного легирования титаном Феррита эвтектоида. Большое влияние на повышение коррозионной,стойкости оказывают межзер" новые прослойки по границам первичных и эвтектоидных зерен, образующиеся в период кристаллизации и охлаждения чугуна, содержащие зна-. чительное количество Фбсфора, обладающие повышенной коррозионной стой костью и служащие фбарьерамн" на пути распространения коррозии.Для получения чугуна выплавлены "три состава сплавов, содержащих каждый ингредиенты на нижнем, среднем и верхнем уровнях. Содержание железа при этом составляло дополнительно до 100 в каждом сплаве. Для сравнительных испытаний использован известный чугун со средниМ содержанием легирующих элементов.Химические составы чугунов представлены в табл. 1.Чугуны готовилисЬ в тигельной индукционной печи емкостью 40 кг с кислой футеровкой. В качестве шихты использовались литейный чугун марки ЛК-З, стальной лом, Ферросплавы кремния, никеля, ванадия, хрома, церия, фосфора, титана, азотированный ферромарганец (5 азота) и алюминий. Ферроцерий.и алюми;ний вводились в ковш перед заливкой. :На выплавленных образцах измерялась твердость при различных температурах. Испытания на износостойкость:проводились в режиме сухого тренияскольжения в паре с улучшеннойсталью 45 твердостью 48 НВ принагрузке 8 кг/смэ и скоростискольжения 2, О м/сИзносостойкость5 образцов оценивалась весовым методом. Полученные результаты представленыв табл. 2,Как видно из табл. 2, изменение 10 концентрации фосфора и дополнительйыйввод титана существенно повышает твердость сплава при повышенных температурах, износостойкость и корроэионнуюстойкость материала.15 Чугун предлагаемого. состава обес-печивает повышение износостойкости икоррозионной стойкости сплава. Приэтом материал обладает оптимальнойтвердостью, позволяющей проводить 20 механическую обработку отливок, .неменяя технологического процесса.Структура предлагаемого чугуна перлитная. Графит имеет мелкопластинчатую форму, Высокая дисперсность 5 перлита, наличие включений Фосфиднойэвтектики, отсутствие в структуреледебурита, обеспечивают высокуюэксплуатационную работу парл тренияв условиях агрессивной среды.Чугун предлагаемого состава ЗО наиболее эффективно использоватьдля изготовления отливок гильз цилиндров двигателей внутреннего сго"рания. Годовой экономический эффектот внедрения изобретения составит 35 960 тыс.руб.1065493 Продолжение табл. 1. Содержание элементов, мас,% Сплав АЕ 0,01 0,05 Известный Средний Предлагаемый 0,005 0,001 0,03 Нижний Средний 0,01 0,005 0,09 0,02 0,1 0,15 Верхний Таблица 2 Износ, г Корро" . 6зия, мг кг/мм Сплав 800 197. 54 229 0,34 Известный Средний 630 51 241 0,23 231 Предлагаемый Нижний 58570 0,19 263 Средний 255 270 510 0,16 53 261 Верхний Составитель Н. Косторной .Ридактор О. Черничко Техред Т,Фанта Корректор А. Тяско Заказ 11011/31 Тираж,608 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Пределысодержа-,ния основных элементов Пределысодержанияосновныхэлементов НВ НВ после вы- сокотемпературной вы- держки