Высокопрочный чугун

(23) Приоритет Гооударстеенный комнтет СССРно яелем изобретений к открытийМ, М, Левитан, О. Н. Крючков, В. С. ЖерфятьеВСЙЩфщди Н. М. Баймульдин1 "ТНОяЦентральный ордена Трудового Красного Знамени науМйоттееЖдовател кийавтомобильный и автомоторный институт и Макинский завод-им-.-В,И Ле 1 тина(54) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН 1 О Изобретение относится к металлургии силавов, в частности к разработке состава высоко- прочного чутуна для тонкостенных изделий, работающих в узлах трения при повышенных температурах (200 - 350" С), например, для поршневых колец двигателей внутреннего сгорания,Известен чугун 11 следующего химического состава, вес.%:Углерод 3,2-3,8Кремний 1,6-2,6Марганец 0,1-0,5Магний 0,02 - 0,05Кальций 0,01 - 0,05Медь 0,02 - 0,1Алюминий 0,05 - 0,15Редкоземельныеметаллы 0,01 - 0,06 Железо ОстальноеДанный чутун обладает следующими свойствами:Предел прочности, кг/мм 25,1 - 30,7 Твердость, НВ 205-233 Модуль кольцевойпрочности, кг/мм 69 - 108 Этот чугун применяется для центробежноголитья.Наиболее близким к предлагаемому является высокопрочный чугун (2) следующегохимического состава, вес.%:Углерод 3,5-4,0Кремний 2,25 - 5,0Марганец 0,4-1,5Хром 0,25 - 2,0Медь 0,75 - 1,0Магний 0,01 - 0,04Железо ОстальноеЧутун в качестве примесей может содержать,вес.%: фосфор до 0,2; сера до 0,02; никельдо 0,5,Отливки изготовленные из известного чугуна,имеют следующую микроструктуру: графит шаровидной формы, перлит сорбитообразный итонкопластинчатый феррит (до 10%) и эвтектический цементит (до 20%). Твердость чугуна НВВ 110 - 112, бинг = 130 кгс/мм, Е == 15300 - 18000 кгс/мм. Износостойкость вотносительных величинах 1,35-1,65, износостойкость перлитного серого чугуна принята за 1,0;теплостойкость (потеря упрутости при 300 С)3,5 - 45%,Недостатком известного чугуна является повышенная склонность к объемной усадке, повышенная гаэоцасышецность и загрязнение шла.ковыми включешями, приводящие к увеличению литейного брака при производстве порш.невых колец по усадочной порцстости, газовми шлаковым раковинам, нестабильность свойствпоршневых колец из.за повышенного колебания структуры металлической основы (количество эвтектического цементита может колебаться в довольно широких пределах от 3до 20%).Цель изобретения - повышение техноло.певческих характеристик при сохрацешги слу.жебцых свойств.Указанная цель достигается тем, что чугун,содержащий углерод, кремний, марганец, хром,медь, магний и железо, дополнительно содержит редкоэемельцьс металлы и кальций прцследующем соотношении компонентов, вес.%,Углерод 3,3-3,8Кремний 2,4-4,0Марганец 0,45 - 1,0Хром 0,05 - 0,4Медь 0,7- 1,2Мапшй 0,01 - 0,04Редкоземельцгяеметаллы 0,002 - 0,06Кальций 0,006 - 0,05Железо ОстальноеЧугун в качестве примесей может содер.жать, вес.%: фосфор до 0,3; сера до 0,03;никель до 0,8,Микроструктура предлагаемого чугуна состо.ит цэ компактного графита, тошсопластицчатого ц сорбптообразцого перлита, эвтекти.ческих карбидов (3 - 8%) и феррита (2 - 10%),Дополнительное введение в чугун редкоземельных металлов(РЗМ) приводит к снижениювеличины объемной усадки металла, уменьшая тем самым степень поражения отливокпоршневых колец усадочной пористостью, Вприсутствии РЗМ происходит некоторое измельчешюе эвтектических карбидов, что благо.приятно сказывается на обрабатываемости. Для изготовления отливок из предлагаемогочугуна и оценки его физико-лехацическихсвойств вьпшавлецы следующие чугуны.П р и м е р 1. Чугун, вес,%:Углерод 3,57Кремшгй 3,40Марганец 0,64Хром 0,18Медь 0,91Мапий 0,019Редкоземельныеметаллы 10 15 20 30 35 40 45 50 55 Кальций 0,007Железо ОстальноеВ качестве примесей чугун содержит никельдо 0,27%, .Иэ чугуна. отлитыпоршневые кольца диамет.ром 130 мм, сечением 4 х 7 мм, Структураотливок: графит шаровидный, правильный инеправильный, размер включений 15 - 35 мкм,перлит тонкопластинчатый и сорбитообразный,феррит (4 - 8 об.%) и эвтектический цемент(до 5 об,%),Механические свойства поршневых колец 8ИЭГ128 - 136 кгс/мм 2, Е = 16400 - 17100 кгс/мм,остаточная деформация С 0,8 - 3,7%, твердостьНВВ 106 - 111, износостойкость 1,45 (в относительных величинах, за единицу принята износостойкость серого чугуна) .И р и мер 2, Чугун, вес%:Углерод 335Кремний 3,90Марганец 0,96Хром 0,32Медь 1,04Магний 0,04Редкоземельныеме галлы 0,002Кальций 0,01Железо Оста чьщеЧугун в качестве примесей содержит никельдо 0,61%; фосфор до 0,07%,Отлиты поршневые кольца диаметром 120 мм.Микроструктура отливок: графит шаровидныйправильньий и неправильный, размер включений 15 - 40 мкм, перлит тонкопластинчатый,феррит (2 - 3 об,%), эвтектический цементит (5 -8 об.%).Механические свойства колец: бэг= 128 -134 кгс/мм, остато-шая дефорлация С 1,1 - 2,8,твердость НЯВ 108 - 112, износостойкость чугуна 1,45.П р и м е р 3, Чугун, вес,%:Углерод 3,49Кремний 2,90Марганец 0,50Хром 0,08Медь 0,70Магний 0,016Редкоземельныеметаллы 0,025Кальций 0,046Отлиты заготовки диаметром 12 мм и 30 мм.Микроструктура отливок диаметром 12 мм:графит шаровидный неправилыгый и плотныйкомпактный, размер включений 10 - 45 мкм,перлит тоцкопластицчатый и сорбитообразный,феррит (8 - 12 об.%), эвтектический цемент859473 6ром 120 - 140 мм устоит из щаровидногографита правильной и неправильной формыразмер включений 10-10 мкм, сорбитообраз.ного и токкопластиичатого перлита, ферригав виде оторочек вокруг графита в количестве 2 - 10 об,% и мелких, преимущественноравномерно распределенных, включений звтек.тического цементита в количестве 2-8 об,%.Твердость поршневых колец НЯВ 100 - 112,16 прочность при изгибе ОИГ 130 кгс/мм,остаточная деформация С 1 - 2,5%, модуль упругос.ти Е = 15700 - 17800 кгс/мм, теплостойкостьпоршневых колец (потеря упругости при300 С) 3 - 5%, износостойкость 1,38 - 1,45. ЗО Механические свойства при изгибе Литейные свойства Химический состав Микрочугуна,% структу.ра, коли- ество Наименованнечугуна. прОГибмм Газовые и пшаковые ракоины, ко. личествоолец,% Протяженностьь усадочной и ристости в кольце,мм Р разрушения, кгс целтента, ,% 35 - 3,6 С, 3,1 - 3,4 83 Известный 17,3 162166-180 20-2 16,0 103 53,0 0,8 - 1,0 Си0,018 - 0,025 Мя 120 2064 кгс/мм, Д = 1,8 - 2,7%, НВ = 240 - 255, износостойкость (в относительных величинах) 1,38.П р и м е р 4. Чугун, вес.%:Углерод 3,8Кремний 2,40Марганец 0,45Хром 0,05Медь 1,20Магний 0,01Редкоземельныеметаллы 0,06Кальций Р,006Железо ОстальноеОтлиты заготовки поршневых колец диамет. 15 ром 130 мм. Микроструктура чугуна в отливках: графит шаровидный, размер 7 - 25 мкм, перлит сорбитообразный, феррит (6 - 15 об.%), и цементит (до 1 О об.%). Твердость отливок НВВ 99 - 102. 20Применительно к условиям работы поршневых колец форсированных двигателей оптимальными механическими и технологическими свой ствами обладает чугун следующего химического состава, вес.%: 25Углерод 3,4-3,6Кремний 3,1 -3,4Марганец 0,5 - 0,8Хром 0,08 - 0,25Медь 0,75 - 1,0Магний 0,015 - 0,025Редкоземельныеметаллы 0,015 - 0,03Кальций 0,006 - 002Микроструктура такого чугуна в индиви.дуальных отливках поршневых колец диамет. Сравнительные физико-механические свойства поршневых колец диаметром 130 мм из пред. лагаемого и известного (23 высокопрочных чугунов описаны в таблице,Сравнивая свойства предлагаемого и известного 121 чутунов, можно заключить, что предлагаемый чугун, сохраняя высокие служеб ные свойства (прочность, износостойкость и теллостойкость), значительно (в 2 - 3 раза) менее склонен к образованию в отливках таких литейных дефектов, как усадочиая пористость, газовые и шлаковые раковины, он обеспечивает получение отливок (напримерФпоршневых колец) с более стабильной структу. рой металлической основы. Предлагаемый чугун выплавляется в индук. ционных г дуговых плечах. Температура перегрева расплава 1500 - 1550 С, температура заливки 1400 - 1460 С.Микро.структура, кол Литейные Протяжен. ность усаочной поество цемента,об.% ольце 3 6 С; 3 38 8 0,7 Мп; 0,14 Р 0,0088; 0,2 Сг 0,4 М 1; 0,006 Са 0,004 РЗМ; 0028 Предла- гаемый 8 108 2016,12,5 - 1 3,72 С; 3,3 80,5 Мп; 0,1 Р0,01 8; 0,3 Сг0,55 й 1; 0,05 Са0,05 РЗМ; 0,013 Мд 5 - 14 0 - 30 9,0 0,05 - 0,40,7-1,20,010,04 ния ормула изо 0,002 - 0,0 0,006 - 0,0 стал ьн ции,зкспертиэе СССР Н 648638 сточники ин о пятые во внимание при ССР И 380737,ставитель Г. Дидик К. Лемб рректор М. Пож ехред Т, Маточк Тираж 681 ПодписноеИПИ Государственного комитета СССРделам изобретений и открытийМосква, Ж - 35, Раушская наб., д, 4/5 7 44 30 ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проек Высокопрочный чутун, содержащии углерод кремний, марганец, хром, медь, магний и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения технологических характеристик при сохранении служебных свойств, он дополнительно содержит редкоземельные металлы и кальций при следующем соотноше нии компонентов, вес.%:Углерод 3,3 - 3,8 Кремний 2,4-4;0 Марганец 0,45 - 1,0 ХромМедьМагнийРедкоземельныеметаллыКальцийЖелезо 1. Авторское свидетельствкл, С 22 С 37/10, 1977, 2. Авторское свидетельствкл. С 22 С 37/04, 1971. свойства Газовые и шлако.вые рако виныко личество, колец,%