Високоміцний алюмінієвий чавун

Корисна модель відноситься до області ливарного виробництва і металургії та може бути використана для деталей, одержуваних методом термопластичної деформації, які працюють в умовах тертя. Відомо склад чавуну для штовхальників клапанів двигунів внутрішнього згоряння, одержуваних методом термопластичної деформації [а.с. СРСР №1524526 МКН4 С22С37/06 «Чавун» БН №43, 1989p.]. Цей чавун може бути використаний для одержання деталей методом пластичної деформації простого профілю через низьку пластичність при нагріванні до 950°С (відносне подовження при температурі 950°С складає не більш 11%). Для одержання деталей типу шестірня або зірочка, що працюють у вузлах тертя, такий чавун малопридатний. В обраному прототипі даний недолік частково усувається використанням високоміцного алюмінієвого чавуну [Лахненко В.Л., Ноговицын А.В., Шумихин B.C., Потрух А.Г., Раздобарин И.Г. Алюминиевый высокопрочный чугун для получения изделий методом пластической деформации // Процессы литья. -№3, -2004. -С.77-84]. Даний чавун застосовується для виготовлення методом пластичної деформації деталей силових і приводних передач, зокрема, зірочок, шестірень і ін., що працюють в умовах зношування. Низька концентрація у відомому чавуні кремнію при заміщенні алюмінієм в межах 2,6-3,0% негативно позначається на пластичності цього сплаву і, як наслідок, на його здатності до деформації в області температури 950-970°С. Крім того, деформований алюмінієвий чавун після загартування має структур у металевої основи, яка не забезпечує достатню твердість сплаву, що негативно впливає на його зносостійкість. Мета корисної моделі - підвищення пластичності чавун у при 950°С та зниження зношування. Поставлена мета досягається тим, що чавун, який містить вуглець, кремній, алюміній, марганець, нікель, магній і залізо, згідно з корисною моделлю, додатково містить цирконій та бор при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: вуглець 3,5-3,9 кремній 0,8-1,2 алюміній 2,2-2,6 марганець 0,1-0,2 нікель 0,3-0,5 магній 0,040-0,055 цирконій 0,15-0,45 бор 0,01-0,02 залізо решта Вибір граничних меж вмісту компонентів у ча вуні запропонованого складу обумовлено наступним. Цирконій у кількості 0,15-0,45% дозволяє одержати більш дрібнодисперсну структур у та рівномірний її розподіл за перетином заготовки, що підвищує пластичність і здатність до деформації чавуну в гарячому стані. Менше 0,15% цирконію незначно впливає на дисперсність структури, більше 0,45% цирконію вводити недоцільно, тому що зменшується пластичність чавуну. Введення в чавун бора в кількості 0,01-0,025% викликає утворення боридів, які, будучи тугоплавкими з'єднаннями, служать зародками в процесі кристалізації, що сприяє здрібнюванню зерна і кулястого графіту в чавуні. Це призводить до помітного зниження зношування чавуну після деформування. При введенні в чавун менше 0,01% бора дія його на зміну зношування чавуну мало помітно, а перевищення його змісту більше 0,025% призводить до утворення в чавуні карбідів бора, що важко розкладаються. Це значно знижує пластичність сплаву і його здатність до деформації. Введення до складу чавуну кремнію менше 0,8% погіршує пластичні властивості чавуну, а перевищення його змісту ви ще 1,2% призводить до ліквації його за перетином заготовки, що знижує пластичність сплаву та його здатність до деформації. Межі по вмісту алюмінію обрано, виходячи з умов його впливу на здатність чавуну до деформації. При такому вмісті алюмінію в структурі чавуну практично відсутні крихкі фази типу Fe3 AlCX, що перешкоджають пластичній деформації. Введення більше 2,8% алюмінію в чавун призводить до зниження його пластичних властивостей, а менше 2,4% - до збільшення зношування. Плавку відомого і запропонованого складів проводили в індукційній печі підвищеної частоти. В якості шихтови х матеріалів використовували чавунний дріб, сталеву обрізь, електронну стружку, алюміній, цирконій і феробор. Сфероідизуюче модифікування здійснювали введенням нікель-магнієвої лігатури. Заливали циліндричні зразки діаметром 30мм у керамічні форми, з яких вирізали зразки для визначення пластичності (відносного подовження) при температурі 950-970°С. Відносне подовження чавуну при такій температурі визначали за ГОСТ 9651-84 «Метали. Ме тоди випробувань на розтягання при підвищених температурах». Для визначення параметрів зносостійкості запропонованого і відомого чавунів використовували машину тертя М22М. Зразки для випробувань мали діаметр 6мм і висоту 15мм. Навантаження на зразок в умовах тертя ковзання складало 1,77МПа, швидкість ковзання - 1,5м/с. Шлях тертя призначали не менше 1км. Зношення зразків визначали як різницю між масою зразка до та після випробувань. Масу зразків визначали на аналітичних вагах з точністю до 0,0001г, інтенсивність зношування розраховували як відношення втрати маси зразка до шляху тертя. Деформацію литих зразків робили шляхом прокатки циліндричних заготовок у профільних валках, у результаті чого отримано деформовані зразки у вигляді прутків. Перед кожним проходом у валках зразки нагрівали до температури 950-970°С. Ступінь деформації прутків, отриманих у профільних валках, розраховували за формулою: e= d2 - d2 0 K d2 0 × 100% Ступінь деформації зразків для порівняльних випробувань знаходилася на рівні 60%. Хімічний склад відомого і запропонованого чавунів, а також показники пластичності та рівня зношування приведено в таблицях 1 і 2. Таблиця 1 Хімічний склад відомого та запропонованих чавунів Сплав Відомий Запропонований Запропонований Запропонований Номер плавки 1 2 3 4 С 3,9 3,5 3,7 3,9 Si 0,5 0,8 1,0 1,2 Al 2,95 2,60 2,40 2,20 Хімічний склад, мас.% Μn Ni Mg 0,15 0,3 0,040 0,10 0,3 0,040 0,15 0,4 0,046 0,2 0,5 0,055 Zr – 0,15 0,30 0,45 В – 0,01 0,02 0,03 Fe ін. ін. ін. ін. Таблиця 2 Результати порівняльних випробувань чавунів Сплав Відомий Запропонований Запропонований Запропонований Номер плавки 1 2 3 4 Інтенсивність зношування, г/км Вид термообробки абразивне сухе тертя зношування Гартування 0,113 0,565 Гартування 0,095 0,500 Гартування 0,097 0,490 Гартування 0,095 0,495 Відносне подовження при 950°С, % 30 40 41 41 Як випливає з даних таблиць 1 і 2, додаткове введення до складу чавун у цирконію та бору, а також зміна в ньому концентрації кремнію й алюмінію дозволили підвищити пластичність (δ) при 950°С у 1,33 рази, а також знизити зношування в 1,2 рази.