Чугун

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4(з 1) С 22 С 37/06 ОПИСАНИЕ . ИЗОБРЕ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ ЕН Чф 1 рд я полиинског периме завод тво СССР1977. 48,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Львовский ордена Ленинтехнический институт им. Лекомсомола и Бориславский эктельный литейно-механический(53) 669, 15-196(088.8)(54)(57) ЧУГУН, содержащий углерокремний, марганец, никель, хром,фосфор и железо, о т л и ч а ю шс я тем, что, с целью повышения иносостойкости, кольцевой упругости теплостойкости, он дополннтельнсодержит церий при следующем соотшенин компонентов, мас.Х:Углерод 3,20-3,40Кремний 1,50-1,70Марганец 0,80-1,25Никель 0,35-0,45Хром 0,15-0,30фосфор 0,50-0,60Церий0,05-0,07Железо ОстальноеИзобретение относится к металлургии, в частности к разработке состава чугуна для поршневых колец компрессоров.Известен чугун с высокой износо стойкостью 1, который содержит ингредиенты в следующих количествах, мас,%:Углерод 3,6-3,8Кремний 2,00-2,25Марганец 0,7-0,8Церий 0,4-0,5Никель 0,15-0,29Фосфор 0,04-0,05Сера 0,006-0,007 15Железо ОстальноеОднако укаэанный чугун не обеспечивает одновременное получение высоких износостойкости, кольцевой упругости и теплостойкости, 20Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является чугун 2, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.%: 25 Углерод 3,00-3,25Кремний 2,00-2,25Марганец 0,70-1,00Никель 0,20-0,30Хром 0,40-0,50 30Фосфор Не более0,25Сера Не более0,08Железо ОстальноеОднако известный чугун не можетобеспечить оптимальное структурноесостояние для одновременного повышения таких важнейших эксплуатационных характеристик поршневого кольца,как износостойкость, кольцевая упругость и теплостойкость,Целью изобретения является повышение износостойкости, кольцевой упругости и теплостойкости.Поставленная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, фосфор и железо, дополнительно содержит церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:УглеродКремнийМарганецНикельХромФосфор Церий 0,05-0,07Железо ОстальноеВведение церия оказывает комплексное влияние на структуру чугуна.Церий стабилизирует перлит, способствует распределению фосфидной эвтектики в виде правильной разорваннойсетки, положительно влияет на формуграфитных включений - скругляетострые концы графитных пластин, переводя пластинчатый графит в вермикулярный.При введении .церия в количестведо 0,05 мас,% графит кристаллизуетсяв виде пластинок, что не обеспечивает нужного уровня износостойкости,а тем более упругости.При 0,05 мас.% (нижний предел)церия в структуре чугуна присутствует вермикулярный графит, что сразусказывается на свойствах: кольцеваяупругость увеличивается (в 1,2 раза),а износ уменьшается (в 5 раз), особенно при выдержанном количествефосфора,При содержании церия больше0,07 мас.% структура графита мало меняется, но в металлической матрицеприсутствует структурно свободныйцементит. Это отрицательно сказывается как на механических свойствахчугуна, так и на износостойкостипары трения: поршневое кольцо - гильза цилиндра (усиленно изнашиваетсяи кольцо и контртело).Повьппенное содержание углеродав предложенном чугуне по сравнениюс известным позволяет получитьповышенный углеродный потенциал иболее высокую степень эвтектичности,что обеспечивает улучшение условийкристаллизации отливок с толстымистенками.Количественное сочетание углеродаи кремния в чугуне не может обеспечить чисто перлитную структуру металлической основы при отливке маслот,толщина стенок которых составляетэ 70 мм.Имеется опасность появления структурно свободного феррита, что недопустимо при обеспечении всего комплекса свойств поршневого кольца:высокой износостойкости, упругостии теплостойкости.В предлагаемом чугуне указанноеколичество кремния гарайтирует перлитную структуру матрицы. Уменьшение1157 Я 1(1,53 приводит к частичному отбелу,что недопустимо при изготовлениипоршневых колец, превышение 811,7 Жвызывает образование феррита.Марганец и хром вводят для стаби-,. 5лизации перлитной матрицы. Повышенное содержание марганца в предложенном чугуне, по сравнению с известным, обеспечивает более дисперснуюперлитную структуру, которая отличается повышенной стабильностью принагревах до 300-400 С, т,е. повышенной теплоустойчивостью.При содержании марганца меньше0,8 Х, устойчивость цементита перлита 15понижается при 300 С, особенно придлительных выдержках (условия эксплуатации поршневого кольца). Превышение 1,257 марганца может вызватьотбел. 20Хром является более сильным карбидообразующим элементом, чем марганец, что способствует нежелательномуотбелу. Кроме того, введение хрома удорожает чугун. Поэтому хром в передложенном чугуне вводится в небольшом количестве для повышения прочности и теппостойкости. Увеличение количества хрома свьппе О,ЗЖ вызывает отбел чугуна состава, что проявляется 30в кристаллизации фосфидной эвтектикис крупными пластинами цементита, Этонежелательно при трении скольжения , с граничной смазкой, так как отрицательно сказывается на износостой" 35кости.Никель измельчает структуру, увеличивает прочность и в комплексе с другими элементами уменьшает износ.Особенно заметно положительное влия- щние никеля на уровень механическихсвойств при повышенных температурах, Однако введение никеля более . ,0,453 нецелесообразно из-за его 1 графжизирующего действия и высокой стоимости. Фосфор до 0,253 повышает прочность и пластичность, что нежелательно для обеспечения высокой износо- у стойкости, а главное кольцевой упругости. Повышенное содержание фосфора 112 фв предложенном чугуне несколько сни-жает прочность, но при этом значительно повышает износостойкость и упругость,Введение фосфора в количествахменьших 0,5 Х при указанном количествецерия может привести к отбелу чугуна.Превышение 0,6 Х Р приводит к зна,чительному снижению прочности, чтовызывает поломку поршневого кольцапри установке его на поршень.Чугуны указанных составов выплавлены в индукционной печи типа емкостью 2,5 т. Шихта состоит иэ литейного чугуна ЛК, передельного М 2,стального и машинного лома (СЧ 18-36)с добавлением ферромарганца, феррокремния, феррохрома и гранулированного никеля.Феррофосфор вводят в печь, а церийвводят сендвич-методом в ковш с применением фракционной разливки. В печи жидкий чугун выдерживают при1520 С, разливка проводится прио1450 С. Отливки для образцов получают в земляных формах, а поршневыекольца - из маслот, отлитых центробежным способом,Испытания проводились по стандартным методикам: на изгиб образцовГОСТ 2055-81; на изгиб, теплостойкость и кольцевую упругость поршневыхколец - ГОСТ 7295"81;на твердость -ГОСТ 7295-81.Испытания на износ проводилисьна модернизированной установке ИИМтрением скольжения при граничнойсмазке (удельное давление 50 кгс/см,скорость скольжения 0,8 м/с, граничная смазка обеспечивалась подачей7 капель масла в минуту).Химические составы известногои предложенного чугуна и их свойствапредставлены в таблице.Как следует из таблицы, чугунпредложенного состава одновременнообладает высокими износостойкостью,кольцевой упругостью и теплостой;- костью.Годовой экономический эффект отвнедрения предложенного изобретениясоставит 37,0 тыс. руб1157112 еский состав, мас,7 Чугун Сг К Ое 1,69 0,90 0,52 0,30 0,45 0,020 Предложен,20ный3,38 1,25 0,60 О, 15 0,35 0,050 1,50 0,80 0,50 0,22 0,39 0,070 1,55 3,40 0,54 0,25 0,45 0,065,1,70 0,90 3,20 1,23 0,28 0,22 0,38 0,065 3,36 1,00 0,53 0,25 0,38 0,12 3,38 1,84 0,71 0,38 0,23 0,52 - 2,18 0,76 0,20 0,44 0,203,05 Известный 3,05 Продолжение таблицы войства чугуна Е, Щ кгс/мм 10н