Износостойкий чугун

(51) 4 С 22 С 37/1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ единени ко, Е,В.Янин С.М.Бадюкова 5-196 (088.8)ское свидетельство ССС кл. С 22 С 37/06, 1982 ое свидетельство СССР кл. С 22 С 3/10, 1982 СЛ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(57) Изобретение относится к мет лургии и может быль использовано при производстве цилиндровых втулок и других деталей воздуходувок и двигателей, Цель изобретения - повышение ударно-усталостной долгоовечности при 700-900 С и прочности после циклически повторяющихся тепло- смен. Предложенный чугун содержит мас.7: С 2,7-3,2; Я 1,2-2,0; Мп 0,7-1 ь 3 Сг 0,5-1,5; Юх 1,6-2 ю 8 е Мо 1,2-2,9, Сц 0,2-1,0; А 1 0,1-0,41 Р 0,05-0,2; Бп 0,03-0,07; Са 0,62- 0,06; Т 1 0,6-1,4; диоксиды церия 0,03-0,12, карбонитриды иттрия 0,03- 0,15 и железо остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна Т 1, диоксидов церия и карбонитридов иттрия обеспечил повышение прочности после 100о циклов теплосмен при 700 и 900 С в 1,36-1,41 раза и ударно-усталостной долговечности в 1,05-2,18 раза.2 табл.Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для деталей, работающихв условиях газообразного износа, работающих при 700-900 С,Цель изобретения вповышение ударно-усталостной долговечности при 700900 С и прочности после циклическиоповторяющихся теплосмен, ОВведение титана упрочняет матрицу,увеличивает термическую стойкостьстабильность структуры при повышенных температурах, что обеспечивает повышение хрупкой прочности и ударноусталостной долговечности при нагреОве до 700-900 С. Понижение нижнегопредела концентрации титана менее0,6 мас.% приводит к резкому снижению хрупкой. прочности, а при концент" 20рации титана более 1,4 мас.% снижается,однородность структуры, повышается содержание неметаллическихвключений по границам зерен, чтоприводит к снижению ударно-усталостной долговечности.Введение в состав чугуна диоксидов церия повышает стабильностьструктуры и твердости чугуна, упрочняет металлическую основу, способствуя образованию фаз в структуре, несклонных к расслоению с матрицей, врезультате чего повышается стабильность ударно-усталостной долговечности при повышенных температурах(700-900 С) и хрупкой прочности. Приконцентрации диоксидов церия до0,03 мас.% не достигается высокойударно-усталостной долговечности при700-900 С, а при увеличении содержания диоксидов церия более 0,12 мас.%они выделяются по границам зерен,влияют на динамическую и хрупкуюпрочность, снижают механические свойства чугуна в отливках, ударно-усталостную долговечность и кавитационную стойкость.Измельчение и упрочнение матрицы, повышение ее стабильности прио700-900 С и удароустойчивости, хруп 50кой прочности и твердости обеспечивает модифицирование,инокулирующимикомпонентамикарбонитридами иттрияв количестве 0,03-0,15 мас.%. Приувеличении содержания карбонитридов55иттрия более 0,15 мас.% значительноувеличивается неоднородность структуры чугуна в отливках, снижаютсястрела прогиба, трешиностойкость, что сказывается на снижении стабильности ударно-усталостной долговечности. При содержании карбонитридов иттрия4 до 0,03 мас.% их влияние на стабильность структуры, ударно-усталостной долговечности и механических свойств сказывается незначительно.Пределы содержания основных элементов обеспечивают получение требуемых механических свойств, хрупкой прочности и термической стойкости. Понижение нижнего предела содержания углерода, марганца, кремния, никеля, хрома, меди, кальция и алюминия приводит к резкому снижению прочностных характеристик, кавитационной стойкости и ударно-усталостной долговечносоти при 700-900 С, а повышение верхних пределов содержания этих элементов снижает пластические и вязкие характеристики чугуна, что приводит к снИ женив хрупкой прочности и ударно-усталостной долговечности.Фосфор (0,05-0,2 мас.%) и олово (0,03-0,07 мас.%) оказывают упрочняющее и отбеливающее влияние, увеличивает твердость отливок и характеристики износостойкости. При увеличении концентрации фосфора более 0,2 мас.% и олова более 0,07 мас.% снижаются характеристики трещиностойкости, уда= роустойчивости и термической стойкости, увеличивается неоднородность структуры и твердости чугуна в отливках, что снижает хрупкую прочность и ударно-усталостную долговеч-, ность.Содержание молибдена увеличено до 1,2-2,9 мас.% для обеспечения повышенной термической, кавитационной и газоабразйвной стойкости и ударноЪ усталостной долговечности при 700- 900 СПри концентрации молибдена до 1,2 мас.% термическая стойкость и ударно-усталостная долговечность недостаточны, а при увеличении концентрации молибдена более 2,9 мас.% увеличивается количество карбидов в структуре, снижается пластичность и хрупкая прочность.В табл,1 приведены химические составы чугунов опытных плавок, прове" денных в открытых индукционных печах емкость тиглей 250 кг методом переплава из шихты на основе литейных чугунов, лома легированного чугуна, передельного чугуна, полуфабрикатного никеля, меди, ферротитана, сталь05 0,03-0,15 Остальное з 14062 ного лома, ферромолибдена и других ферросплавов. После расплавления литейных и передельного чугунов и лома присаживают никель Ферромолибден и другие ферросплавы и перегревают расплав до 1500-1510 С и вводят медь, титан, карбонитриды иттрия, диоксиды церия и алюминий и выпускают в ковш, где производят микролегирование чу гуна оловом и модифицирование силикокальцием. Заливку кокилей и технологических проб производят при 1380 о1400 С. Коэффициент усвоения титана 79-83%, карбонитридов иттрия 88-93%, 15 диоксидов церия 86-90% и алюминия 81- 83%Содержание компонентов в чугунах определяют по стандартным методикам химического чугуна, а содержание карбонитридов иттрия и диоксидов церия 20 определяют по методу дифференцирован- ного количественного химического анаиза.В табл.2 приведены механические и эксплуатационные свойства чугуна 25 опытных плавок. Как видно из табл.2, введение титана, карбонитридов иттрия и диоксидов церия обеспечивает чугуну более 30высокую стабильность механическихсвойств, ударно-усталостную - долговечность при повьппенных температурах(700-900 С) по сравнению с известнымчуГуном. Отливки из чуГуна, микролегированного карбонитридами иттрия,диоксидами церия и титаном в сравне 1нии с отливками из базового чугунаимеют более высокие плотность;.,хрупкую прочность, сопротивляемость 40термическим ударам и трещиностойкостьКроме того, действуя как инокулярующие компоненты, карбонитриды иттрия и диоксиды церия в заданном сочентанин с графитизирующими и отбеливающими элементами благоприятно влияют на количество дополнительныхцентров кристаллизации, препятствуйразвитию эон транскристаллизации, по- б 0ннжающих термостойкость, упругонластические свойства чугуна -в отливкахи ударно-усталостную долговечность.Таким образом, введение в составчугуна карбонитридов иттрия, титана и диоксидов церия в заданных соотношениях при повьппенной концентрации кальция обеспечивает получение чугу ном комплекса новых механических и служебных свойств, сочетающих в себе высокую ударно-усталостную долговеч ность и ее стабильность при трении в коррозионных средахс температурой 700-900 С и повышенную сопротивляемость газоабразивному износу и ударным нагрузкам.Внедрение литых деталей воздуходувок и двигателей иэ предлагаемого чугуна обеспечивает повьппение надежности и долговечности ихв условиях быстрой смены нагрева и охлаждения при трении, при высоком газоабраэквном и коррозионно-механическом изнашивании при кратковременном нагреве до 700-900 С и при значительном загрязнении смазки конденсированными продуктами горения топлива. Формула и э о б р е т е н и я Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, медь, алюминий, фосфор, олово, кальций и железо, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения ударно-усталостной долговечности при 700-900 С и проч ности после циклических повторяющихся теплосмен, он дополнительно содержит титан, диоксиды церия и карбонитриды иттрия при следующем соот ношении компонентов, мас.%:Углерод 2,7-3,2Кремний 1,2-2,0 Марганец 0,7-1,3 Хром 0,5-1,5 Никель 1,6-2,8Молибден 1,2-2,9 Медь 0,2-1,0 Алюминий 0,1-0,4 Фосфор 0,05-0,2 Олово 0,03-0,07Кальций 0,02-0,06 Титан 0,6-1,4Диоксидыцерия 0,03-0, 12КарбонитридыиттрияЖелезо1406205 Т а б л и ц а 1 Химический состав чугунов, мас,й Компонент Предлагаемый еро 1 ь 2 7 1,0 Марган 5 0,9 о Никель,4 Ти 0,03 0,15 таль е Табли уг казат едла г аемый вест 36 118 п 19 3 ф 5 78 6 2 Диоксидьцерия Карбонитридыиттрия дел прочности изгибе, МПа,61 0,29 и 90 0 8 0,13,арно-усталостная лговечность цик л ри 900 261 20 08 680 20 60 68 700 Хрупкая прочность после выдержки, МПа при 900 С 00 С 38 ионная стомг/ч Кав 3,8 ф 2 3 щиностойкость,%ч 10 Коэффициент относительной износостойкости,8 Г.удидык Корректор С.Черни Редактор Т.Лазаренко Подписно Тираж 594 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Рауш