Чугун

(54)(57)кремний,фосфор,о т л и ч ЧУГУН, содержащ марганец, хром, итан, медь, ник й уг рочи,в 0,03 0,04 ное. лезо,оь ь тем ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ.(56) 1.Поршневые кольца.Издание фирмы "Гетце А,ОфРГ, 1977.2.Авторское свидетельсФ 722349 кл, С 22 С 37/ с целью пов состойкости, жит,ниобий, дующем соотнУглерод Кремний Марганец ХромВанадийБарфосфорТитанМедьНикельНиобийЦерийЛантанЖелезо прочности и изнополнительно содери лантан при слекомпонентов, мас,7.:2,8 - 3,4 0,8 0,08 0,3 0,8 2,5 1,5 1 53,0 - 3,81,6 - 3,00,4 - 1,00,45- 1,350,03- 0,180,005 0,10,1 - 0,50,02- 0,30,3 - 1,0с 0,8с 0,1Остальное Однако содержание хрома в чугуне известного состава более 0,3% при водит к образованию сложного карбида (Ге,Сг)С ;неустойчивого к воздействию вйсоких температур, что при экстремальных условиях трения способствуег резкому снижению износо стойкости.Цель изобретения - повышение прочности и износостойкости.чугуна.. Изобретение относится к металлургии, в частности к износостойким чугунам, применяемым для изготовлениядеталей, работающих в узлах трения сограниченной смазкой при повышенныхтемпературах, например для элементовуплотнений двигателей внутреннс.го сгорания.Известен чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, 1 Оникель, молибден, ванадий и железопри следующем содержании компонентов,мас.%;Углерод 3,4 - 3,8Кремний 2,5 - 3,2 15Марганец 0,5 - 0,8Хром 0,4- 0,7Медь 0,8- 1,2Никель 0,5- 0,8Молибден 08-1320Ванадий 0,1 - 0,3Железо Остальное.Этот чугун применяется для изготовления поршневых колец двигателейвнутреннего сгорания и элементов 25уплотнения 111.Однако наряду с удовлетворительными свойствами - высоким сопротивлением схватыванию и хорошей обраба:,тываемостью, он недостаточно иэносостоек, особенно при работе в паре сизносостойкими покрытиями,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является чугун 2,содержащий мас.%:УглеродКремнийМарганецХром40ВанадийБорФосфорТитанМедь45НикельСераЖелезо Поставленная цель достигаетсятем, что чугун, содержащий углерод,кремний, марганец, хром, ванадий,бор, фосфор, титан, медь, никель ижелезо, дополнитепьно содержит ниобий, церий и лантан при следующемсоотношении компонентов,мас.%:Углерод 2,8 - 3,4Кремний 1,8 - 2,4Марганец 0,4 - 0,8Хром 0,01- 0,25Ванадий 0,2 - 0,8Бор 0,005-0,08Фосфор 0,05- 0,3Титан 0,2 - 0,8Медь 0,7 - 2,5Никель 0,1 - 1,5Ниобий 0,6 - 1,5Церий . 0,01- 0,03Лантан 0,02- 0,04Железо ОстальноеВведение углерода и кремнияменьше нижнего предела приводит котбелу и ухудшению обрабатываемости.Повышение их выше верхнего пределаспособствует увеличению размероввключений грайита пластинчатой формы, а также появлению Фериттнойструктурной составляющей, что связано со снижением износостойкости.Введение марганца меньше некиегопредела не оказывает влияние наструктуру, а следовательно, и напрочностные свойства сугуна. Присадка марганца выше верхнего пределаповышает твердость, что отрицательносказывается на обрабатываемости чугуна - увеличивается расход режущегоинструмента, а износостойкость остается без увеличения.Фосфор способствует увеличе;аожидкотекучести и износостойкости,однако введение его больше верхнегопредела приводит к образованию рыхлот и снижению прочности,Добавка малых количеств хромаприводит к образованию дисперсныхкарбидов, что положительно сказывается на равномерности структуры метаплической основы. Присадка егоменьше нижнего предела практическине оказывает влияния, а выше верхнего предела - приводит к образованиюкарбида ( Ге, С г) С, неустойчивого квоздействию высоких температур, чтоспособствует снижению иэносостойкости при трении скольженияНикель и медь способствуют графитиэации, улучшают структуру, снижаютсклонность к отбелу и увеличивают вязкость чугуна. Содержание. этих элементов выше верхнего предела приводит к тому, что никель способствует усилению графитизации, а медь 5 начинает выделяться в свободномсостоянии. Это приводит к снижению прочностных свойств, теплопроводности, а следовательно, и износостойкости. Введение этих элементов меньше 10 нижнего предела практически не оказывает влияния на процесс кристаллизации расплава, а следовательно, свойства чугуна.Присадка бора в пределе 0,005- 0,08 Ж приводит к образованию мелко- дисперсных карбидов бора с большой температурой плавления, которые стабилизируют границы зерен металлической основы, замедляют рост зерен, способствуя тем самым образованию мелкодисперсной структуры и увеличению прочностных свойств чугуна при высоких температурых. Одновременно увеличивается износостойкость дета лей в процессе трения.Аналогичное влияние оказывают ва надий и титан. В частностивлияние титана проявляется через его раскислительное и нитридообразующее действие на состояние расплава, изменяя при этом условия кристаллизации. В результате происходит увеличение жаростойкости и жаропрочности легированного серого чугуна, Присадка ванадия мецьше нижнего предела недо 35 статочна, а больше - ведет к увеличению содержания карбидов, что не позволяет получать требуемую структуру. Введение титана меньше нижнего40 предела не оказывает влияние на расплав, а больше - ведет к загрязнению жидкого металла неметаллическими включениями.Присадка ниобия приводит к умень 45 шению отбела чугуна, увеличению количества эвтектических зерен на единицу площади, стабилизации и однород. ности структуры, Это непосредственно связано как с увеличением свойств чугуна при повышенных температурах,50 так и с увеличением износостойкости. Содержание ниобия меньше нижнего прецела не приводит к необходимым свойствам, т.е. в недостаточной сте. пени стабилизирует перлитную структу 55 ру, Введение ниобия выше верхнего предела хотя и приводит к увеличенин износостойкости, однако обрабатываемость отливок резко ухудшается.Эффективность влияния процесса легирования на износостойкость серого чугуна заметно повышается при модифицировании лантаном и церием. Это связано с изменением характера неметаллических включений, распределением локальных напряжений, а микроструктура, полученная в отливках из этого чугуна, практически полностью удовлетворяет требованиям которые предъявляются к структурам износостойких сплавов.Присадка этих элементов меньше нижнего предела неэффективна, а выше верхнего предела приводит к появлению в структуре чугуна интерметаллидов, которые ухудшают прочностные свойства чугуна, а следовательно износостойкость деталей.П р и м е р , Выплавку проводят в индукционной печи ИСТ 016 с кислой футеровкой. В жидкий металл при 1490-1520 С вводили легирующие элеОменты; медь, никель, ниобий, бор, феррованадий,ферротитан и феррофосфор, Дробленный ферросилиций ФС 75, церий и лантан вводят в ковш за 3-5 мин до разливки чугуна. Заливку в разовые формы осуществляют при 1420- 1380 С. Химический состав выплавленных чугунов приведен в табл.1.Образцы каждои плавки испытывают на прочность и твердость при различных температурах, а также определяют теплопроводность,модуль упругости и износостойкость. Испытания на износ проводят на машине трения с возвратно-поступательным движением с усилием 500-2000 кгс/см в течение 20 ч. Результаты испытаний представлены в табл. 2.Испытания показали, что предлагаемый чугун обладает более высокими физико-механическими свойствами таки ми, как статическая прочность .и твердость при высоких температурах, модуль упругости и износостойкость. Полученные свойства позволяют заключить, что низколегированный чугун можно с успехом использовать в изготовлении деталей, работающих в узлах трения с ограниченной смазкой.1о оцсо 1 о 1ю 1л1 о юа м 1 1 1 1о 1 оли оо1 Х ф ЙлФ 1 дь Р. " о лс1 г1 1 1 1 1 х хИ 1 о л 14. ОоХ 1а 1Х 11 1лаОжО1 ц 11 ЛА 1 11 оооОмЦ 1а-Ф 1й 1 11-1 1 1 о 1 ч 1 11 - 1 - 1 ОХ 1 О1 цО 1оххоа ои о1е 1Ц 1Э 1аьо3 1 о о о . о о о юсч сч аЗ о л м в ф л со в в о ам м сч ч ч л л о о ф в сч сч Ю ф л л ф сч м м