Чугун

 

ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, ванадий, титан, олово и железо, отличающийся тем,,что, с целью повыаения фрикционной стойкости и снижения себестоимости, он содержит компоненты при следующем соотношении , мас.%: Углерод ,5 Кремний 1,0-2,0 Марганец 0,2-0,9 Фосфор 0,7-1,5 Ванадий 0,05-0,5 Титан 0,03-0,18 Олово 0,001-0,02 Железо Остальное § (Л

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19} (11}

3(51} С 2 2 С 3 7 1 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ :

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЬЩ.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3423486/22-02 (22) 15.04.82 (46) 07.03.84. Бюл. Р 9 (72) Э.Л.Воробьева, А.Т.Головатый, Е.A,ßêoâëåâ, С.В.Кочевых, l0.Ei.Сухарников, Б.Л.Левинтов, Ю.EE.Милявский и В.H.Eiàùåíêo (71) Уральский научно-исследовательский институт черных металлов (53) 669. 15-196 (088 ° 8) (56) 1. Патент СИЛ }} 3767386, кл. С 22 С 37/06, опублик. 1972, 2. Патент Японии Р 47-101154, кл. С 22 С 27/06, опублик. 1972. (54) (57) ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, ванадий, титан, олово и железо, о т л ич а ю шийся тем,,что, с целью повыаения фрикционной стойкости и снижения себестоимости, он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.Ъ:

Углерод

Кремний

Марганец

Фосфор

Ванадий

Титан

Олово

Железо

1077946

Изобретение относится к металлургии, в частности к чугуну для изготовления отливок, работакщих в условиях износа трением, например тормозных колодок.

Иэ весте н чугун (1), еодержащий, вес.%:

Углерод 2,7-3 5

Кремний 1,0-2,0

Марганец 0,4-1,5

Фосфор 1,0-3,0

Сера до 0,15

Титан 0,3-0,7

Ванадий О, 05-0, 3 или хром О, 10-0, 25 или молибден 0,15-1,25

Железо Остальное

Известный чугун обладает недостаточной фрикционной стойкостью и содержит дорогостоящий молибден.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является чугун (2), содержащий, вес.%:

Углерод 2,5-3,8

Кремний 0,8-2,2

Марганец 0,2-1,5

Фосфор 0,05-0,5

Ванадий 0,1-0,3

Титан 0,03-0, 18

Сера 0,05

Олово 0,04-0,20

Хром 0,5-0,7

Железо Остальное

Известный чугун имеет недостаточную фрикционную стойкость и повышенную себестоимость 1 т годного литья.

Целью изобретения является повышение фрикционной стойкости и снижение себестоимости.

Указанная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, ванадий, титан, олово и железо, содержит компоненты. при следующем соотношении, мас.%!

Углерод 2,8-3,5

Кремний 1,0-2,0

Марганец 0,2-0,9

Фосфор 0,7-1,5

Ванадий 0,05-0,5

Титан О, 03-0 i 18

Олово 0,001-0,02

Железо Остальное

Установлено, что определяющий вид износа чугуна-прототипа - атермическое, схватывание, когда износостойкость зависит, в основном, от механических свойств чугуна (твердости, прочности). При рабо-е на износ ,предложенного фосфористого чугуна определяющим становится другой вид износа - окислительный изнас, являющийся наименее вредным с точки зрения износостойкости чугуна. Увелиf0

60 чение в чугуне содержания фосфора (до 1,5%) и снижение содержания оло- ва (н 2 и более раза) способстнует расширению интервала окислительного износа у предложенного чугуна по сравнению со всеми другими видами чугунов эа счет образования сетки фосфидной энтектики в чугуне и за счет наличия н структуре 10-15% феррита. Сетка фосфидной энтектики, являясь наиболее твердой структурной составляющей чугуна, в начальный момент износа выступает над основной массой металла и истирается под действием нагрузки. При этом на поверхности трения температура чугуна до стигает 1000 С. В результате чугун покрынается пленкой окислов, которая предохраняет оснонной металл от разрушения и сама работает на износ.

Для высокой износ стойкости необходимо, чтобы скорость образования защитных пленок была равна скорости их разрушения.

Прочность окисных пленок определяется их составом, толщиной, наличием на поверхности трения термических трещин. Определяющее влияние на прочность окисных пленок оказывает фосфор и олово. Наличие тонкой сетки фосфидной эвтектики препятствует. проникновению газов внутрь чугуна (в отличие от окисления на поверхности металла при трении). При увеличении содержания фосфора выше 1,5%, когда сетка приобретает грубое строение, эта закономерность нарушается, что янляется причиной ограничения содержания фосфора н предложенном чугуне до 1,5%. Как показали данные термографического анализа, начиная с содержания фосфора 0,7%, окисная пленка содержит помимо окислон железа оксиды примесей »5» и М»», что способствует более прочной связи окислов с металлической основой чугуна, а также сохранению равенстна скорос тей образования и разрушения окисных пленок.

Термографический анализ показал, что окислительный износ начинается с

540» С. При трении чугун разогревается до 1000ОС, что соответствует протеканию процессов окисления в подкритической и надкритической (выше 920 С для предложенного чугуна) области.

Если для обычных чугунов (чугун-прототип,.например) на процесс окисления структура матрицы не оказывает определяющего нлияния, то для предложенного чугуна это влияние существенно.

Результаты сравнительного анализа микроструктуры фрикционной стойкости известного (21, базового и предложенного чугуна приведены и таблице.

1077946 и

М о, с х

6) йИ

Щ Ф О\

О Ъ

<ч сч

% Ю

Ю О

ОЪ 1М

Ръ н Ф н ф ch и < Ъ (М

Ь Ь Ь

О О Ю

ОЪ 0 4

m г ф

Ю tO Ol

О Ю

Ю % с

О О О

Ill сч

МЪ

I 1

ФФ9 х9н х Sv

9»х

g0v

9 lL с(ао о

Х

Ю О Ю

СЧ Р 00

1 I Ф

I 9 Ì

I 0 X

I t-9

o g

I В М

РЪ а

СЧ в

«4

0 е

tC Ж

0,О х

ФхХ (ч Ц 1ч х х х &9

0,O I мох 4 & 0) Г ! Д1Е

1 g Ф

Ц Я с ! oух ахи

Ю

Ю

Ю

Ю

Ю

Ю

СО

О

D (O с

0I

Ф х ж

& 0

si

0 Е»

9 Х<Ю

C)

Ю н4 о о

5 о о о х о о

М

t4

Ю

Ю н

М

1 н

D нч

Ю

tg 1О х ю х

Ф

0 м

Я !

ttl о

N 4 3

9 щ н О\, М

Г Ъ

М н

М

CO

М!

Ъ н

I

I u

М с

РЪ

Ю с

С Ъ

9

0, 1

» I

Х Х I

»О I

C49 I

u3 l

t.

l

I ! Ф

I Pi

I

1

1 "3

I u

I

I . I

1 а ! и о 1 (911

R I

I (6

Х I

» I

Гч I )

» I ь х 1

9 1 ! 10

V I о

V 1

:х х 1 X

Х 1 о

9 I

Р I

Х н

I cn

I р н еч ф со а

Н Н М <"Ъ

lA СО <Ч сР (Ч Ф

e e в

% М с а с с сч сч сч <ч e e

Ю ЮЮ

Ю Ю D D et

<ч cl co н н1 н

Г Ъ

3-Л с

Ю х (ч о э

9 с

Щ Ю

6) х

Ю О Ю

О О О О ОЪ

СЧ W а Н

1077946

lA ф( с(» () э о о ( с с о о

О« (»»1 (3Ъ

Ю с

D е ((ъ о ( (О (д>

«

« о о

4 с о о х

Я а х

Ф 1

М 1

Ц 1 о а, I

П 1

Ф Э

5bo

>«М4 аох

Н с

М Э фон

Ю ь (Ю о («(«(р

I

1

I («3 а е

I

Ф х аох (33ХХ1 нчн !.Ихх ао и ((3 О ф 1.Мьф 3

I

1 1 Э

eа31х а е

О

О (»1

«" (О 3 3 (3»- ф X

D о

Ю

Ю

О

Ю

СО ((3 а 1 а

H 61&

Х g 1 —>а! ан I (31O

uX I e

1 g

Ю

«-(с н

М дР

Ц о х

v о о х

5 о о о х он о!

3 ! э

1 Рч I

l . I

1

I «3

»О

Ю

Ю (D с

«( о

D с

I .

I

«-(с

Ю (»»(D с

»-(C) с

Ю (Ч с

Ю ( с

lA

Ю с

«-(с о (с с ь

О ) с

Ю («3

Ю (Ч с

«-«

\ (с

D с

«" ( (Ч с («»l

Ol с

Ю с («Ъ (с (Ч

1

1

t

1

I

-1

1

1

I

1

I

1

I

I

I .3

I

1

1

1

I

1

3.

I У!

»(P 3

О1

Ф t ф 1

1»(1Н ((I

Ь!

Ф 1

I W ф 1 (ф н

v о о!о.

V l (. 333

И 1

1

CO (Л (1 (( (3 О (© 0(о о < с с о о о о. о о о и («-((«3 «3» (,(р (Ч ° (» ц

С5 («(° (((( ((с » с

Ю î о о о о о

«" (а (П(Ю л

° -(» с с

Ю Ю Ю

Ю О о д (О (л.

«-1 («(Ю (Ч (g g) с с с о о

Ю

Ю Ю

«4 («(!

» с о о х

44} м

5 1

Ю

4!I !

4Ч «Ф

«1 4Ч о о гс с

«4 «4

}Г} «4

«-4 4«4

4Ч 4Ч ф ф с с о о о э

«4

c}a ch о о с с о о

Э но о 1

Х о с х Ф и Е ь о о ф о о

44 } 1

«-1 о о о а

«4 «-4

CD о о ф

1 с

I а н

1 Э Х 4}Р

I & а

I с

I а н

1 Э Х <}4

I И } .

1

1

1 9

1 Р»

5 и с}

I

I

1

1.

l К

1

«-4

CD с

«4 с о

dP и

9 I ф 1

1 с а3 1 х

all с

1 !

» 1 » 1

I Р

I ф

}4! I

Н 1

Ol> о

O I

Х 1 х

Х 1

Э 1.4 х 4л

Д

1и

4Ч с

«-1 ф с

СЧ с

}«Ъ

Ф х

Ф

$ I

О1 о! ц1 а1

l

1

I

I

1

1

1

I

9 Х х э

4}5

I: f ф х ао

1» Ц

}4! } ао хо.N e

I 1

1 1 I 9

1 Ф а5 х

1ах цх х н !ф!Ъ

I g 9

Я Я с ф О} Х

C}} 1 1 Х 1 дфх

1077946

4Ч О В

4 } 4Ч Ch

«У ф о о о с с с о о о о о о

4Ч

Ю

Сп

CD

° -4 с

Ю

Ю

4 с

«4

1077946

Составитель Н. Косторной

Редактор Л.Веселовская Техред М.Тепер Корректор А.Ильин

Заказ 869/18 Тираж 603 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектная, 4

Оптимальным с точки зрения скорости образования пленки окислов и ее разрушения при трении является наличие 10-153 феррита в структуре, что обеспечивается эа счет снижения содержания олова в чугуне до 0,0010,02%. В этом случае соблюдается условие, при котором имеет место окислительный износ чугуна в широком интервале скоростей и давлений.

Интервал удельных давлений, при которых развивается окислительный износ при одной скорости вращения

I образцов увеличивается в 2 раза по сравнению с чисто ферритной или перлитной структурой, что позволяет расширить область давлений, при которых износ остается минимальным.

Более высокая фрикционная стойкость предложенного чугуна позволяет повысить эксплуатационную стойкость тормозных колодок. увеличение коэффициента трения предложенного чугуна по сравнению с чугуном, используемым для выпуска серийных тормозных колодок, составляет 57Ъ. Техно10 логия получения предложенного чугуна не меняется по сравнению с используемой для базового чугуна.

Ожидаемый экономический эффект

15 составит 32, 39 млн. ру6. в год.