Чугун

(4 (7 П, СбитневВ, М, Абра, Соколов, апе иазе ЗнаметутенноУглеродК ремниМа рганефосфорХромНикель ССС1980СР МедьВанааий МолибцТитанАлюми Иттрий Ниобий Железо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 1) 3445207/22) 28,05,826) 15,10.83, Бюл,3 2) М; П. Шебатинов, П И. Брон, Л. А. Алабин,мова, И, И. Прохоров, В. НИ. П. Марцыкин, Н, О. Магл ри В. Н, Мельник(71) Ордена Труцового Красногони научно-исследовательский инсттехнологии автомобильной промышсти(56) 1, Авторское свиаетельство711147 кл. С 22 С 37/08,2. Авторское свиаетельство ССпо заявке3414558,кл. С 22 С 37/10, 30.03,82,(54) (57) ЧУГУН, содержащий углерод,кремний, марганец, фосфор, хром, никель,мець, ванадий, молиблен, титан, алюминий и железо, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения моцуля упругости в интервале температур 300 о700 С при сохранении механических свойств и износостойкости, он дополнительно соаержит иттрий и ниобий при слецуюшем соотношении компонентов, мас,%: 3,0-3,62,0-2,60 5-0,90,05-0,300,0 1 О, 15О, 1 5-2,500,5 -2,50,07-0,300,0 5-0 350,0 35-0, 1 500,01-0,300,01-0,050,0 3-0,50Остальное1 10Изобретение относится к металлургии,в частности к изысканию составов чугуна,обладающего высокими физико-механическими свойствами в интервале температурот 300 до 700 С,Известен чугун Ц, соцержашийугдероц, кремний, марганец, никель, хром,медь, ванадий, мопибцен, алюминий и железо. Дпя повышения износостойкости ондопопнитедьно соцержит титан и церий, аингредиенты взяты при сдецующих соотношениях, мас.%:Угпе род 2,98-3,3Кремний 1,91-2,2Ма рганец 1,0 5-1,17Н икепь 0,35-0, 45Х ром 0,35-0,53Медь 0,42-0,58Ванац пй 0,1 -0,18Молибден 0,2-0,36Адомщий 0,05-0, 1 5Титан 0,03-0,05Церий 0,01-0,03Железо Ос тад ьноеУказанный чугун имеет низкий моцпьупругости при температурах 300-700 Си невысокую жицкотекучесть,Наибодее бдизким к прецдагаемому потехнической сущности и постигаемомурезультату явпяется чугун 121, содержащий, мас.%:Угде род 3,0-3,6К ремний 2,0-2, 6Марганец 0,5-0,9фосфор О, 1-0,5Хром 0,01-0,15Никедь 0,1-2,5Медь 0,6-3,5Ванац й 0,07-0,35Молибден 0,0 1-0,4Титан 0,05-0,15Цирконий 0,0 1-0, 1Алюминий 0,01-0,5Жедезо Ос тапьноеДанный чугун обдацая высокими физико-механическими характеристиками,имеет недостаточно высокий моцудь упругости при работе в узлах трения при температурах от 300 цо 700 С, Чугунпрецназначен дпя гильз цизепьных и карбюраторных двигателей, тормозных барабанов, цидинцров гицронасосов, но не пригоден ддя литья поршневых кодец,Цепь изобретения - повышение моцудяупругости чугуна в интерваде от 300 цоО,700 , при сохранении механическихсвойств и износостойкости.Указанная цель достигается тем, чточугун,. соцержаший угдероц, кремний, 47985 2марганец, фосфор, хром, никель, медь,ванаций, модибцен, титан, алюминий ижелезо, цопопнитедьно соцержит иттрийи ниобий при сдецуюшем соотношении5 комп Оненг Ов мас,%;Угде род 3,0-3,6Кремний 2,0-2 6Марганец 0,5-0,9Фосфор 0,05-0,31 О Хром 0,01-0,15Никель 0,15-2,5Адюминий 0,0 1-0,3,Медь 0,5-2,5Ванаций 0,0 7-0,3Титан 0,035-0,150Молибден 0,05-0,35 "Ниобий 0,0 3-0,5Иттрий 0,0 1-0,05Жепе зо Остальное20 В состав примесей входит сера от001 цо 0,08%.Прецдагаемый чугун обпацает сдецуюшими физико-механическими свойсгвами;Прецеп прочности при25 растяжении, бкгс/мм 35-47,5Прецеп прочности наизгиб бинг, кгс/мм2Твердость по Бринеллю, НВ 197-230Зо Линейная усацка, % 1,1 9-1, 45Жицкотекучесть притемпе ра туре заливки1360-1410 С по спирапьнои пробе, ммлМоцудь упругостиЕ, кгс/ммТеппопровоцность,вт/м 0 С 34,8-46,2Износостойкость,66-8 1 850-1 1 90 35 15500-17000 г/м ч 4,0-12,0(10-30 мкм)П р и м е р, Чугун выплавляют винцукционной печи ИСТ, имеющейкислую футеровку. В расплав чугуна прио45температуре 1490-1500 С вводят пегирующие Ьпементы: мець, никель, феррованаций, ниобий, алюминий. Перец заливкой в ковш ввоцят цробденый ферросипиций (ФС 75) и итгрий, Заливку произвоцят 50в разовые дигейные формы при температуре 1360-1420 С.ОХимический состав выппавденных конкретных плавок чугуна приведен втабл. 1.Физико-химические характеристики 55плавок в питом состоянии приведены втабп. 2,Испытания на износ провоцят на машине с возвратно-поступатедьным цвиже 1047985нием контр-тела с усилием 500 и.1 750 кгс-сй в течение 20 ч, неслед овация модуля упругости проводят ца элестомете "1 пэС 1 йцС Ог.Гогьйег 1 вЬНБСоКц" фРГ при температурах 20, 300, 500, 700 С.Прочность, твердость, линейную усадку, жидкотекучесть и теплопроводность определяют по общепринятым мегоцикам.Исследования полученных образцов 1 О показывают, что легироввние серого чугуна мецью и никелем вецет к повышению 40 прочносги и теплопровоцности, и в итоге к повышению износостойкости.Эти ингрециенты способствуют перли тизации матрицы, снижению эвтектических карбидов, в особенности хрома, а также формированию включений графита оптимальных размеров и равномерному их распрецелению. Одновременно происходит устра нение отбела чугуна, что способствует улучшению обрабатываемости резанием.Ввецение меци и никеля меньше нижнего прецела недостаточно цля того, чтобы они оказали влияние в качестве 25 легирующих добавок на свойства чугуна,Присецка этих элементов выше верхнего предела нецелесообразна, поскольку приводит к незначительному повышению теплопровоццости к износостойкости. 30Титан и алюминий вводят в чугун цля раскисления и образования мелкоцисперсных нитрицов и карбидов титана, Присадка указанных ингредиентов изменяет условия кристаллизации расплава,35 улучшая при этом прочность и износостойкость.Введение этих элементов меньше нижнего предела не позволяет получить гребуемые физико-механические свойства, ввецение же их выше верхнего предела ведет к загрязнению расплава неметаллическими включениями; что требует провоцигь цополнительную обработку расплава.Марганец, обладая раскисляюшей и обессеривающей способностью, служит цля рафинирования расплава. При этом продукты раскисления легко коагулируют и, благодаря большой разнице в уцельном весе, всплывают нв поверхность расплв 50 ва, откупа их в вице шлака легко удаляют, Одновременно марганец понижает границу растворимости углерода в железе, сцвигая перлитную точку в сторону более низкого соцержация углерода. Введение марганца выше верхнего предела вецет к увеличению выцелений карбидов, т,е. марганец действует также, как ускоренное охлаждение. Ввод марганца мецьше его нижнего предела недостаточен дляраскисления чугуне.Введение хрома менее его нижнегопредела не оказывает никакого влиянияна свойства расплава, однако введениеего больше верхнего предела может приводить к выцелению эвтектических кврбицов хрома, что буцет вызывать уменьшение износостойкости чугуна,Снижение содержания количества углерода и кремния приводит к отбелу чугунаи ухудшению его обрабатываемости. Увеличение их содержания выше верхнегопредела увеличивает не только количество,но и размер включений графита, а такженарушает однородность структуры (появляется феррит), что в итоге снижаетизносостойкость.Введение в чугун фосфора способствуетповышению его жицкогекучести и износостойкости, однако введение фосфоре более0,5% приводит к образованию пор и снижает прочность,Комплексная присадка малых количествмолибдене и ванадия существенно улучшаетпрочностные характеристики, повышает моцуль упругости и износостойкости при300-700 С, Это объясняется образоваокием в структуре чугуна мелких ста бильных карбидов типа 901 С с кубическойрешеткой. Присадка этих элементов вколичестве меньшем нижнего предела неизменяет структуру чугуне, В итоге физико-механические свойства при температуре выше 300 С начинают ухудшаться. Приовведении их в количестве большем верхнего предела снизится обрвбатываемость и,следовательно, повысится расход тверцосплавного инструмента,За счет ввецеция иттрия в расплав чугуна происходит его взаимодействие с примесями такими, кек сера, кислород и т.побразуя тугоплевкие сульфиды и окислыокруглой формы. Эти включения, коегулируя между собой, всплывают на зеркало металла и затем их удаляют вместесо шлаком, Оставшиеся включения имеютразмер менее 10 мкм и распределяютсяв металлической основе чугуна. Это приводит к очищению границ зерен от цеметаллических включений, которые отрицательно влияют на прочность и упругость,Включение иттрия выше его верхнегопредела ведет к глобулизеции включенийграфита и в итоге снижает геплопровоцность,Легирование циобием приводит к образованию мелкодисперсцых и тугоплевкнх3 1047985 6карбидов (ЧЬС,ЮЪС), которые при составляющей, что в итоге снизит износозатверцевании расплава, являясь центрами стойкость,кристаллизации располагаются внутри Предлагаемый серый чугун облацаетзерен. При термообработке карбицы нио- однороцной и стабильной структурой сбия распацаются очень мецленно, переходя 5 мелким зерном, мелкоцисперсными карбив твердый раствор, поэтому охлаждение дами и оцнородным распределением мелможно проводить на воздухе цаже с тем- ких неметаллических включений. Все этопературы выше 1000 С, так как твердость способствует получению чугуна с высокойопри этом увеличивается незначительно. упругостью как при обычных, так и высоВ итоге ниобий способствует стабилиза- о ких температурах, обладающего такжеции упругости и прочности. высокими прочностью, теплопроводностьюПрисацка ниобия в меньших, чем ниж- и износостойкостью, особенно при работеоний предел количествах, не оказывает вли- в области температур от 300 цо 700 С.яния на свойства чугуна, а больше верхне- Кроме того, чугун хорошо обрабатываетго предела приведет к появлениюферритной 5 ся резанием,,5 40,0 29,8 131 О 9 4 о 2 О 75 6 1 З 5 ОО 5 О 112 ОО 5900 13800 6300 1 4200 0 11400 42,З 6 1180 0 8 38,9 1300 21 О 1 50 4 200 460 4 46 67 6800 1 4750 зо 46,2 0 14 ЗО о 800 10300 9 8,0 Составитель Н.враменко Техред М. Костик орно ктор М. немчик едактор Заказ 95 оаписное 113035, Москва, Ж, Раушская набд, 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, Номер плавки зоо 150 70 Тираж ВНИИПИ Государственного по делам изобретений