Чугун

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 12359 09 59 4 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ А ВТОРСНОМ ТЕЛЬСТВ н дополнительноиды ниобия и каре ем соотнош юл. У 21олитехнич кий и 88)британи У 115422 етельство 2 С 37/10 лерод,ель,арбонитридыиобияарбонитридерияелезо,12-0,85 ель онныхкорро 700 С,03-0, 15 тальное Сл ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР делАм изОБРетений и ОткРытий(54)(57) ЧУГУН, содержащий у кремний, марганец, хром, ник молибден, медь, алюминий, фо олово, кальций и железо, о т ч а ю щ и й с я тем, что, с повышения стабильности фрикци свойств при трении в газовой зионной среде при нагреве до сл дующмас,7:УглеродКремнийМарганецХромНикельМолибденМедьАлюминийФосфорОловоКальций одержит карбонит онитриды церия пр нии компонентов,2,7"3,2 1,2-2,0 0,7-1,3 0,3-0,5 0,6-1,2 О,5-0,9 0,2-1,0 0,1"0,40,05-.0,2 0,03-0,07 О, 10-0, 16Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию серых чугунов для литых деталей двигателя внутреннего сгорания, к которым предъявляются повышенные требования по стабильности фрикционных свойств при трении с нагревом до 700 С в коро розионной среде.Цель изобретения - повьппение стабильности фрикционных свойств нри трении в газовой коррозионной среде при нагреве до 00 С.П р и м е р. Чугун выплавляют н открытых индукционных печах (емкость тиглей 250 кг) методом переплава из шихты на основе лома легированного чугуна, передельного чугуна, гранулированного никеля, меди, стального лома и ферросплавов. После расплавле. ния передельного чугуна и лома присаживают добавки, перегревают расплав до 1500-1520 С, вводят карбонитридыиниобия и церия и алюминий и выпускают в ковш, где производят микролегирование чугуна оловом и модифицирование силикокальцием и ферросилицием. Заливку облицованных кокилей и технологических проб производят при 1380- 1400 С.Химический состав известного ипредлагаемого чугунов приведен втабл.1. Введение в состав чугуна карбонитридов ниобия повышает стабильность структуры и твердости чугуна, упрочняет металлическую основу, способствуя образованию фаз в структуре, не склонных к расслоению с матрицей, н результате чего повышается стабильность фрикционных свойств при повышенных температурах и в корроэионной среде. При концентрации карбонитридов ниобия до 0,12 мас.% не достигается стабильных фрикционных свойств при 700 С в коррозионной среде, а при увеличении содержания карбонитридов более 0,85 мас.% начинает проявляться их графитизирующее влияние и выделяться междендритные включения графита и карбонитридов, снижающее механические свойства чугуна и отлингках.Упрочнение матрицы и повьппение ее стабильности, удароустойчивости и твердости обеспечивает микролегирование карбонитридами церия в количестве 0,03-0, 15 мас.%. При увеличении содержания карбонитридон более5 0 15 20 0,15 мас,% значительно увеличивается отбел чугуна в отливках, снимается стрела прогиба, что сказывается на снижении стабильности фрикционных свойстн. При содержании карбонитридов церия до 0,03 мас.% их влияние на стабильность структуры, фрикционных и механических свойств оказывается незначительно.При совместном введении карбонитриды ниобия и церия, которые концентрируются внутри литого зерна, при трении при 700 С в коррозионной среде не склонны к образованию полостей путем расслоения с металлической матрицей, а стабильность фрикционных свойств чугунов повьппается более существенно. При этом экспериментально установлено, что при увеличении концентрации кальция до О, 10-0, 16, когда и междендритные включения графита икарбонитридов заключены н оболочкукальция, стабильность фрикционныхсвойств чугунов в коррозионной среде 25 при 700 С выше.оВ чугуне повышены верхние пределыконцентрации марганца и фосфора, чтобы компенсировать графитизирующеевлияние карбонитридов ниобия и каль цияКроме того, действуя как инокулирующие компоненты, карбонитридыииобия и церия в заданном сочетанииграфитирующими и отбеливающимиэлементами благоприятно влияют на коли З 5 честно дополнительных центров кристаллизации, препятствуя развитию зонтранскристаллизации, что также повышает стабильность фрикционных свойствчугунов в отливках.40 Таким образом, введение в состанчугуна карбонитридов ниобия и церияв заданных соотношениях при повышенной концентрации кальция обеспечивает получение чугуном комплекса новых фрикционных свойств, сочетающих .н себе высокую стабильность при трении н корроэионных средах с температурой до 700 С и повышенную сопроОтивляемость задиру и ударным нагрузВведение н чугун марганца в количестве 0,7-1,3 мас.% способствует упрочнению и измельчению структуры, что обеспечивает повышение трещиноустойчивости, пластичности и стабильности фрикционных свойств при трении н коррозионной среде при темпераотурах до 700 С. В предлагаемом чугу 1235973не верхний предел концентрации марганца повышают до 1,3 мас.Е, чтобы компенсировать графитизирующее влияние карбонитридов ниобия и кальция. При содержании марганца более 1,3 мас,7. 5 снижается стабильность структуры и фрикционных свойств, а при концентрации марганца до 0,7 мас,7 снижаются пластические свойства, сопротивляемость задиру и стабильность ко О эффициента трения при 700 С в корроо зионной среде.Введение в чугун 0;3-0,5 мас.хрома микролегирует металлическую основу, стабилизирует перлит в широ ком интервале температур и повышает фрикционную теплостойкость и стабильо ность коэффициента трения при 700 С в коррозионной среде. Содержание хрома выбирается с учетом следующего: 20 при содержании хрома до 0,3 мас.существенно уменьшается фрикционная теплостойкость, а при увеличении концентрации хрома более 0,5 мас.7. повы. шается отбел и снижаются стрела проги ба и стабильность коэффициента треония при 700 С в коррозионной среде.Никель в количестве 0,6-1,2 мас.% легируетматрицу и повышает сопротивляемость задиру и стабильность коэф- З 0 фициента трения. При концентрации ни. келя до 0,6 мас.7. сопротивляемость задиру и стабильность коэФфициента трения при 700 С недостаточны, а при повышении содержания никеля более1,2 мас.7 увеличивается износ при трении и стабильность фрикционныхсвойств.Содержание молибдена повышают до 0,5-0,9 мас,7 с учетом того, что 40 при концентрации молибдена до 0,5 мас.высокий износ при трении и низкая стабильность фрикционных свойств в коррозионных средах, а при увеличе-нии содержания молибдена более 45 0,9 мас.% повышается хрупкость чугуна, снижаются предел прочности при изгибе и сопротивление чугуна задиру.Медь вводится для повышения пластичности, сопротивляемости задиру и 50 стабильности коэффициента трения в коррозионных средах. При концентрации меди до 0,2 мас.7 ее влияние недостаточно, а при концентрации меди более 10 мас.% повышается содержа ние феррита в структуре и снижается фрикционная теплостойкость и стабиль ность фрикционных свойств. Алюминий вводится как эффективная микролегирующая добавка, способствующая стабилизации структуры и фрикционных свойств в коррозионных средахпри повышенных температурах, Его содержание, при котором отмечается существенное повышение стабильности структуры и фрикционных свойств, составляет О, 1 мас.7 а при повышении его концентрации более 0,4 мас. . усиливается неоднородность структуры и стабильность фрикционной теплостойкости.Пределы содержания фосфора выбираются с учетом того, что именно при концентрации 0,05-0,2 мас.7. высоко- температурная износостойкость в коррознонных средах и стабильность коэффициента трения максимальны.Олово в количестве 0,03-0,07 мас.й оказывает перлитизирующее влияние на структуру и стабилизирующее влияние на коэффициент трения, а кальций в количестве О, 1-0,16 мас.% модифицирует структуру, очищает границы зерен, улучшает форму графита и стабиль ность фрикционных свойств в коррозионных средах. Содержание основных компонентов (углерод 2,7 - 3,2 мас.% и кремний 12-2,0 мас.%) исключает образование отбела в фрикционных отливках, . улучшает стабильность структуры, механических свойств, износостойкости при трении в коррозионных средах. При содержании углерода до 2,7 мас.% и кремния до 1,2 мас,% существенно увеличивается отбел, снижаются стрела прогиба, предел прочности при изгибе и стабильность коэффициента трения, а при концентрации углерода более 3,2 мас.7 и кремния более 2,0 мас.Х отмечается укрупнение графита, снижение сопротивляемости зациру при температурах 20-700 С и фрикционной теплостойкости.Фрикционные свойства чугунов известного и предлагаемого составов ,определяют на установке МКФМ при возвратно-вращательном движении с амплитуцой 5 ОА 5 мкм, частотой 30 й 3 Гц и нагружением в осевом направлении 1500-2500 Н. Коррозионной средой служит сернистый газ, температура котоо рого изменяется от 20 до 700 С. Оценку фрикционной теплостойкости чугуна определяют на установке УМТМ при . нагружении в осевом направлении сила5 12359 ми 1500-3900 Н. Результаты испытаний приведены в табл. 2.Испытания показывают, что чугун, дополнительно микролегированный карбонитридами ниобия и церия, содержит меньше технологических примесей и газов, обладает относительно дисперсными и компактными структурными составляющими и неметаллическими включениями и более стабильной и высо О кой эксплуатационной стойкостью, что обеспечивает в сравнении с известным 73 Таблица 1 Содержание компонентов, мас,й,в составе чугуна Компоненты 1(извест"ный) 2,6 2,7 3,0 3,3 1,0 2,1 0,6 1,4 0,7 1,0 0,4 0,2 0,6 0,5 0,5 0,3 0,7 0,6 0,9 0,5 1 ф 3 1,2 0,4 0,9 1,0 0,3 0,5 0,2 0,6 1,2 1,0 01 0,07 0,5 0,3 0,1 0,3 0,2 0,03 0,23 0,1 0,05 О,0,10 0,07 0,01 0,07 0,03 0,16 0,07 0,20 0,.12 Оу 06 0,10 Карбонитридыниобия О, 10 0,9 0,85 0,12 0,35 Карбоннтридыцерия 0,01 0,2 0,08 0,15 0,03 Остальное ОстальОсталь- Осталь- Осталь- ОстальЖелезо ное ное кое ное ное П р и м е ч а н и е. Углерод определяют химическим путем, а другие компоненты - микрорентгеноспектральным анализом. УглеродКремнийМарганецХромНикельМолибденМедьАлюминийФосфорОловоКальций чугуном повышение .плотности отливок н сгабильности фрнкционных свойств.При уменьшении и увеличении содержания карбонитридов в предлагаемом чугуне стабильность фрикционных свойств чугунов в отливках существенно снижается. Металлографические исследования показывают,что мнкроструктура отливок из предлагаемого чугуна при литье в кокиль и сухие жидкостекольные формы более мелкозернистая, чем в отливках из известного чугуна,. 208 276 132 272 258 262 284 256 288 Твердость, НВ 21 23 10 24 0,52 0,71 0,58 0,28 0,34 0,42 0,61 Оэ 92 . Оэ 50 700 С 0,79 0,32 0,38 68 66 92 84 Редактор Н. Яцола Заказ 3065/26 Тираж 567 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитетА СССРпо делам изобретений и открытий113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Сопротивление задиру, ИПа, при20 С Снижение фрикционной теплостойкости при нагреве с 20 до 700 С в коррозионной газовой среде, Х Износ при трении,мг/ч, при20 С Стабильность коэффициента трения при 700 С в газовой коррозионной среде, Х 65 Показатели свойства чугунов состава Г 345 Составитель Н, ШепитькоТехред В.Кадар Корректор.В. Синицкая