Чугун

,ЯО 1188 е) 4 С 22 С 37/10 ЯЩсъ "ц л НИ ЕЛЬСТ трои тинов,ССС1977ССР 198 лас иэыскани кими моул ти и тепГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ АНИЕ ИЭО К АВТОРСКОМУ СВИ(71) Всесоюзный заочный машительный институт(56) Авторское свидетельствФ 555163, кл. С 22 С 37/10,Авторское свидетельствоВ 1079686, кл. С 22 С 37/1 О 54) ЧУГУН57) Изобретение относится еталлургии, в частности к зносостойких чугунов с вы дулем упругости, теплопроводностью и незначительным коэффициентом тер мического расширения. Целью изобре ния является повышения упругости и сдвига, про лопроводности при 20-800 С при сохранении износостойкости. Предлагаемый чугун содержит, мас,7; углерод2,8-3,8; кремний 2,2-2,7; марганец0,4-0,9; хром 0,1-0,25; титан 0,10,6; никель 0,1-0,8; медь 1,0-2,5;фосфор 0,1-0,5; бор 0,005-0,08; ванадий 0,1-0,6; кальций 0,01-0,03;азот 0,005-0, 1; железо - остальное.Предлагаемый чугун обладает следующими физико-механическими свойствами:предел прочности при растяжении Ьв(МПа) 270-400; предел прочности наизгиб А (МПа) 453-700; твердостьпо Бринеллю НВ 197-239; модуль упругости Е (МПа .10) 3200-14500; теплопроводность(Вт/м С) 30,0-42,0;износ кольца (г/м ч) 4,0-8,0; износгильзы (г/м ч) 1,0-2,0. Он можетбыть использован, например, для гильзблока цилиндров двигателей внутреннего сгорания. 2 табл.30 гирующие элементы.Марганец, обладающий раскисляющей способностью, служит для рафинирования расплава и упрочнения твердого раствора. Одновременно марганец понижает границу растворимости углерода в железе, сдвигая перлитную точку Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию иэносостойких чугунов с высоким модулем упругости (Е), теплопроводностью (Л) и незначительным коэффициентом термического расширения (Ы), применяемых в различных областях машиностроения для литья деталей, работающих в условиях знакопеременных нагрузок при 1 О трении скольжения и повышенных температурах (20-800 С), например для гильз цилиндров.Цель изобретения - повышение модулей упругости и сдвига, прочности и 15 теплопроводности при температурах 20- 800 С при сохранении иэносостойкости.Предлагаемый чугун содержит,мас,7.;Углерод 2,8-3,8Кремний 2,2-2,7 20Марганец 0,4-0,9Хром 0,1-0,25Титан 0,1-0,6Никель О, 1-0,8Медь 1,0 - 2,525фосфор О, 1-0,5Бор 0,005-0,08Ванадий 0,1-0,6Кальций 0,01-0,03Азот 0,005-0,1железо ОстальноеРезультаты исследований показали, что легирование серого чугуна никелем и медью ведет к повышению прочности и теплопроводности, а следова тельно, и износостойкости. Эти элементы способствуют снижению эвтектических карбидов, в особенности карбидон хрома, а также формированию включений графита оптимальных разме ров и равномерному их распределению. Одновременно происходит устранение отбела чугуна, что непосредственно сказывается на механической обработке резанием. 45Введение никеля и меди вьппе верхнего предела не целесообразно, поскольку теплопроводность и износостойкость повышаются незначительно, Присадка этих элементов меньше нижнего предела недостаточна для того, чтобы они оказывали влияние как лев сторону более низкого содержания углерода.Введение марганца вьппе верхнего предела ведет к отбеливанию, т.е, он действует так же, как ускоренное охлаждение. Присадка марганца меныие некиего предела недостаточна для раскисления чугунаКонцентрация хрома, находящаяся в чугуне, менее нижнего предела не оказывает влияния на свойства расплава, однако введение его больше верхнего предела приводит к выделению эвтектических карбидов хрома, что резко снижает износостойкость.Титан вводят в чугун как раскислитель и сильный нитридообразующий элемент. Введение этого элементаменьше нижнего предела не позволяет получить требуемые физико-механические свойства, а выше верхнего предела приводит к загрязнению расплава неметаллическими включениями, что существенно снижает износостойкость литых деталей.Введение фосфора способствует повышению жидкотекучести и износостойкости, однако содержание фосфора выше верхнего предела приводит к образованию пор в отливках и снижениюпрочностных характеристик.Присадка ванадия и азота существенно повышает прочностные свойствачугуна, повышает модули упругости и сдвига и износостойкость. Это объясняется образованием в структуре чугуна мелкодисперсных карбидов ванадия и нитридов титана, Введение этих элементов меньше нижнего предела не приводит к изменению структуры чугуна. В итоге физико-механические свойства остаются на уровне нелегированных серых чугунов. При содержании этих элементов выше верхнего предела ухудшается обрабатываемость отливок.Бор обеспечивает формирование мелкодисперсной однородной структуры, что очень сильно сказывается на износостойкости, однако введение его меньше нижнего предела не оказывает достаточного воздействия, а выше верхнего - приводит к отбеливанию отливок, особенно в местах с тонкой стенкой.Снижение содержания количества углерода и кремния приводит к отбелу чугуна и ухудшению его обрабатываемости. Увеличение их выше верхнего1381188 методикам. ТЬли1 Сплав Солерв.нне зимнчегзин злеигнтон, иас.а Т г - Р г 41 0,8 0,7 О,Ь О, 0,7 0,9 0,2 О,1 звестна Остапаон Прототипэнспертиэи 1,О 1,2 0,09 0,5 О, О,8 О,О,В О,о,г Ос танв 1,0 ВаосоллзпОпрелелн Оео 05 Ов 05 0005 0,003 Остапа ов О,г,в Прелла гаоизп 0,1 0,0 0,0о,г о,о 5 о,оо 5 0,5 0,02 0,05 0,6 0,015 0,02 О,С О,О 3 О,о,о То ав О,г,г 2,1 0,4 О, 0,2 0,1 2,5 0,5 0,20 0,1 0,3 2,3 0,7 0,13 0,5 ,0,5 26 09 015 04 08 в О,ОО 5 О,г 1,0 3,1 о,оз О,з 3,4 О,О 5 0,4 ггО ЗгЬ в о,ое 0,5 з,в 0,8 0,04 О,5 8 анолнпий запрелели 0,5 2,7 0,4 0,15 О,Ь 0,8 з,в предела увеличивает не только количество, но и размер включений графита, ухудшается также их распределение, что в конечном итоге снижает износостойкость.За счет введения кальция в чугуне происходит уменьшение примесных элементов в результате образования не- металлических включений округлой фор мы и удаления их в шлак. Это приводит к рафинированию жидкого чугуна и повышению механических свойств. Введение жидкого кальция выше верхнего предела ведет к глобуляризации включений графита, что существенно снижает теплопроводность.П р и м е р. Чугун выплавляют в индукционной печи ИСТ-О 16, имеющей кислую футеровку, В расплав чугуна при температуре 1480-1500 С вводят легирующие элементы: медь, никель, Феррованадий, Феррофосфор, ферромарганец, бор, азот, Перед заливкой в ковш вводят дроблекый Ферросилиций (ФС) 25 и ферросиликокальций (СК). Заливку в разовые Формы проводят при 1420- 1360 С.Химический состав выплавленных чугунов приведен в табл. 1, а их Физико-механические свойства в литом состоянии - в табл. 2,Испытание на износ проводят на машине трения с возвратно-поступательным движением контртела. Исследование модулей упругости и сдвига0 проводят на эластомате при 20-700 С. Прочность, твердость и теплопроводность определяют по общеизвестным г,г о,с о,1 о о, о, 1,0 2,7 О,Ь 0,25 0,6 0,7 2,5 Предлагаемый чугун обладает однородной и стабильной структурой с мел кодисперсными карбидами и неметаллическими включениями. Все это способствует получению серого чугуна с высокими модулями упругости и сдвига,прочностью, теплопроводностью и износостойкостью, особенно при работедеталей из этого чугуна в областитемператур 200-800 С. Кроме того,предлагаемьгй чугун хорошо обрабатывается резанием леэвийным инструментом,Формула изобретения Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, титан, кальций, бор, азот, ванадий, фосфор и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения модулей упругости и сдвигаз прочности и теплопроводности при 20-800 С при сохранении износостойкости он дополнительно содержит хром и никель при следующей соотношении компонентов, мас.7:Углерод 2,8-3,8 Кремний 2,2-2,7 Гарганец 0,4-0 в 9 Г 1 едь 1,0-2,5 Титан О, 1-0,6 Кальций 0,01-0,03 Бор 0,005-0,08Азот 0,005-0,1Ванадий 0,1-0,6 Фосфор О, 1-0,5 Хром 0,1-0,25 Никель О, 1-0,8 Железо ОстальноеПредел прочности на растннение 6 , НПд, при С,С Предел прочностина изгно, НПа 300 ЬОО 2 О ЭОО ЬОО ВПО 2 О 800 ИВ, НПа 155 1 3 2, 2 10 7 31 10800 7750 6100 5 50 2800 416 ИзвестньЮ Прототип зкспертизы 180 330,5 185 68 13200 9600 8050 6500 2490 Ь 61 Вывод за предели 241 205 140 48 12000 9300 7800 ЬЭОО 900 396 Преплагдедеаф 2 Ь 5 189 80 1 Э 400 11250 9950 7800 1900 453 Э 61 355 245 95 27 Э 107215 92 209 81 13900 11760 10050 8500 2090 400 9600 290 391 14 500 12300 10870 3391730 10160 8750 2290 1 Э 900 56 110 9980 7900 303 1300 2390 51 Ь 489 Выходюинл здпределы 6 700 186 75 290 284 8250 12600 9980 Продолхение таол. 2 Физико-механические сволства Сплав Теилопроводность, Вт/н еС, прн Нодуль сленга, НПа, при с,чоИзнос Износ лорине- вого гильзы,г/нз ч 20 300 ЬОО 800 гпОЭОО 600 800 кольна,г/н 1 ч 9,4 14,3 36000 30000 27300 19200 18,3 17,6 50 Известныл 27,9 Прототип экспертизы 4 4200 Э 7 500 Э 1800 2 3600 22,8 13,9 29,6 7,1 Выход за пределы 40000 3 ЭВОО Э 0600 21 ЭОО 24,0 17,6 11,9 30 15,0 22,5 Предлагаеныя 51600 47000 45000 37900 56080 51800 49000 43100 60800 55900 53600 46700 56700 5 1900 50200 45300 51400 49200 47300 42700 26,8 20,8 30,0 30,6 39,3 38,5 29,7 36,9 1,5 433 41,7 Э 7,5 42,0 1,0 39,2 30,6 37,0 38,1 1,8 38,7 37,2 37,6 37,2 1,О Вьдлолдмнп запределы 19, 1 42000 36700 32900 24500 26,5 25 31,3 1,2 31,0 Составитель Н.Шепитько Редактор М.Петрова Техред И,Попович Корректор Н,КорольЗаказ 1 167/29 Тираж 594 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открьггий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4