Высокопрочный чугун

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано как антифрикционный материал, в частности, для изготовления деталей, работающих в условиях с повышенными окружными скоростями. Предложен высокопрочный чугун, включающий углерод, кремний, марганец, магний и железо, который дополнительно содержит титан, церий и никель при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 3,1 - 5,5, кремний 2,2 - 2,7, марганец 0,5 - 0,8, никель 0,5 - 2,0, магний 0,03 - 0,06, титан 1,2 - 8,0, церий 0,02 - 0,20, железо остальное. Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости и твердости при сохранении высокого уровня механических свойств чугуна. Улучшение антифрикционных свойств обеспечивает хорошую прирабатываемость, снижение шума и улучшение обрабатываемости резанием. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам высокопрочных чугунов, которые могут найти применение при изготовлении деталей, работающих в условиях трения с повышенными окружными скоростями.

Известны высокопрочные чугуны с шаровидным графитом ВЧ-60, ВЧ-80, имеющие следующий состав, мас.%: ВЧ-60 Углерод - 3,0 - 3,6 Кремний - 2,4 - 2,8 Марганец - 0,4 - 0,7 Никель - Не более 0,4 Кальций - Не более 0,5 Медь - Не более 0,3 Фосфор - 0,1 Сера - 0,02
Железо - Остальное
ВЧ - 80
Углерод - 3,2 - 3,6
Кремний - 2,6 - 2,9
Марганец - 0,4 - 0,7
Никель - Не более 0,6
Кальций - Не более 0,4
Медь - Не более 0,4
Фосфор - 0,1
Сера - 0,01
Железо - Остальное
Недостатком известных чугунов являются низкие антифрикционные свойства.

Наиболее близким к предлагаемому чугуну по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является чугун марки АЧВ-2, содержащий, (мас. %):
Углерод - 2,8-3,5
Кремний - 2,2-2,7
Марганец - 0,4-0,8
Магний - 0,03-0,08
Сера - не более 0,03
Фосфор - не более 0,2
Железо - Остальное [2]
Недостатком этого чугуна являются относительно низкие антифрикционные свойства.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка, а именно улучшение антифрикционных свойств высокопрочного чугуна.

Решение указанной задачи достигается за счет того, что чугун, включающий в свой состав углерод, кремний, марганец, магний и железо, дополнительно содержит титан, церий и никель, при этом компоненты взяты при следующем соотношении, мас.%:
Углерод - 3,1-5,5
Кремний - 2,2-2,7
Марганец - 0,5-0,8
Никель - 0,5-2,0
Магний - 0,03-0,06
Титан - 1,2-8,0
Церий - 0,02-0,20
Железо - Остальное
Введение титана в количестве 1,2-8,0 мас.% в известный чугун обеспечивает образование карбидов титана и позволяет повысить антифрикционные свойства чугуна получением структуры, соответствующей принципу Шарпи, повышением степени дисперсности, получением зернистого перлита, увеличением микротвердости, твердости и теплостойкости чугуна.

При содержании титана до 1,2 мас.% увеличение антифрикционных свойств незначительно, при содержании титана более 8,0 мас.% повышенное содержание неметаллических включений резко снижает прочность материала, увеличивает склонность к образованию трещин.

Дополнительное введение церия в количестве 0,02-0,20 мас.% в чугун устраняет эффект деглобуляризации графита титаном и поддерживает механические свойства материала на высоком уровне. Содержание основных компонентов (углерода 3,1-5,5 мас.%, кремния 2,3-2,7 мас.%, марганца 0,5-0,8 мас.%, магния 0,03-0,06 мас. %) принято на основании практики производства антифрикционных чугунов с повышенными механическими свойствами.

Содержание легирующего элемента никеля 0,5-2,0 мас.% обеспечивает прочность матрицы в условиях трения при повышенных нагрузках.

Техническим эффектом от использования изобретения является повышение износостойкости и твердости при сохранении высокого уровня механических свойств. Улучшение антифрикционных свойств обеспечивает повышение долговечности, хорошую (быструю) прирабатываемость, снижение шума при работе, улучшение обрабатываемости резанием.

Опытную плавку антифрикционного чугуна проводили в индукционных печах с магнезитовой футеровкой. В качестве шихтовых материалов использовали литейные и передельные чугуны, чугунный и стальной лом, карбюризаторы, лом титана, ферросилиций.

Модифицирование никель-магниевой лигатурой и цериевым мишметаллом проводили в ковше при температуре 1400-1450^oC в зависимости от содержания титана в чугуне. Разливку чугуна в литейные формы для получения износостойких отливок проводили при температуре 1350-1400^oC.

В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок.

В табл. 2 приведены механические и антифрикционные свойства чугунов опытных плавок, полученные по стандартным методикам на образцах в литом состоянии и после термической обработки, заключающейся в отжиге при температуре 600^oC.

Как следует из табл. 2, дополнительный ввод в чугун известного состава титана, церия, никеля позволяет повысить износостойкость чугуна в 4,2-5,9 раз.

Указанные свойства обеспечивают высокие технологические и эксплуатационные свойства: обрабатываемость резанием, быструю прирабатываемость, снижение шума при работе и повышение долговечности.

Формула изобретения

Высокопрочный чугун, включающий углерод, кремний, марганец, магний и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит титан, церий и никель при следующем соотношении компонентов мас.%:
Углерод - 3,1 - 5,5
Кремний - 2,2 - 2,7
Марганец - 0,5 - 0,8
Никель - 0,5 - 2,0
Магний - 0,03 - 0,06
Титан - 1,2 - 8,0
Церий - 0,02 - 0,20
Железо - Остальноет

РИСУНКИ

Рисунок 1