Чугун

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Ю И) За.с 22 С 37 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР.ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗ ЕНИЯ.: ТОРСМО ТВУ,ЕТ 2 Бюл. Р 30ов, С.Н,Лехах, В.Изя, А.К,Мухлаев,в и В.П.Белыйий ордена Трудовогони политехническийК 54)(57) ЧУГУН, содержащий углерод,ремний, марганец, хром, никель,люминий, ванадий, медь, титан и жеэ(56) 1. АвторсР 523956, кл.2, Авторско9 867942, кл. 6(088.8)кое свидетельство СССС 22 С 37/00, 1976.е свидетельство СССРС 22 С 37/10, 1981. лезо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения иэносостойкости чугуна и выравнивания его струк; туры и твердости по сечению в тонкостенных отливках, он дополнительно содержит барий при слеФукщем соотношении компонентов,мас.В: Углерод 2,9-3,5 Кремний 1,8-2,6 Марганец 0,6-1,0 Хром 0,15-0,45 Никель о,1-о,4 Алюминий 0,005-0020 Ванадий , 0,07-0,30 Медь, 0,5-1,2 Титан 0,03-0,08 Барий 0,ОО 5-0,02 О р Желе о ОстальноеИзобретение относится к металлургии, в,частности к изысканию составов чугунов для получения отливок,работающих в условиях трения.Известен чугун1, содержащийкомпоненты в следующем соотношении,мас,:Углерод 2,8-3,3Кремний 0,5-1,2Марганец 0,5-0,8Церий 0,04-0,08Иттрий 0102-Ою 07Железо ОстальноеВ литом состоянии известный чугунимеет предел прочности при изгибе48-55 кгс/мм 15Недостатками этого чугуна являются низкие жидкотекучесть, износостойкость, термостойкость и высокаясклонность к отбелу.Наиболее близким к Изобретению 0по технической сущности и достигаемому результату. является чугун21,содержащий, мас:Углерод 2,9-3,5Кремний 1,8-2,6Марганец 0,4-0,8Хром 0,15-0,40Никель 0,1-0,4Алюминий 0,005-0,020Ванадий 0,1-0,3Церий 0,005-0,020Медь 0,02-0,30Титан0,03-0,10Железо ОстальноеИзвестный чугун обладает достаточно высокой прочностью при растяжениидо 28 кгс/мм 2 и не склонен к образо" ванию отбела в тонких сечениях отливок, получаемых в песчаные формы.Однако известный чугун не обеспечивает требуемую структуру по се чению тонкостенных кокильных отливок, В наружных, быстроохлаждаемых поверхностях отливок, прилегающих к кокилю, в структуре чугуна наблюдаются междендритный графит и пер вичный цементит, что затрудняет обрабатываемость отливок. На внутрен- ней поверхности отливки, выполняемой стержнем, в структуре чугуна имеется около 20 Феррита, что не допускается для ответственных деталей, в частности гильз двигателей внутреннего сгорания. 1 О Цель изобретения - повышение износостойкости чугуна и выравнивание 55 его структуры и твердости по сечению в тонкостенных отливках., Укаэанная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, крем ний, марганец, хром, никель, алюми,ний, ванадий, медь, титан и железо, дополнительно содержит барий при следующием соотношении компонентов, мас, 65 Углерод 219-3,5Кремний 1 ф 8-2 юбМарганец 0,6-1,0Хром, 0,15-0,45Никель 0,1-0,4АЛюминий 0,005"0,020Ванадий , 0,07-0,30Медь 0,5-1,2титан 0,03-0,08Барий 0,005-0,020Железо ОстальноеСодержайие углерода ( 2,9) и кремний1,6)установлено исходя из того, чтобы в структуре чугуна небыло эвтектического цементита исплав имел хорошую жидкотекучесть.верхние пределы по углероду (3,5)и кремнию ( 2,6) установлены, исходяиз того, чтобы чугун кристаллизовался без выделения Феррита в процессеохлаждения отливки. Нижний пределсодержания хрома 0,15, никеля 0,1,титана 0,03, ванадия 0,07 установлен, исходя из того, чтобы чугун имел требуемую прочность и износостойкость, а верхний предел соответственно - 0,45, 0,4, 0,08, 0,3 сцелью получения литой структуры безобразования первичных карбидов указанных элементов. Содержание 0,0050,02 алюминия и бария обусловлено тем, что названные элементы производят модифицирующее действие, уменьшая переохлаждение при кристаллизации и тем самым, изменяя графит и улучшая его Форму, Известно, что повышенное количество меди приводитк увеличению склонности чугуна к нерлитообраэованию. Перлитиэация металлической основы вызывает повышение износостойкости, выравнивание твердости и структуры разностенных отливок.Нижний предел содержания меди 0,5) установлен из необходимости получения требуемой иэносостойкости и выравнивания структуры и твердос-ти по сечению отливок. Повышение концентрации меди свыше 1,2 не приводит к дальнейшему повышению указан. ных свойств.Дополнительный ввод бария 0,005- 0,02 усиливает модифицирующий эфФект алюминия и сохраняет его на более длительное времяВвиду больших скоростей охлаждения в известном сплаве в различных зонах отливки образуются цементит, а также Феррит, Причиной образования Феррита является междендритный графит переохлаждения. Добавки бария в сплав при предлагаемом соотношении ингредиентов обеспечивают за счет эффективного графитизирующего эффекта, во-первых, устранения первичного цементита, во-вторйх, за счет улучшения формы графита ликвидаций его междендритной формы - перл20 Как видно из табл. 2, в известномсплаве твердость в отливках изменяется от стенки .кокиля к внутренней поверхности, получаемой при контакте со стержнем, с 251 до 187 НВ. Увеъ 5 личение концентрации меди приводитк уменьшению количества феррита на внутренней поверхности отливки, полученной от стержня и выравниванию твердости. На наружной поверхности, нолучениой от кокиля, в известном сплаве имеется около 5 цементита, а в предлагаемом составе сплава с увеличением концентрации меди цементит отсутствует. Сердцевина тонкостенной кокильной отливки имеет одинаковую твердость и структуру. Выравнивание структуры и твердости но сечению тонкостенной кокильной отливки приводит к увеличению износостойкости, Кроме того,увели чеиие концентрации меди и дополнительный ввод бария приводит к вырав-.ниванию структуры и твердости по сечению тонкостенной кокильной отливки, что вызывает увеличение.иэносостойкости сплава.Ожидаемый экономический эффектнедревия предлагаемого иэобрея в народном хозяйстве состав 500 тыс. руб от в тени ляет литиэации металлической матрицы) .Эффект графитизации изучался с помощью метода термического анализаБарий в пределах 0,005-0,02 снижаетвеличину переохлаждения при эвтектической кристаллизации с 7 до 2-3 С.Это объясняется образованием большо-.го числа сложных оксисульфидов бария, служащих дополнительными центрами кристаллизации стабильной эвтектики. Барий не только ликвидирует 0отбел, но и улучшает Форму графита.Данное действие бария способствуетвыравниванию структуры по сечениютонкостенных кокильных отливок, иследовательно, свойств материала, 35В часности, ликвидация феррита врезультате ввода бария и увеличенной концентрации меди приводит кповышению износостойкости чугунаболее, чем в 1,5 раза.В табл. 1 приведен химический. состав чугуна,Для получения исследуемых сплавов выплавляют три состава предлагаемого чугуна при нижнем, среднеми верхнем уровне содержания компо. нентов (табл. 1). Плавки проводятв индукционной печи с кислой футеровкойВ качестве шихтовых материалов применяют литейный чугун ЛК 2,ЛКЗ, стальной лом, ванадиевый чугу, Ферросплавы. марганца, кремния,никеля, хрома. Шихтовые материалызагружаются в печь, расплав перегревают до"1450 С. Алюминий и барий,в виде силикобария, : 51 60, Ва 30,Ге остальное и сплава, :51 70;А 1 10; Ге остальное присаживаютв расплав чугуна при 13 б 0-1400 С.Для обеспечения равномерного растворения лигатур и распределения легирующих элементов в расплаве его перед выпуском выдерживают 10 мин.Расход лигатур для полученияграничных пределов концентраций алюминия и бария в чугуне 0,07-0,28от массы металла, Жидкий металл заливается в кокиль для полученияотливок гильз двигателя СИД-бО.Механическую обработку отливок производят в общем потоке. Образцы для: анализа твердости и структуры чугуна вырезаются непосредственно иэ от ливок. Предел прочности при растяжении на образцах. ВНРеза ли" вок 30-32 кгс 7 мм ТвердостьНВ ределяется на прессе"фВрйнельф п и нагрузке 750 кг на марик:диаметр 5 мм, Иикроструктура оцениваетепри визуальном йабпюденаи с йомснфю микроскопа МИФ(7. Износоотойкостьопределяется нЪ машине цейия,д., ус-. ловиях сухого тренйя скольжения при удельной нагрузке 12 кгс/см и скорости скольжения 1,2 м/с, Иэносостой кость оценивается весовым методом в граммах, отнесенных к 1000 м пробега.В табл. 2 приведены свойства исседуеьых составов чугунов.1035085 Таблица 2 Чугун Пределы Струкрура, мм от поверхности отливкиполучаемой в кокиле, В 1 5 10 Известный Средний 5 Ц 20 Ф Нижний 2 Ц 5 ф 10 Ф 5 ф Предлагаемый Средний Цементитотсутствует Верхний То же 5 ф 5 ф Продолжение табл. 2 Твердость НВ, мм от поверхности Износостойкость,отливки получаемой в кокиле г/1000 м Чугун 1 5 10 1 В 7 229 0,04 251 Известный,0,035 241 229 о,ого 217 229 Предлггаемый 22.9 2110,025 229 Составитель Н.ХосторнойТехредм.Гергель Корректор Ю.МакаренкоФь Редактор Т,Парфенова Заказ 5763/24 Тираж 627 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий