SU1135790A1 - Cast iron - Google Patents

Abstract

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий,бор, фосфор, титан, медь, никель и железо, отлич ающий.с   тем, что. с целью повышени  прочности и износостойкости , он дополнительно содер жит;ниобий, церий и лантан при следующем соотнюшении компонентов, мас.%: 2,8 - 3,4 Углерод 1,8 - 2,4 Кремний 0,4 - 0,8 Марганец 0,01- 0,25 Хром 0,2 - 0,8 Ванадий 0,005-0,08 Бор 0,05- 0,3 Фосфор 0,2 - 0,8 Титан 0,7 - 2,5 Медь 0,1 - 1,5 Никель 0,6 - 1,5 Ниобий 0,01- 0,03 Церий 0,02- 0,04 Лантан Остальное. ЖелезоCAST IRON, containing carbon, silicon, manganese, chromium, vanadium, boron, phosphorus, titanium, copper, nickel and iron, is distinguished by the fact that. in order to increase strength and durability, it additionally contains; niobium, cerium and lanthanum with the following ratio of components, wt.%: 2.8 - 3.4 Carbon 1.8 - 2.4 Silicon 0.4 - 0.8 Manganese 0.01-0.25 Chromium 0.2 - 0.8 Vanadium 0.005-0.08 Boron 0.05-0.3 Phosphorus 0.2 - 0.8 Titanium 0.7 - 2.5 Copper 0.1 - 1.5 Nickel 0.6 - 1.5 Niobium 0.01–0.03 Cerium 0.02– 0.04 Lanthanum Else. Iron

Description

111 Изобретение относитс  к металлургии , в частности к износостойким чугунам , примен емым дл  изготовлени  деталей, работающих в узлах трени  с ограниченной смазкой при повышенных температурах, например дл  элементов уплотнений двигателей внутреннего ег рани . Известен чугун, содержащий угле-род , кремний, марганец, хром, медь, никель, молибден, ванадий и железо при следующем содержании компонентов мае.%: Углерод3,4-3,8 Кремний2,5-3,2 Марганец . 0,5 - 0,8 Хром0,4 - 0,7 Медь0,8 - 1,2 Никель0,5 - 0,8 Молибден 0,8-1,3 Ванадий0,1-0,3 ЖелезоОстальное. Этот чугун примен етс  дл  изготовлени  поршневых колец двигателей внутреннего сгорани  и элементов уплотнени  J Однако нар ду с удовлетворительными свойствами - высоким сопротивлением схватыванию и хорошей обраб 1тываемостью, он недостаточно износ стоек, особенно при работе в паре износостойкими покрыти ми. Наиболее близкю4 к предлагаемом по технической сущности и достигае мому результату  вл етс  чугун содержащий мас.%: 3,0 - 3,8 Углерод 1,6 - 3,0 Кремний 0,4 - 1,0 Марганец 0,45- 1,35 0,03- 0,18 Ванадий 0,005-0,1 0,1 - 0,5 Фосфор 0,02- 0,3 0,3 - 1,0 0,8 Никель 0,1 Остальное Железо Однако содержание хрома в чугун известного состава более 0,3% приводит к образованию сложного карби ( Ре,Сг)лС ,неустойчивого к воздействию высоких температур, что при экстремальных услови х трени  спо собствует резкому снижению износо стойкости. Цель изобретени  - повышение прочности и износостойкости.чугун Поставленна  цель достигаетс  ем, что чугун, содержащий углерод, ремний, марганец, хром, ванадий, ор, фосфор, титан, медь, никель и елезо, дополнительно содержит ниоий , церий и лантан при следующем оотношении компонентов,мае.%: 2,8 - 3,4 Углерод 1,8 - 2,4 Кремний 0,4 - 0,8 Марганец 0,01- 0,25 0,2 - 0,8 Ванадий 0,005-0,08 0,05- 0,3 Фосфор 0,2 0 ,7 0 ,1 Никель 0,6 - 1,5 Ниобий 0,01- 0,03 0,02- 0,04 Лантан Остальное Железо Введение углерода и кремни  меньше нижнего предела приводит к отбелу и ухудшению обрабатываемости. Повышение их выше верхнего предела способствует увеличению размеров включений графита пластинчатой формы , а также по влению фериттной структурной составл ющей, что св зано со снижением износостойкости; Введение марганца меньше нижнего предела не оказывает вли ние на структуру, а следовательно, и на прочностные свойства сугуна. Присадка марганца вьше верхнего предела повышает твердость, что отрицательно сказываетс  на обрабатываемости чугуна - увеличиваетс  расход режущего инструмента, а износостойкость остаетс  без увеличени . Фосфор способствует увеличению жидкотекучести и износостойкости, однако введение его больше верхнего предела приводит к образованию рыхлот и снижению прочности. Добавка малых количеств хрома приводит к образованию дисперсных карбнцов, что положительно сказываетс  на равномерности структуры металлической основы. Присадка его меньше нижнего предела практически не оказывает вли ни , а выше верхнего предела - приводит к образованию карбида (Ге,Сг)лС , неустойчивого к воздействию высоких температур, что способствует снижению износостойкости при трении скольжени . Никель и медь способствуют графи-; тизации, улучшают структуру, снижают склонность к отбелу и увеличивают в зкость чугуна. Содержание.этих элементов выше верхнего предела приводит к тому, что никель способствует усилению графитизации, а медь начинает выдел тьс  в свободном состо нии. Это приводит к снижению прочностных свойств, теплопроводности , а следовательно, и износостойкос ти. Введение этих элементов меньше нижнего предела практически не оказывает вли ни - на процесс кристаллизации расплава, а следовательно, свойства чугуна. Присадка бора в пределе 0,0050 ,08% приводит к образованию мелкодисперсных карбидов бора с большой температурой плавлени , которые ста билизируют границы зерен металлической основы, замедл ют рост зерен, способству  тем самым образованию мелкодисперсной структуры и увеличе нию прочностных свойств чугуна при высоких температурых. Одновременно увеличиваетс  износостойкость деталей в процессе трени . Аналогичное вли ние оказывают ва надий и титан. В частности вли ние титана про вл етс  через его раскислительное и нитридообразующее действие на состо ние расплава, измен   при этом услови  кристаллизации . В результате происходит увеличение жаростойкости и жаропрочности легированного серого чугуна.Присадк ванади  мецьше нижнего предела недостаточна , а больше - ведет к увеличению содержани  карбидов, что не позвол ет получать требуемую структуру . Введение титана меньше нижнего предела не оказывает вли ние на расплав , а больше - ведет к загр знению жидкого металла неметаллическими включени ми. Присадка ниоби  приводит к уменьшению отбела чугуна, увеличению количества эвтектических зерен на единицу площади, стабилизации и однород ности структуры. Это непосредственно св зано как с увеличением свойств чугуна при повышенных температурах, так и с увеличением износостойкости Содержание ниоби  меньше нижнего предела не приводит к необходимым свойствам, т.е. в недостаточной сте пени стабилизирует перлитную структу ру. Введение ниоби  ныте верхнего предела хот  и приводит к увеличенику износостойкости, однако обрабатываемость отливок резко ухудшаетс . Эффективность вли ни  процесса легировани  на износостойкость серого чугуна заметно повьш1аетс  при модифицировании лантаном и церием. Это св зано с изменением характера неметаллических включений, распределением локальных напр жений, а микроструктура, полученна  в отливках из этого чугуна, практически полностью удовлетвор ет требовани м которые предъ вл ютс  к структурам износостойких сплавов. Присадка этих элементов меньше нижнего предела неэффективна, а выше верхнего предела приводит к по влению в структуре чугуна интерметаллидов , которые ухудшают прочностные свойства чугуна, а следовательно износостойкость деталей. Пример. Выплавку провод т в индукционной печи ИСТ 016 с кислой футеровкой. В жидкий металл при 490-I520 С вводили легирующие элементы; медь, никель, ниобий, бор, феррованадий,ферротитан и феррофосфор. Дробленный ферросилиций ФС75, церий и лантан ввод т в ковш за 3-5 мин до разливки чугуна. Заливку в разовые формы осуществл ют при 14201380с . Химический срстав выплавленных чугунов приведен в табл.1. Образцы каждой плавки испытывают на прочность и твердость при различных температурах, а также определ ют теплопроводность, модуль упругости и износостойкость. Испытани  на износ провод т на машине трени  с возвратко-поступательным движением с усилием 500-2000 кгс/см в течение 20 ч. Результаты испытаний представлены Б т бл.2. Испытани  показали, что предлагаемый чугун обладает более высокими физико-механическими свойствами таки ми, как статическа  прочность и твердость при высоких температурах, модуль упругости и износостойкость. Полученные свойства позвол ют заключить , что низколегированный чугуи можно с успехом использовать в изготовлении деталей, работающих в узлах трени  с ограниченной смазкой.111 The invention relates to metallurgy, in particular, wear-resistant cast irons, used for the manufacture of parts operating in friction units with limited lubrication at elevated temperatures, for example, for the sealing elements of internal engine engines. Known cast iron containing carbon, silicon, manganese, chromium, copper, nickel, molybdenum, vanadium and iron with the following content of components in May.%: Carbon3.4-3.8 Silicon2.5-3.2 Manganese. 0.5 - 0.8 Chrom0.4 - 0.7 Copper0.8 - 1.2 Nickel0.5 - 0.8 Molybdenum 0.8-1.3 Vanadium 0.1-0.3 IronEstalled. This cast iron is used to manufacture the piston rings of internal combustion engines and sealing elements. However, along with satisfactory properties — high resistance to adhesion and good processing, it is not sufficiently wear-resistant, especially when working in steam with wear-resistant coatings. The closest 4 to the proposed technical essence and the achieved result is cast iron containing wt.%: 3.0 - 3.8 Carbon 1.6 - 3.0 Silicon 0.4 - 1.0 Manganese 0.45 - 1.35 0.03- 0.18 Vanadium 0.005-0.1 0.1 - 0.5 Phosphorus 0.02- 0.3 0.3 - 1.0 0.8 Nickel 0.1 Iron Rest However, the chromium content in iron is known composition of more than 0.3% leads to the formation of complex carbi (Fe, Cr) LS, which is unstable to the effects of high temperatures, which, under extreme conditions of friction, contributes to a sharp decrease in wear resistance. The purpose of the invention is to increase the strength and durability. Pig iron components, May.%: 2.8 - 3.4 Carbon 1.8 - 2.4 Silicon 0.4 - 0.8 Manganese 0.01-0.25 0.2 - 0.8 Vanadium 0.005-0.08 0.05–0.3 Phosphorus 0.2 0, 7 0, 1 Nickel 0.6 - 1.5 Niobium 0.01– 0.03 0.02– 0.04 Lanthanum Rest Iron Introduction of carbon and silicon less than the lower limit leads to bleaching and deterioration of workability. Increasing them above the upper limit contributes to an increase in the size of platelet-shaped graphite inclusions, as well as to the appearance of a ferrite structural component, which is associated with a decrease in wear resistance; The introduction of manganese less than the lower limit does not affect the structure and, consequently, the strength properties of sugun. The addition of manganese above the upper limit increases the hardness, which adversely affects the workability of cast iron - the cutting tool consumption increases, and the wear resistance remains without an increase. Phosphorus contributes to an increase in fluidity and wear resistance, but the introduction of it more than the upper limit leads to the formation of loose and reduce strength. The addition of small amounts of chromium leads to the formation of dispersed carbints, which has a positive effect on the uniformity of the structure of the metal base. Its additive less than the lower limit has practically no effect, and above the upper limit it leads to the formation of carbide (Ge, Cr) LS, which is unstable to high temperatures, which contributes to a decrease in wear resistance under sliding friction. Nickel and copper contribute graphically; tizatsii, improve the structure, reduce the tendency to chill and increase the viscosity of the iron. The content of these elements above the upper limit leads to the fact that nickel contributes to the enhancement of graphitization, and copper begins to precipitate in a free state. This leads to a decrease in the strength properties, thermal conductivity, and, consequently, wear resistance. The introduction of these elements below the lower limit has virtually no effect on the process of melt crystallization, and therefore, the properties of cast iron. Boron addition in the limit of 0.0050, 08% leads to the formation of fine boron carbides with a high melting point, which stabilize the grain boundaries of the metallic base, slow down grain growth, thereby contributing to the formation of a finely dispersed structure and increasing the strength properties of cast iron at high temperatures. At the same time, the wear resistance of parts during friction increases. A similar effect is exerted by wa and nadium and titanium. In particular, the effect of titanium is manifested through its deoxidizing and nitride-forming effect on the state of the melt, changing the conditions of crystallization. As a result, there is an increase in heat resistance and heat resistance of doped gray cast iron. The vanadium less than the lower limit is insufficient, and more leads to an increase in the carbide content, which does not allow obtaining the required structure. The introduction of titanium less than the lower limit does not affect the melt, but more - it leads to contamination of the liquid metal with non-metallic inclusions. The addition of niobium leads to a decrease in the chilling of pig iron, an increase in the number of eutectic grains per unit area, and stabilization and homogeneity of the structure. This is directly related to both the increase in the properties of cast iron at elevated temperatures and the increase in wear resistance. The content of niobium less than the lower limit does not lead to the required properties, i.e. insufficiently stabilizes the pearlitic structure. The introduction of the upper limit niobium whilst leads to an increase in wear resistance, however, the workability of castings deteriorates dramatically. The effectiveness of the alloying process on the wear resistance of gray iron is markedly increased by the modification of lanthanum and cerium. This is due to the change in the nature of non-metallic inclusions, the distribution of local stresses, and the microstructure obtained in castings from this iron almost completely satisfies the requirements imposed on the structures of wear-resistant alloys. The addition of these elements below the lower limit is inefficient, and above the upper limit results in the appearance of intermetallic compounds in the cast iron structure, which impair the strength properties of the iron and, consequently, the wear resistance of the parts. Example. Smelting is carried out in an IST 016 induction furnace with an acidic lining. At the liquid metal at 490-I520 С alloying elements were introduced; copper, nickel, niobium, boron, ferrovanadium, ferrotitanium and ferrophosphorus. The crushed ferrosilicon FS75, cerium and lanthanum are introduced into the ladle 3-5 minutes before casting iron. Filling in one-off forms is carried out at 14201380s. Chemical srstav smelted iron is given in table.1. Samples of each heat are tested for strength and hardness at different temperatures, and thermal conductivity, elastic modulus and wear resistance are determined. The wear tests were carried out on a reciprocating friction machine with a force of 500-2000 kgf / cm for 20 hours. The test results are presented in Bt bl.2. Tests have shown that the proposed cast iron possesses higher physicomechanical properties, such as static strength and hardness at high temperatures, elastic modulus and wear resistance. The properties obtained allow us to conclude that low-alloy cast irons can be successfully used in the manufacture of parts operating in friction units with limited lubrication.

COCO

vOvO

COCO

COCO

inin

ftft

;;

«Ч"H

оabout

оabout

оabout

COCO

- in- in

rr

COCO

COCO

CN|CN |

«JCO"JCO

--

Claims (1)

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий,бор, фосфор, титан, медь, никель и железо, отличающий.ся тем, что, с целью повышения прочности и износостойкости, он дополнительно содер;· жит; ниобий, церий и лантан при следующем соотношении компонентов, мас.%:PIG IRON containing carbon, silicon, manganese, chromium, vanadium, boron, phosphorus, titanium, copper, nickel and iron, characterized in that, in order to increase strength and wear resistance, it additionally contains; niobium, cerium and lanthanum in the following ratio of components, wt.%: Углерод Carbon 2,8 - 3,4 2.8 - 3.4 Кремний Silicon 1,8 - 2,4 1.8 - 2.4 Марганец Manganese 0,4 - 0,8 0.4 - 0.8 Хром Chromium 0,01- 0,25 0.01 - 0.25 Ванадий Vanadium 0,2 - 0,8 0.2 - 0.8 Бор Boron 0,005-0,08 0.005-0.08 Фосфор Phosphorus 0,05- 0,3 0.05-0.3 Титан Titanium 0,2 - 0,8 0.2 - 0.8 Медь Copper 0,7 - 2,5 0.7 - 2.5 Никель Nickel 0,1 - 1,5 0.1 - 1.5 Ниобий Niobium 0,6 - 1,5 0.6 - 1.5 Церий Cerium 0,01- 0,03 0.01-0.03 е 8 e 8 Лантан Lanthanum 0,02- 0,04 0.02-0.04 Железо Iron Остальное- Rest- £ £ 1 11357901 1135790