Способ изготовления деталей высоконагруженных пар трения

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ВЫСОКОНАГРЭТКЕННЫХ ПАР ТРЕНИЯ, включающий расплавление металлизированных окатышей, присадку в расплав углерода , кремния, сурьмы, молибдена, заливку получаемого металла в литейную форму, ее охлаждение, выбивку. обрубку отливки и предварительную и окончательную механическую обработку , отличающийся тем, что, с целью повьпиения абразивной износостойкости и коррозионной стойкости деталей, в расплав дополнительно вводят, мае.%: ванадий 0,150 ,5, медь О,3-0,8, алюминий О,0010 ,05 и марганец 0,075 - 0,1 при следующем соотношении компонентов, мае. %: 3,0-3,4 Углерод 1,6-2,2 Кремний 0,05-0,14 Сурьма 0,t-0,4 Молибден Остальное, Железо отливку в форме получают выпуклой а перед механической обработкой Дополнительно осуществляют пластическую деформацию отливки путем всестороннего неравномерного сжатия.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

a% oD

ЗСЮ . С 22 С 37/00 С 21 С 1 08

/ у

ОПИСЛНИК ИЭОБРЕТКНия! .Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3600524/22-02 (22) 01. 06. 83 (46) 23. 10.84. Бюл. У 39 (72) Е.И.Шитов, И.И.Жуковский, С.Н.Леках и Л.Л.Счисленок (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (53) 669. 15-1. 96 (088. 8) (56) 1. Справочник по чугунному ли-: тью. Под ред. Н. Г. Гиршовича, Л., "Машиностроение", 19?8, с. 758.

2 ° Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3253210/22-02, кл. С 22 С 37/00, 1981. (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ ПАР ТРЕНИЯ, включа ющий расплавление металлизированных окатышей, присадку в расплав углерода, кремния, сурьмы, молибдена, заливку получаемого металла в литейную форму, ее охлаждение, выбивку, обрубку отливки и предварительную и окончательную механическую обработку, отличающийся тем, что, с целью повышения абразивной износостойкости и коррозионной стойкости деталей, в расплав дополнительно вводят, мас. Ж: ванадий О, 150,5, медь 0,3-0,8, алюминий 0,0010,05 и марганец 0,075 — 0,1 при следующем соотношении компонентов, мас. Е:

Углерод 3,0-3,4

Кремний 1,6-2,2

Сурьма 0,05-0,14

Молибден О, 1-0,4 е

Железо Остальное, отливку в форме получают выпуклой а перед механической обработкой до" полнительно осуществляют пластическую деформацию отливки путем всестороннего неравномерного сжатия.

1t, 1120

Изобретение относится к металлур" гии, в частности к разработке способов получения деталей высоконагруженных узлов трения.

Известен способ изготовления деталей, включающий выплавку чугуна, присадку в расплав ферросплавов, заливку чугуна в форму, ее охлаждение, выбивку формы, обрубку отливки. и ее последующую механическую обра- 10 ботку j1j °

К недостаткам способа относятся низкое качество выплавляемого чугуна и неудовлетворительная износостой кость отливок. t5

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ изготовления деталей высоконагруженных пар трения, по которому плавят ме" таллизованные окатыши, в расплав вво» дят углерод, кремний, сурьму, молибден, заливают его в литейную форму, охлаждают и литую заготовку подвергают предварительной и окончательной 25 механическим обработкам j2) .

Недостатком известного способа является низкая абразивная износо- стойкость и коррозионная стойкость деталей. Абразивная износостойкость

30 определяется твердостью металличес кой матрицы. Комплексное легирование сурьмой, кремнием и молибденом обес-. печивает получение перлитной структуры пластинчатого строения. В условиях абразивного износа при цикли35 ческих ударных нагрузках происходит хрупкое разрушение пластин эвтектоид ного цементита и, как следствие, разрушение контактных пове хностей.

Коррозионная стойкость определяется степенью легирования металлической матрицы, расположением и размерами графитовых включений, При изготовле-. нии деталей высоконагруженных пар 45 трения по известному способу получают неравномерное распределение графитовых включений разной дисперсности. Неравномерное распределение включений графита на контактной поверх- 50 ности приводит к значительному повышению плотности поляризованного тока в местах избыточного скопления графита и интенсификации процесса коррозии в данном участке. Низкая степень 55 легирования перлита углеродом, кремнием и молибденом приводит к растворению металлической основы и, в

029 2 первую очередь, низколегированного— феррита.

Целью иЗобретения является повышение износостойкости и коррозионной стойкости деталей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно предлагаемому способу изготовления деталей высоконагруженных пар трения, включающему расплавление металлизированных окатышей, присадку в расплав углерода, кремния, сурьмы, молибдена, заливку полученного металла в литейную форму ее охлаждение, выбивку, обрубку отливки и предварительную и окончательную механическую обработку, в расплав дополнительно вводят, мас. X: ванадий

0,15-0,5, медь 0,3-0,8, алюминий 0,001-0,05 и марганец 0,075-0,1 при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Углерод 3,0-3,4

Кремний 1,6-2,2

Сурьма 0 05-0 14

Молибден 0,.1-0,4

Железо Остальное отливку в форме получают выпуклой, а перед механической обработкой. до полнительно осуществляют пластичес-кую деформацию отливки путем всесто-. роннего неравномерного сжатия.

Дополнительное введение компонентов в указанных концентрациях установлено исходя из оптимального сочетания механических характеристик материала, определяющих абразивную . износостойкость и коррозионную стойкость. Введение ванадия >0,15Х спо- собствует образованию мелкодисперсных карбидов ванадия, равномерно распределенных в металлической основе. Вве дение ванадия > 0,57 нецелесообразно ввиду возможности образования метастабильной эвтектики по границам эвтектических зерен, избыточное содер-. жание которой приводит к снижению прочности материала. Медь, растворяясь в феррите и цементите эвтектоида, повышает их коррозионную стойкость вследствие повышения степени легирования структурных составляющих.

Процентное содержание меди в металле определяется ее влиянием на структуру перлита. При концентрации меди 0,3-0,8% происходит резкое из-, мельчение эвтектоида и включений графита и их более равномерное распре29

3 11200 деление в основе. Добавки марганца и алюминия в указанных процентных концентрациях обеспечивают рафиниро-. вание сплава; увеличение их концентрации выше 0,1 и 0,05% соответственно приводит к появлению структурносвободного феррита вокруг графитовых включений, что ухудшает кор@озионную стойкость сплава. Нижний предел по концентрации указанных элементов 10 определяется их способностЬю в данном сплаве к рафинированию металла.

Комплексное легирование сплава для деталей высоконагруженных пар трения в указанных концентрациях позволяет получить структуру с равномерно распределенными включениями графита от

60 до 90 мкм, залегающими в перлит- ной высокодисперсной металлической основе. 20

Согласно предлагаемому способу повышение характеристик материала достигается за счет изменения его структуры, обусловленного совместным .

:, воздействием двух механизмов: де:формированного упрочнения при больших пластических деформациях; ударно- волнового нагружения материала при подрыве заряда взрывчатого вещества на его поверхности.

Таким образом, в первом случае

30 определяющим параметром является сте. пень пластической деформации материала, а во втором — давление во фронте ударной волны. Степень плас" тической деформации металла определя-35 ет его упрочнение; чем выше степень деформации, тем больше прирост проч-. ностных характеристик, металла. Однако существует критическая (предельная) . степень деформации, при повышении ко-40 торой происходит разрушение заготовки. Указанная величина определяется экспериментально для конкретного металла и схемы его деформации. Таким образом, независимо от степени 45 деформации и материала деформируемой заготовки определяющим параметром, процесса упрочнения является критическая степень пластической деформа-., ции. Для получения максимального эф- 50 фекта упрочнения и сохранения целостности заготовки процесс необходимо осуществлять на докритической степени деформации, 55

При обработке заготовок в соответствии с предлагаемой технологией по пластически деформируемому матери алу проходит ударная волна, давление на фронте которой может изменяться я зависимости от свойств материала и характеристик заряда взрывчатого вещес ва. Развиваемое давление при приложении импульсных нагрузок находится в диапазоне 100-200 килобар, что обеспечивает сохранение целостности заготовки и упрочнения за счет прохождения ударных волн по заготов" ке.

Сопротивление материала заготовки деформированию обычно оценивается динамическим пределом текучести, который выше значения статического предела текучести в. 1,5-2 раза. Значение статического предела текучести есть величина постоянная для конкретного материала, определяемая стандартными испытаниями.

На чертеже представлена схема осуществления пластической деформации литой заготовки по схеме всесторонне. го неравномерного сжатия.

Выпуклую литую заготовку 1 вместе с прокладкой 2 устанавливают в металлической матрице 3 в форме стакана.

На поверхности литой заготовки располагают заряд взрывчатого вещества

4, который инициируют электродетонаром 5. При нагреве заряда взрывчатого вещества литая заготовка пластически деформируется и дополняет объем матрицы. При деформации происходит изменение формы эвтектическогс зерна и измельчение перлита. Эвтек. тические,зерна из равноосных превращаются в вытянутые в направлении, параллельном приложению нагрузки.

Указанное направление первичного зерна совпадает с приложением максимальных контактных давлений в паре трения.

Описанные структурные особенности деформации эвтектического зерна, а также получение мелкодисперсного перлита и значительное упрочнение феррита при его деформации совместно с дополнительным введением в расплав указанных элементов повьппают абразивную износостойкость и коррозионную стойкость деталей высоконагруженных пар трения.

Пример. По предлагаемому способу осуществляют изготовление деталей в виде диска диаметром 50 мм и высотой 15 мм. Плавку проводят в индукционной печи. Технология получения чугуна состоит из расплавления

1120029 шихтовых материалов: высокоуглеродистых металлиэованных окатышей, ферро-.. сплавов кремния (75X Si), марганца (75X Mn), молибдена (45X Mo), ванадия (45X V), ввода в расплав перед 5 заливкой кристаллической сурьмы, электролитической меди и алюминия марки АпО. Величина добавок рассчитывается из среднего усвоения кремния,, меди, марганца, сурьмы и алюминия на уровне 85-95%, ванадия, молибдена на уровне 79-80Х.

Литую заготовку получают выпуклой формы и подвергают предварительной механической обработке. Заготовку по-15 лучают с размерами — диаметром 52 мм, внутренняя поверхность сферическая диаметром 50 мм с толщиной стенки

16 мм. Заготовку вместе с прокладкой иэ стали Ст З.формы, аналогичной 20 внутренней поверхности заготовки, и толщиной 20 мм устанавливают в матрицу с внутренним диаметром 52 мм глубиной 17 мм, наружным диаметром 100 мм и высотой 30 мм из Ст. 3. На поверх- 5 ности заготовки располагают заряд взрывчатого вещества аммоний — 6 ЖВ высотой 80 мм, который инициирован электроденатором ЭД-8. Деформирован-. ные заготовки извлекают иэ матриц и 30 подвергают окончательной механической обработке испытанием на абразивную износостойкость и корроэионную стой кость. Испытания на коррозионную стойкость проводят s ЗЖ-ном растворе серной кислоты. Величину коррозии оценивают весовым методом. Время испытаний 20 дней.

Результаты сравнительных испытаний сведены в таблицу.

Сравнительные испытания показали, что повышение указанных характеристик за счет дополнительного легирования укаэанными элементами и пластической деформации по схеме всестороннего неравномерного сжатия нахо-..: дится в следующем процентном соотношении их влияния йа достигаемый положительный эффект: 11 и 89Х соответ. ственно.

Как видно иэ примера, абразивная износостойкость повышается в среднем на 42Х, коррозионная стойкость — на

23Х.

Использование предлагаемого спосо-. ба изготовления деталей высоконагруженных пар трения по сравнению с известным, который одновременно является и базовым объектом, позволит повысить абразивную износостойкость и коррозионную стойкость деталей узлов трения, что увеличит срок службы иэделий в целом.

Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа составит

80 тыс. руб. в год.

1120029

A о 5

Ж & Ц

Ж Э оим

lg

I сб ох 1,(с

О В Ф о,о о и ожьо

ысъиы

О (О

О»»»

С»Ъ

СЧ л

СЧ л л л л

° °

I ((1 Ж I А 1 о ж ь-.

mкvîи

1 I е0 со

1 Ц с6 о Ф

Ж i» (C

f» М (f

Оиж с»Ъ»ф

Оъ (Ч л л о (71 (О л

Ю л

Ос л

t 1

I I

I 1

I 1 (О л

Ch л

СЪ (О с»Ъ

° I л о о

Ch л

Ю с(Ъ

С»Ъ л (О л л о о с»Ъ л ь

К> л

1

1

I

I о!

СЧ

D л

СЧ Л о о л» о о. ь ь л

С1 ссЪ

Cl л

ai D о о л л о. о

Ю

Ю л

С»

° I

Ю л о

4

I, 1

° °

f a ссЪ л

1

I

С Ъ л

Cl ю

СЧ л

Ю с(Ъ

СЧ л ь (СЪ

»б ° (Ч л л л о о о

» л л о о

» л л о о л

О л о в

° Ю л л о о о» о л л л о о о

С Ъ

Ю л о с(Ъ

D л

О с/\ () л о о л

Ch о о л л о ь с(Ъ л

О л о

СЛ

Ю о л л о о сст (Ъ с(Ъ о о л л л о о о

Щ

Ю л

Ю ь л

СЧ сО л л

СЧ

СЧ О л л

C»t »» о л л с»Ъ с»Ъ о л сЧ л с»Ъ (Ч . сО л

СЧ ° . о л . л

СсЪ С»Ъ

СЧ л (Ч л

С»Ъ о л л

С»Ъ С Ъ

СЧ О л л

СЧ л т

1

1

I

1 О, I Ф о

Ф I

Ж 1

И 1

Pl ((с о !

»

Ф о

t»

Э и с3 х

A м (tl

Itt о

Ос

Ф Ф

m o

Ц. 34 о v

3!6

E" CO Р и (: ж

Ф C(Ц с6

I(3 (У !» Й

Я О,О Ф

Ж И й

v -!

Ж, 1 л

I

Ф 1 ((t I с

1 сч с»ъ 1

О1 Ос I л л о о

I

I о л

I

t 1

1 с(Ъ с(Ъ- (СЪ (Ъ (Ъ л л л л л л л л

О О О О О О О О

1 ! о ! !