Чугун

Союз Советских Социалистических республикОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ н 11836187 Ев(51)М. Кл.З С 22 С 37/10 с присоединением заявки Мо 23) ПриоритетФ Опубликовано 07.0681. Бюллетень Йо 21 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(53) УДК 669.13- 018 2(088 8) Дата опубликования описания 070681 Д.Н. Худокормов, В.И, Довгопол, Ф.ИКовалев,В. П. Василенко, А.А. Филиппенков, Ю. П. Белый,С.Н. Лехах, А.К. Кисляков, В.А. Радионов, В.П. ШаминА.Г. Слуцкий и А И Х ам(72) Авторь 1 изобретения Белорусский ордена Трудовополитехничеакий институт,исследовательский институти Саранский литейный заводим. 50-летия ВЛ 1 Заявители 4 ) ЧУГУ 0,015-0 Остал чугун имеет ое со е жане относится к металлурк составам чугунов, использовано для полуенных отливок, обладаюрочностью и износостойагаемому го химиНаиболее б ляется чугун ского состав Углерод Кремний Марганец эким к пред ГЗ следующ вес.%: 2,8-3,8 0,35-2 уО 0,2-1,2 0,5-2,5 0,8-3,6 0 08-0 1икел анад Изобретенигии, а именнои может быть,чения качествщих высокой пкостью,Известны в литейном производствевысокоуглеродистые сплавы, содержащие кремний, марганец, хром, никель,ванадий, азот Г 13 и Г 2.Указанные сплавы за счет комплексного легирования карбидообраэующимиэлементами, а также азотом имеютвысокие механические свойства в массивных сечениях отливок. Однаковследствие значительной склонностик отбелу в тонких сечениях наблюдаются включения цемента, что снижает ихпрочность, ухудшает обрабатываемостьотливок резанием. Азот ,04Железо ьноеИзвестный в своем составе повышенн д р ие хрома,который в совокупности с ванадием,никелем и азотом способствует образованию отбеленной структуры в тонкихсечениях отливок (толщиной стенки5-8 мм), В то же время, в массивныхсечениях отливок (толщиной свыше40 мм) при содержании компонентовна среднем и нижнем пределах образуется структура половинчатого и серого чугуна соответственно. Указанная неравномерность структуры посечениям снижает механические свойства отливок. Наличие включениЙ цементита в структуре серого чугунаснижает также суммарную иэносостой"20 кость пар трения скольжения из-эаабразивного действия выкрашивающихся при эксплуатации частичек метастабильной Фазы (цемента), Известныйчугун обладает плохой обрабатываемостью резанием.Целью изобретения является созда"ние сплава, обладающего высокой прочностью, износостойкостью и низкойсклонностью к отбелу в тонких сечениях отливок.836187 таблица 1 Химический состав сплавов Уровень содержа ния ком- понентов Химический состав, вес.% Мп Сг Сплав Оф 5 1,5 2,.5 Для. этого в состав чугуна, содержащего углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, ванадий и железо, дополнительно введены церий и алюминий при следующем сротношении ингредиентов, вес.З:Углерод 2,9-3,5Кремний 1,7-2,7Марганец 0,3-0,8Никель 0,05-0,3Азот Ок 005 Ог 02Ванадий . 0,15-9,5Церий 0,005-0,02Алюминий 0,001-0,1ХрОм 0,1-0,5Железо ОстальноеЧугун содержит примеси (вес.%) 15 сера до 0,08 у фосфор до 0,15.Введение в состав чугуна церия и алюминия позволяет за счет образования туг плавких нитридов и других соединений, служащих дополнительными 2 О центрами кристаллизации графита, значительно снизить склонность чугуна к отбелу, Помимо этого, вследствие зародышевого действия тугоплавких частиц резко иэмельчается эвтек тическое зерно в отливках и улучшаются механические свойства чугуна. Повышенная концентрация ванадия в предлагаемом чугуне обеспечивает высокую дисперсность легированного перлита, обладающего прочной внутризеренной связью и меньшей склонностью к выкрашиванию на контактной границе пары трения. Снижение адгезион" ного взаимодействия пары трения обеспечивает более высокую ее работоспособность в условиях значительных скоростей и нагрузок. Ванадий в концентрации 0,15-0,5 вес,Ъ значительно сильнее, чем хром усиливает положительное влияние азота на структуру 40 и свойства чугуна, Это связано с упрочнением межзеренных границ карбонитридами ванадия. Изменение концентрации хрома и .никеля в сторону снижения определяется необходимостью 4 получения структуры серого чугуна в тонкостенных отливках, изготавливаеИзвестный Нижний 2,8 0,35 0,2Средний 3,2 1,0 О,б ВеРхний 3,8 2,0 1,2 мых в разовых. песчано-глинистых формах.П р и м е р. Для получения чугунавыполнены пять составов, содержащихкаждый 3,2 вес.Ъ углерода; 2,0 вес.Зкремния, 0,6 вес. марганца и отличающихся один от другого концентрацией хрома, никеля, азота, ванадия,церия и алюминия, взятых на нижнем,верхнем и среднем пределах, а такжениже нижнего и выше верхнего уровней. Содержание железа при этом составляет дополнительно до 100 вес.%в каждом сплаве, Для сравнительныхиспытаний использован известный чугун, содержащий 3,2 вес.Ъ углерода2,0 вес.% кремния) Об вес,В марганца при концентрациях хрома, никеля, ванадия и азота на нижнем, верхнем и среднем пределах. Чугуны готовятся в тигельной индукционной печи, емкостью 40 кг с кислой футеровкой. В качестве шихты используютсялитейный чугун марки ЛКЗ, стальнойлом, ферросплавы кремния, никеля, ванадия, хрома, церия, а также азотированный ферромарганец (5 азота)и алюминий, ферроцерий и алюминийвводятся в ковш перед заливкой. Чугун заливают в разовые песчано-глинистые формы,При этом определялись следующиепараметры: предел прочности при изгибе ( д ), при растяжении ( 68 ),твердость НВ на стандартных образцахдиаметром 30 мм и длиной 300 мм.Склонность к отбелу определялась путем заливки проб в клиновые формы сосквозной щелью, устанавливаемые настальную плиту. Испытания на износостойкость проводили в режиме сухоготрения скольжения в паре с улучшенной сталью 45 твердостью 45 НВС принагрузке 8 кг/см и скорости скольжения. 2,0 м/с. Износостойкость образца и всей пары трения оцениваласьвесовым методом в граммах за 1 часиспытаний,Полученные результаты представлены в табл. 1 и 2. 0,8 0,082 ф 2ЮОю 04 0,15836187 Продолжение табл. 1 Химический состав, вес.В Уровень Сплавсодержания ком- понентов С 51 Ип . Сг М М Се 0,005 0,0010,01 0,050,02 0,1 0,05 0,15 0,1 2,9 3,2 2,0 0,6 2,7 .0,8 Предла- НижнийгаемыйСредний 0,150,350,5 0,005 0,015 , 0,03 0,3 Верхний" 3,5 0,3 0,5 Ниженижнего 2,8 1,5 0,2 0,05 0,03 0,003 0,1 0,003 0,0008 Вышеверхнего 2,9 0,9 0,6 0;б 0,025 0,15 0,4 0,04 3,6 Таблица 2Механические свойства сплавов Свойства Уровеньсодержания компонентов Сплав би 681 НВ, Отбел,г/мм кг/мм кг/мм мм Суммарный износ па 14 22 Нижний 48 Средний 42 2 0,73 0,71 0,65 звестныи 280 18 300 23 рхний 3 8 Нижн Предлагмый 50 0,57 10 редний ерхний 0,51 0,49 22 8 Ниженижнег 20 7,б 10 0 29 верхнего 5 5 нагрузьнаяя и низ Как видно из табл, 1 и.2 изменение концентрационных пределов хрома,никеля и ванадия а также дополнительный ввод церия и алюминия, существенно повышают прочность тонкостенных отливок и снижают склонностьчугуна к отбелу,Предложенное сочетание ванадияс азотом в комплексе с графитизирующими добавками церия и алюминияобеспечивает повышение износостойкости пары трения скольжения. При этомчугун обладает оптимальной твердостью, позволяющей при высокой износостойкости проводить механическую обработкуотливок инструментом нз быстрорежущей стали. Структура предлагаемого чугуна полностью перлитная. Графит имеет мелкопластинчатую форму.Дисперсность перлита и отсутствиепервичного цемента обеспечивают высокую эксплуатационную надежность пары трения при значительных ках. Отмечена удовлетворител прирабатываемость пары трени кая склонность к задирам.Пределы содержания компонентов установлены исходя из получения наиболее благоприятного сочетания механических свойств, изностойкости и склонности чугуна к отбелу. Оптималь ный состав сплава содержит (вес,В) 3,2 углерода, 2,0 кремния 0,6 марганца; 0,3 хрома; 0,15 никеля, 0,015 азота; 0;35 ванадия; 0,01 церия; О, 05 алюминия. Технология получения предлагаемо-, 60 .го сплава заключается в расплавлении компонентов, насьацении расплава азотом путем введения азотированных ферросплавов либо других азотсодеркащих компонентов и обработка расп лава перед заливкой церием и алюми836187 Формула изобретения Составитель Г. ДудинРедактор Т, Клюкина Техред С. Мигунова Корректор Г. Решетник Заказ 2842/15 Тираж 681 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб , ц. 4/5филиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 нием с помощью чистых элементов либо их лигатур.Предлагаемый чугун наиболее эффективно использовать для изготовления отливок, работающих в условиях трения скольжения, в частности тормозных барабанов и гильз автомобилей и тракторов. Зкономическая эффективность от применения предлагаемого чугуна составляет около 30 руб. на тонну отливок за счет снижения стоимости сплава и повышения срока службы деталей и узлов,Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, йикель, ванадий, азот, железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения прочности, износостойкости и снижения склонности к отбелу, ондополнительно содержит церий и алюминий при следующем соотношенииингредиентов, вес.Ъ;Углерод2,9-3,5Кремний. 1,7-2,7Марганец О, 3-0,8Хром 0,1-0,5Никель 0,05-0,3Азот 0,005-0,03Ванадий 0,15-0,5Церий 0,005-0,02Алюминий , О/001-0,1Железо ОстальноеИсточники информации,принятые во внимание при .экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 622362, кл. С 22 С 37/00, 1979,2, Патент США Р 3909252,кл. 75-136, 1972.3. Авторское свидетельство СССРР 428031, кл. С 22 С 37/00, 1975.