Чугун

(19 Вс. .,", ВИЛЯ ИЗОБРЕТЕНВИДЕТЕЛЬСТВУ ПИСАН Н АВТОРСИОМУ жащий углерод,ром, никель, ва-барий и железо,с я тем, что,носастойости в200-700 С, онпри следующем Н, содерганец, хтитан,: ыаения иемпературмпоиентнмас.Ъ ХромНикельВанадий Титан Барий Желез ОСЬДА СтаЕННЦЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Белорусский ордена Трудовбго. Красного Знамени политехнический ийститут.В 836187, кл, С 22 С 37/10, 1979."2, Авторское свидетельство СССРВ 867942, кл. С 22 С 37/10, 1980.3. Авторское свидетельствО СССР:по заявке В "3416366/22-02,кл,. С 22 С 37/10, Об.04.82.(54)(57)ЧУ кремний, м надйй, мед о тл.и ч с целью по интервале содержит к соотновениУглерод Кремний Маргане 2,9-3,51,8-2,6 0,6-1,0 0,5-1,2 0,1-0,4 . 0,07-0,301-0,45 ,О,Оз-а,08 0;005-0,02Остальное2,9-3,5 1,8-2,6 0,6-1,0 0,5-1,2 0,1-0,4 0,07"0,30,1-0,45 Изобретение относится к металлургии, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может бытьиспользовано для изготовления гильз цилиндров дизельных двигателей, работающих в условиях интенсивного износа при 5повышенных температурах (200-700 С).Анализ режима работы гильз Форсированных дизельных двигателей типа ЯМЗ показывает, что при эксплуатации взоне контакта трущихся пар возникают 10укаэанные выше температуры.Известны в литейном производствевысокоуглеродистые сплавы железа,содержащие кремний, марганец, хром,ванадий, титан. Указанные сплавы засчет комплексного легирования металлической основы имеют высокие механические свойства Г 11Г 23Однако они не обеспечивают высокую износостойкость пары трения вусловиях повышенных температур эксплуатации ввиду разупрочнения поверхности материала при нагреве.Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому эффекту является чугун 3 3 следующего химического состава, вес.:Углерод 2,9-3,5Кремний 1,8-2,6Марганец 0,6-1,0Хром 0,15-0,45 ЗОНикель .0,1-0,4Алюминий 0,005-0,02Ванадий 0,07-0,3Медь 0,1-0,45Титан 0,03-0,08 35Барий 0,005-0,02Железо ОстальноеИзвестный чугун имеет в своем составе комплекс элементов (марганец,хром, никель, титан, ванадий, медь)., 40стабилизирующих и легирующих карбидную фазу сплава, что обеспечиваетвысокйе механические свойства материала. Присутствие бария в данном сплаве необходимо для получения требуемой литой структуры без структурносвободного цементита. Однако известный чугун, работая в условиях трения в интервале температур 200-700 С,обладает низкой износостойкостью.Цель изобретения - повышение износостойкости в интервале температур 200-700 С.Для достижения указанной цели вчугуне, содержащем углерод, кремний,марганец, хром, никель, ванадий,55медь, титан, барий и железо, ингредиенты взяты в следующем соотношении вес.:УглеродКремний 60МарганецХромНикельВанадийМедь 65 Титан 0,03 0,08Барий 0,005-0,02Железо ОстальноеНаличие в составе чугуна хрома в указанных пределах (0,5-1,2) способствует повышению твердости и темпера-турной стабильности эвтектоида эа сче: дополнительного легирования структурных составляющих, что значительно повышает износостойкость деталей, работающих при повышенных температурах. Структура чугуна состоит иэ перлита высокой дисперсности с включениями графита длиной 60-120 мк, равномерно расположенными в матрице. Увеличение концентрации хрома приводит к повышению критической температуры начала резкого падения твердости на 30-50 ОС. Это, в первую очередь, связано с упрочнением металлической основь 1 мелкодисперсными включениями сложных карбидов хрома, марганца и ванадия.Структурные изменения чугуна и качественное повышение свойств .структурных составляющих (высоколегированный эвтектоид) вызывает повьпаение твердости материала в температурном интервале 200-700 С и его износостойкости.Для изучения свойств чугуна по изобретению выплавляют три сплава, содержащих ингредиенты на нижнем среднем и верхнем уровнях. Содержание железа при этом составляет дополнительно до 100 в каждом сплаве.Для сравнительных испытаний используют известный чугун со средним содержанием легирующих элементов. Химические составы чугунов представлены в табл.1. Сплавы плавят в тигельной индукционной печи емкостью 40 кг с кислой футеровкой. В качестве шихты используют литейный чугун марки ЛКЗ, стальной лом, ферросплавы кремния и бария (75 кремния и 10 бария), марганца (75 марганца), ванадия (45 ванадия), титано-медистый (1 титана, 3 меди) и хромо-никелевый (2 хрома, 0,8 никеля) чугуны.Величины добавок рассчитывают исходя из среднего усвоения кремния, никеля, ванадия, меди, марганца и хрома на уровне 85-95 титана и бария - 70-80.ГОбразцы заливают в сухую Форму. Измеряют твердость материала при различных температурах. Испытания на износ проводят в режиме сухого трения скольжения в паре с улучшенной сталью 45 твердостью 48 НВС при нагрузке 2,0 кгс/см , скоростью сколь 2жения 2,0 м/с. В процессе трения образец разогревают до 700 С микро- печью сопротивления. Температуру об-. разцов измеряют хромель-алюмвлевой термопарой на расстоянии 2 мм от по1084331 Таблица 1 Сплав Пределы содер-жания основныхэлементов Содержание компонентов, вес.81 Мг Сг Н 1 Ч Сц Т 1 Ва Известный 31 2 с 1 0,8 0,3 0,25 0,18 0,8 0,05 0,01 Средний Предлагаемый 2,9 1,8 О,б 0,5 0,1 0,07 0,2 0,03 0,0053,15 2,2 0,8 0,8 0,25 0,3 0,33 0,05 0,01 НижнияСреднийВерхний 3,5 2,6 1,0 1,2 0,4 0,3 0,45 0,08 0,02 верхности трения. Результаты испытаний представлены в табл.2.Как видно из табл.2, повышениЕ концентрапии хрома существенно повышает твердость и износостойкость чугуна в температурном интервале 200- 700 С, При этом материал обладает удо.овлетворительной твердостью при комнатной температуре, что позволяет проводить механическую обработку, не меняя технологического процесса.Пре делы содержания компонентов установлены исходя из получения наиболее благоприятного сочетания механических свойств и износостойкости чугуна, Нижний предел по содержанию кремния (1,8) и углерода (2,9) вызван необходимостью получения металлической матрицы без метастабильной фазы, верхний (2,б и 3,5 соответственно) ограничен получением перлитной основы с количеством Феррита не более 3. Минимальное содержание хрома (0,5) способствует повышению температурной стабильности эвтектоида и,как следствие, его, износостойкости,. Увеличение концентрации хрома свыше 1,2 значительно снижает прочность чугуна эа счет образования эвтектических карбидов типа по границам перлитных зерен. Минимальное количество меди (0,2) повышает стабильность технологического процесса, уменьшает растворимость карбидообразующих элементов в твердом растворе, способствует образованию сложных карбидов железа. Увеличение содержания меди свыше0,45 вызывает интенсивную графитацию чугуна, ослабляя стойкость карбидов железа в структуре чугуна.Содержание никеля (0,1-0,4) марганца(0,6-1,0) ванадия (0,07-0,3) титана (0,03-0,08) выбирается из условиямаксимального комплексного упрочненияметаллической основы чугуна (нижнийпредел). Увеличение их концентрациивыше выбранных пределов резко повышает склонность чугуна к отбелу. Вводв чугун бария (0,005-0,02) обеспечивает получение отливок без отбелапри высокой степени легирования чугуна хромом, титаном, ванадием и марганцем. Оптимальный состав сплава содержит,: углерод 3,15, кремний2,2, марганец 0,8, никель 0,25, ванадий 0,2, медь 0,3, титан 0,05,барий 0,01Технология получения чугуна по изобретению заключается в расплавлении компонентов, включающих литейный чугун, стальной лом, ферросплавы, и обработке жидкого металла перед заливкой барийсодержащей добавкой.Чугун по изобретению целесообразно использовать для изготовления отливок гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания дизельного типа. Экономическая эффективность от применения данного чугуна составляет ,114 тыс.руб. в год. В целом по отрасли более 0,5 млн.рубв год.1084 ЗЗ 1 Таблиц а 21 Механическиесвойства Сплав Относительный износпри температуре,аС кгс/мм НВ 200 700 200 450 700 Известный Средний 210 110 73 1 21 36 60 229 247 191 101 07 253 201 117 Оф 4 60 253 64 . 263 62 271 263 213 108 Оф 41 5,6 16 Составитель Г.Дуди к Редактор А.Долинич ТехредИ.Надь Корректор И. Муск аЗаказ 1930/21 Тираж 603 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, В, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП фПатеит", г.ужгород, ул,Проектная,4 Предлагаемый Пределы содержания основныхэлементов НижнийСреднийВерхний Твердость НВ при температуре испытаний, С 618 4,9 15