Износостойкий чугун

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 2 С 37/ с я тем износост и уменьш нию, он дий при понентов 2,6-2,9 3,2-3,9 лерод мнии ганец 0,3-0,1,5-2,.Медь 0,5-1,5 ,01-0,6 икел Кал 0,01-0,080,04-0,2(54)(57) ИЗНжащий углеродхром, медь,ний и железо ОЙКИЙ ЧУГУН, сод емний, марганец, ь, кальций, алюмил и ч а ю щ и йОС ер 0,04-0,Остальное к елез ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Днепропетровго Красного Знамеинститут и Днепровозоремонтный зав(56) 1. АвторФ 631554, кл,2. АвторскФ 926057, кл. л. У 5Ю.В. Краснов,В.ф. Карпенко,М. Асташкевич,и А.В, Мерсонский ордена Труцовони металлургическийпетровский тепло 96(088.8) ское свидетельство СС С 22 С 37/10, 1978,ое свидетельство СССР С 22 С 37/10, 1982.ЯО, 1138427 А что, с целью повьппения йкости, задироустойчивост ния склонности к отбелива ополнительно содержит ван ледующем соотношении коммас,7:Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для отливок, работающих в условиях трения.Известен чугун 1, содержащий,. мас. :Углерод 3,2-3,6 1,8-2,80,4-1,0 О 0,1-1,0 КремнийМарганецМедьСурьмаХромАлюминийКальцийЖелезо 0,05-0,15 0,15-0,50,05-0, 15 0,05-0, 1Остальное 20 Однако чугун имеет низкую износостойкость и неудовлетворительную задироустойчивость.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является чугун 23, содержащий, мас. ; 25 2,7-3,2 1,2-2,0 Оэ 7-ьО 0,2-0,5 0,6-1,2 УглеродКремнийМарганецХромНикель 30 35 Молибден 0,3-0,6 0,3-1,2 Медь Алюминий 0,05-0,4 0,02-0,15 400,02-0,100,01-0,08 ФосфорОловоКальций Остальное Железо45Однако известный чугун имеет высокую склонность к отбеливанию и неудовлетворительные износостойкость и задироустойчивость.Целью изобретения является повышение износостойкости, задироустойчивости и уменьшение склонности к отбеливанию.Указанная цель достигается тем, что износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, никель, кальций, алюминий и железо, дополнительно содержит вана дий при следующем соотношении компонентов, мас, .: УглеродКремнийМарганецХромМедьНикельКальций 2,6-2,9 3,2-3,9 0,3-0,8 1,5-2,2 0,5-1,5 0,01-0,6 0,01-0,08 Алюминий 0,04-0,2 О, 04-0,4Остальное ВанадийЖелезо уменьшения его общего количества, а также повышения склонности чугуна к отбелу. При содержании углерода 2,9 . происходит укрупнение графитовых включений и уменьшается дисперс-. ность перлита, что ведет к снижению механических свойств.Нижний предел содержания марганца (0,3 ) соответствует его минимальному содержанию, нейтралиэующему вредное влияние серы путем связывания ее в сульфиды марганца. При содержании марганца0,8 увеличивается склонность чугуна к отбеливанию и ухудшается обрабатываемость. Увеличение содержания хрома обеспечивает резкое повышение износостойкости и сопротивляемости образованию эадиров чугуна, работающего в парах трения. За счет образования в структуре предлагаемого чугуна, наряду с графитом, эвтектических специальных карбидов, имеющих благоприятную морфологию, обуславливаются высокие износостойкость и антифрикционные свойства без снижения прочностных и пластических характеристик чугуна. В качестве примеси чугун может содержать до 0,08 серы и до 0,15 фосфора,Выбор граничных пределов компонентов обуславливается следующими соображениями.Углерод в сильной степени влияет на форму и количество графита, а также на структуру металлической матрицы, При содержании его с 2,6 снижаются механические и антифрикционные свойства чугуна вследствие образования междендритного графита и50 Специальный хромистый карбид образуется в предлагаемом чугуне, начиная с содержания хрома 1,5%. При этом износостойкость и сопротивление задиру резко возрастает, При увели чении содержания хрома до 2,27 положительный эффект возрастает, а при содержании хрома2,27 износостой- кость и особенно сопротивление задиру падают вследствие чрезмерного 1 О уменьшения количества свободного графита, Кроме того, при содержании хрома2,2% снижается ценность предлагаемого чугуна как конструкциснного материала в связи с ухудшением 15 обрабатываемости режущим инструментом, а также удорожанием чугуна, Таким образом, оптимальное содержание хрома,в предлагаемом чугуне составля ет 1,5-2,27. 20Увеличение содержания кремния является необходимым условием указанного влияния повышенного содержания хрома. При содержании кремния ( 3,27. в чугуне образуется цементит (а не 25 специальный карбид хрома), резко охрупчивающий чугун, легко выкрашивающийся и работающий как абразив при работе пары трения. При этом износостойкость и сопротивление задиру З 0 чугуна очень низкие, а склонность к отбеливанию повышенная. Высокий уровень износостойких и антифрикционных характеристик чугуна сохраняется до содержания кремния 3,97, а свыше этого содержания падает вследствие укрупнения графита и связанного с этим разрыхления матрицы, а также вследствие охрупчивания ферритной фазы перлита. Таким образом, рацио нальные пределы содержания кремния в предлагаемом чугуне - 3,2-3,97.Существенное повьппение содержания кремния - основной фактор уменьшения склонности к отбеливанию чугуна, причем графитизирующий эффект от увеличения содержания кремния в предлагаемом чугуне значительно. перекрывает обратный эффект от увеличения содержания хрома и введения ванадия.Введение в чугун ванадия обеспечивает дальнейшее повышение износостойкости и антифрикционности чугуна причем одновременно уменьшается минимальное содержание хрома, при 55 котором начинается образование вместо цементита хромистого карбида ("критическое" содержание хрома),УказанньпЗ эффект проявляется, начиная с содержания ванадия 0,047. и повьппается до его содержания, равного 0,47, При содержании ванадия 0,47 наблюдается тот же отрицательный эффект, что и при содержании хрома, превышающем 2,27Введение ванадия не повьппает склонности чугуна к отбеливанию, поскольку позволяет одновременно иметь в чугуне более низкое содержание хрома, Отбеливающее же действие хрома с избытком компенсируется (как указано вьше) влиянием повышенного содержания кремния.Существенное повышение содержания в предлагаемом чугуне кремния - и хрома и дополнительное легирование ванадием позволяют достичь положительного эффекта без легирования молибденом и оловом, применяемом в известном чугуне. В рассматриваемой композиции элементов предлагаемого чугуна молибден и олово не оказывают положительного влияния на износостойкость, антифрикционность и отбеливание чугуна. В то же время, вывод из состава этих остродефицитных и дорогостоящих элементов обеспечивает значительное повышение экономичности чугуна.Медь оказывает графитизирующее влияние на чугун, способствует измельчению структуры и уменьшению его хрупкости, Содержание меди в указанном интервале благоприятствует образованпо перлита, приводит к выравниванию структуры и механических свойств по всему сечению отливки. При содержании меди0,57 не обеспечивается необходимого повышения механических свойств. С повышением содержания меди1,57 ухудшаются литейные свойства чугуна.Никель, как и медь, оказывает графитизирующее действиеВ указанных интервалах способствует образованию перлита, что повышает механические свойства чугуна. Графитизирующее действие никеля начинает проявляться при его содержании, равном 0,01%. При содержании никеля 0,6% снижаются антифрикционные свойства чугуна.Алюминий и кальций оказывают рафинирующее, модифицирующее и графитизирующее цействия, обеспечивая комплексное повышение физико-меха 1138427иических свойств чугуна. Положительное влияние алюминия и кальция проявляется прн минимальном содержаниикаждого 0,04 и 0,017, соответственно. При повышении содержания алюмийия У 0,203 ухудшаются литейныесвойства чугуна, а также появляетсяструктурно-свободный феррит, ухудшающий антифрикционные свойства,При содержании кальция )0,083 эффективность его положительноговлияния на физико-механическиесвойства чугуна резко снижается,усложняется технология его вводав чугун,Чугун выплавляют по известнойтехнологии в индукционной печиИЧТ 2,5 И 1. В качестве шихтовых ма.териалов используют передельный чугун, стальной лом и ферросплавы,Чугун выпускают из печи при 14201440 С. Заливку осуществляют при1350-1370 С,5 Химический состав известного ипредлагаемого чугуна и их свойствапредставлены в табл. 1 и 2,Сравнительный анализ полученныхданных свидетельствует о том, чтодополнительный ввод ванадия в составчугуна и изменение в нем соотношения хрома, кремния и меди обеспечивает улучшение износостойкости,повышение эадироустойчивости и снижение склонности к отбелу. Улучше. ние свойств чугуна предлагаемогосостава обеспечит повышение эксплуатационной стойкости поршневыхколец,1138427 1 О Таблица 2 Свойства чугуна Чугун Глубинаотбела,мм Сопро- тивлеИзнос,мг/100 ч ниезадируР, МПа Известный 2180 10,0 53,7 2040 9,0 58,2 1,0 2,5 4,0 4,0 0,5 5,0 2540 Составитель Н.Косторной Редактор Н. Егорова Техред О.Неце Корректор Г, РешетникЗаказ 10637/19 Тираж 583 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5