SU1062295A1 - Чугун - Google Patents

Abstract

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий , азот, титан, редкоземельные металлы и железо, отличающийс , тем, что, с целью повышени  износостойкости в агрессивной среде, содержащей сернистый газ и двуокись углерода, он дополнительно содержит сурьму при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: 2,9-3,5 Углерод 1,7-2,7 Кремний О, 3-0,8 Марганец 0,1-0,8 Хром 0,05-0,8 Никель 0,15-0,5 Ванадий с S 0,005-0,02 Азот 0,02-0,15 Титан (Л Редкоземельные 0,005-0,02 металлы 0,005-0,3 Сурьма Остальное Железо

Description

о

ND ND

со сл

Изобретение относитс  к металлургии , а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, и может быть использовано дл  изготовлени  особо ответственных отливок, работающих в услови х трени , скольжени  в агрессивной среде сернистого газа (зОл) и двуокиси углерода (COj). .

Известны в литейном производстве высокоуглеродистые сплавы железа содержащие кремний, марганец, хром, ванадий, титан и азот. Указанные сплавы за счет комплексного легировани  карбидообразующими элементами имеют высокие механические свойства 1 - 2 .

Однако сплавы имеют недостаточну износостойкость и коррозионную стойкость в парах трени , работающих в особо т пкелых услови х - повышенные температуры, высокие удельные нагру ки , агрессивна  атмосфера сернистог газа и двуокиси углерода.

Наиболее близким к предлагаегЮму по техническо сущности и достигаемму положительному эффекту  вл етс  чугун следующего .химического состава , мас.%:

Углерод2,9-3,5

Кремний1,7-2,7

Марганец 0,3-0,8 Хром0,1-0,5

Никель0,05-0,3

Ванадий 0,15-0,5 Титан0,02-0,15

Азот 0,005-0,03

Церий0,005-0,02

Алюминий 0,001-0,1 ЖелезоОстальное

Известнглй чугун игдеет в своем составе комплекс элементов (марганец , хром, в-анадий, никел ь, азот) , стабилизирующих и легирующих карбидную фазу чугуна, что обеспечивает высокие механическне свойства материала з .

Однако использование известного чугуна дл  изготовлени  гильз цилиндров форсированных двигателей внутреннего сгорани  не целесообразно ввиду недостаточной эксплуатационной надежности пары трени . При работе форсированных карбюраторных двигателей в результате сгорани  топлива образуютс  газы, среди которых значительный процент составл ют двуокись углерода и двуокись серы. Соедин  сь с конденсатом вод ного пара, содержащегос  так же в продуктах сгорани , образуютс  кислоты и , которые взаимодействуют с поверхностью металла и снижают эксплуатационные характеристики пары трени .

Целью изобретени   вл етс  повышение износостойкости в агрессивной среде, содержащей сернистый га и двуокись углерода.

Указанна  цель достигаетс  тем,ч чугун, содержащий углерод,кремний ,мганец , хром, никель, ванадий, азот титан, редкоземельные металлы и жезо , дополнительно введена сурьма п следующем; соотношении ингредиентов мае.%:

2,9-3,5

Углерод 1,7-2,7 Кремний 0,3-0,8 Марганец 0,1-0,3 Хром 0,05-0,8 Никель 0,15-0,5 Ванадий 0,005-0,02 Азот 0,02-0,15 Титан Редкоземельные металлы

(РЗМ)0,005-0,02

Сурьма 0,005-0,3 Железо .Остальное

Наличие в составе чугуна сурьмы приводит к повы111ению дисперсности и- стабильности при высоких температурах перлитной структурной составл ющей. Структура чугуна состоит из комплекснолегированного хромом, никелем, ванадием, титаном, сурьмой перлита мелких включений графита. Добавки сурьмы благопри тно сказываютс  на измельчении первичной структуры, что св зано с повышением прочноетнь1 .х характеристик чугуна. Кроме ввод сурьмы в расплав перед разливкой значительно снижает вли ние температурно-временных условий на структуру чугуна и дает возможность получать перлитную металлическую основу материала и расширить интервалы температуры заливки и выдержки металла в ковше, предусмотрен нце техническими услови ми процесса плавки.

Легирование металлической основы , повышение дисперсности перлита и равномерное распределение графита повьпиает износостойкость чугуна в агрессивных средах. Склонность чугуна к адгезии минимальна . Повышение износостойкости в агрессивных газовых средах достигаемое при легировании сурьмой за счет полного исключени  микроучастков на поверхности гильзы, зан тых ферритом..

Дл  получени  чугуна выплавлены три состава сплавов, содержащих ингредиенты на нижнем, среднем и верхнем уровн х, Содер хание железа при этом составл ет дополнительно до 100-0 в каждом сплаве. Дл сравнительных испытаний использован известные чугун со средним содержанием легирующих элементов. Химические составы исследуемых чугнов представлены в табл.1.

Т

Содержание компонентов, мас.%

Сплав

С Si I Мп Гсг I N1 TV Т К JTi Fsb . ТрМЭ1 Се Т

3,2 2,2 0,55 0,3 0,15 0,31 0,01 0,1

Известный Предлага2 ,9 1,7 0,3 0,1 0,05 емый 1. 3,2 2,1 0,5 0,35 0,35 3,5 2,7 0,8 0,8 0,8

Чугуны плав т в тигельной индукционной печи емкостью 40 кг с килой футеровкой. В качестве ошхты используют литейный чугун марки ЛК-3, стальной лом, ферросплавы РЗМ (35% РЗк), кремни  (45% кремни ) , хрома (30% хрома) , ванади  (45% .ванади ), титана (30% титана, азотированный ферромарганец (5% азота 75% марганца), кристаллическа  сурьма и никель, Сурьму и РЗК ввод т в расплав перед заливкой. Величины добавок расчитывают исход  из среднего усвоени  кремни , никел , ванади , сурьмы, марганцаи хрома

Таблица 1

Fe

0,05 Осталь ное

на уровне 85-95%, титана 70-80%,

РЗМ 60-70%,-азота 50-60%..

Образцы дл  испытаний отливают в сухую форму. Испытани  на износостойкость провод т в услови х сухого трени  скольжени  в паре с улучшенной сталью 45 твердостью 48 HR, при нагрузке 15 кгс/мм и скорости скольжени  2,0 м/с, на машине трени  типа МТ-2 в атмосфере 30 и СО2. Износ оценивают в граммах, приведенных к 1000 м пути относительного перемещени  образца по поверхности контртела Полученные результаты представлены

в табл.2.

I

Таблица 2 0,15 0,0050,02 0,0050,005 0 ,28 0,01 0,1 0,2 0,09 - ,5 0,02 0,15 0,3 0,02 -

Известный

Как видно из табл.2, дополнительное введение в состав сурьмы в указанных концентраци х повышает износостойкость материала в агрессивных средах. При этом материал обладает оптимальной твердостью, позвол ющей проводить механическую обработку отливок без изменени  технологического процесса.

Структура металлической основы предлагаемого чугуна перлитна  с равномерно распределенными включени ми графита средних размеров. Высока 

1,22

62

227

степень дисперсности перлита и его комплексное легирование, наличие

5 дисперсных карбонитридов V,Ti обеспечивают хорошие эксплуатационные свойства пары трени  в особо т желых услови х работы.

Пределы содержани  компонентов

0 установлены исход  из получени  благопри тного сочетани  механических свойств износостойкости и коррозионной стойкости чугуна. Повышение концентрации сурьмы выше 0,3% при-о водит к по влению ледебурита в структуре , что усложн ет механическую .обработку отливки. Нижний предел 0,005% сурьмы обеспечивает стабильное получение перлитной матрицы чугунов с различным содержанием углерода и кремни  1,7%). Минимгшьное содержание углерода (2,9%) и кремни  (1,7%) вызвано необходимостью получени  металлической матри цы без метастабильной фазы. Максимальное (3,5 и 2,7% соответственно)получение перлитной структуры с количеством феррита не более 10%. Содержание хрома (о,1-0,8%) никел  0,05-0,5%), ванади . (0,15-0,5%), титана До,08-0,15}, азота (0,0050 ,02%), выбираетс  из услови  максимального упрочнени  металлической основы. Увеличение концентрации элементов выше верхнего предела повышает склонность чугуна к отбелу. Пределы содержани  РЗМ (0,005-0,0 обеспечивают получение отливок без отбела Оптимальный состав содержит мас.%: Углерод Кремний Марганец Никель Ванадий Сурьма Технологи  получени  чугуна по предлагаемо14у изобретению включает плавку компонентов, насыщение расплава азотом путем введени  азотированного ферромарганца и обработку расплава перед заливкой сурьмой и РЗМ. Предлагаемый чугун наиболее эффективно использовать дл  изготовлени  отливок гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорани . Экономический эффект от применени  составит 700 тыс. руб. в год.

Claims (1)

1. ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, азот, титан, редкоземельные металлы и железо, отличающийся. тем, что, с целью повышения износостойкости в агрессивной среде, содержащей сернистый газ и двуокись углерода, он дополнительно содержит сурьму при следующем соот-

   Ношении ингредиентов, мас.%: Углерод 2,9-3,5 Кремний 1,7-2,7 Марганец 0‘, 3-0,8 Хром 0,1-0,8 Никель 0,05-0,8 Ванадий 0,15-0,5 о Азот 0,005-0,02 и* S Титан 0,02-0,15 Редкоземельные (Л металлы 0,005-0,02 Сурьма 0,005-0,3 CZ Железо Остальное —·> о to го с©

   СИ >