Чугун

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4 (511 С 22 С 37/10

1 фРРГ(Мфэ.11)?

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PGKCNVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЬЙ. м(йб Лы 0,02-0,07

0,002-0,01

0,02-0,08

Остальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬЯИЙ

l (21) 3692585/22-02 (22) 21. 12. 83 (46) 23. 05. 85. Бюл. и 19 (72) И.И.Карпенко, Е.И.Марукович, M. В. Жельнис, Э. -И. П. Маяускас н П. В. Землявичюс (71) Иогилевское отделение Физико— технического института.АН Белорусской CCP и Каунасский литейный завод

"Центролит" (53) 669. 15-196 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М. 514909, кл. С 22 С 37/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

В 1036787, кл. С 22 С 37/10, 1982. (54)(57) ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, оксиды, азот, железо, один или несколько элементов из.группы магний, кальций, редкоземельные элементы, о т л и„„QU„„ l l 5? 116 A ч а ю шийся тем, что, с целью. повышения фрикционной теблостойкости и износостойкости, он дополнительно содержит бор и сульфиды марганца при следующем соотношении компонентов, мас. Х:

Углерод 2,5-3,6

Кремний 1,6-2,5

Марганец 0,3-0,9

Хром О, 1-0,5

Оксиды 0,01-0,05

Азот О, 01-0, 05

Один или несколько элементов из группы магний, кальций, редкоземельные элементы

Бор

Сульфиды марганца

Железо

1157116

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для изготовления деталей, работающих в узлах сухого трения.

Известен также чугун (1), содержащий, мас. 7.:

Углерод 3,0-4,2

Кремний О, 3-1,2

Марганец 0,2-0,8

Хром 0,3-0,8

Никель 0,02-0,4

Титан 0,05-0,3

Алюминий 1,0-2,5

Сера 0 001-0,05

Фосфор 0,01-0, i 15

Кальций 0,002-0,02

Желез о Остальное

Однако этот чугун характеризуется низкой динамической прочностью в лнтом состоянии и имеет высокую истираюЗО щую способность при трении.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному является чугун, содержащий, мас.%:

Углерод 2,4-3,7

Кремний 1,5-2,3

Марганец 0,3-1,1

Хром 0,1-0,5 30

Оксиды 0,01-0,05

Азот 0,01-0,03

Один или более металлов из группы, содержащей магний, 35 кальций и редкоземельные металлы (P3M) 0,02-0,07

Железо Остальное

Известный чугун обладает стабиль- > ной твердостью в отливках с толщиной стенок 8-70 мм и высокой динамической прочностью, которая достигает 0,680,83 МДж/м . Жидкотекучесть чугуна по спиральной пробе 420-490 мм. Свой-45 ства чугуна в литом состоянии: предел прочности при растяжении 373458 МПа, твердость НВ 231-265 (2J.

Однако при работе в условиях фрикционного трения известный чугун вы- 5в зывает повышенный износ материала сопряженной поверхности. Отмечается также недостаточная фрикционная теплостойкость известного чугуна в литом состоянии. 55

Цель изобретения — повышение

Ъ фрикционной теплос гойкости и износостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, оксиды, азот, желвзо,один или более элементов из группы: магний, кальций и Р3М, дополнительно содержит бор и сульфиды марганца при следующем соотношении компонентов, мас.Е:

Углерод 2,5-3,6

Кремний 1,6-2,5

Марганец 0,3-0,9

Хром О, 1-0,5

Оксиды 0,01-0, 05

Азот О, 01-0, 05

Один или более металлов из группы магний, кальций и РЗМ 0,02-0,07

Сульфиды марганца 0,02-0,08

Бор 0,002-0,01

Железо Остальное

Дополнительное введение в чугун сульфидов марганца в количестве

0,02-0,08 мас.7. создает тонкие пленки и обволакивает карбиды и неметаллические включения, снижает твердость металлической основы, укрупняет литое зерно, снижает микротвердость неметаллических включений, уменьшает концентрацию легкоплавких сульфидов

В магния, кальция и Р3М, в результате снижается истирающая способность поверхностей при трении, повышается фрикционная теплостойкость.

При содержании сульфидов марганца до 0,02 мас.7 заметного укрупнения литого зерна и снижения твердости не наблюдается, что не сказывается существенно на величине фрикционной теплостойкости и истирающей способности поверхностей при трении.

При увеличении концентрации сульфидов марганца более 0,08 мас.Х усложняется технология плавки чугуна и отмечаются разупрочнение матрицы, снижение литейных свойств металла, повышенный угар магния, кальция и

РЗМ, сульфиды коагулируют и всплывают, снижается фрикционная теплостойкость.

Введение в чугун 0,002-0,01 мас.Ж бора, являющегося поверхностно активным элементом, обеспечивает равномерное микролегирование металлической основы, увеличивает в объеме металла общее содержание относительно тугоплавких комплексных неметаллических включений, что при1157116 водит к новьппению фрикционной теплостойкости и сохраняет истирающую способность поверхностей при трении на низком уровне. При содержании бора менее 0,002 мас.% его микролегирующее влияние на структуру проявля-. ется слабо и существенного изменения фрикционной теплостойкости и истирающей способности не наблюдается.

При концентрации бора более 0,01мас.%1о увеличивается количество твердых карбоборидов и карбидов, которые интенсивно царапают поверхность трения, растрескиваются при повышенных температурах, проявляют графитизи- 15 рующее воздействие на структуру чугуна, что приводит к недостаточной

-фрнкционной теплостойкости и сниже- > нию надежности работы узлов трения.

Выбор граничных значений основных 20 компонентов чугуна (углерод, кремний и марганец) обусловлен получением в отливках с толщиной стенок 8-70 мм однородной графитизированной структуры.,2$

Чугун выплавляют в индукционных тигельных печах промьпнленной частоты с "болотом" предыдущих плавок, масса которого составляет не менее

25-30% массы номинальной садки ме- ЗО талла в тигле печи. Шихта состоит из стальной стружки, высечки, карбюризатора, силикомарганца, феррохрома и ферробора.

Присадку сульфидов марганца производят в конце плавки после проведения операций рафинирования и раскисления. Перед введением порошков сульфидов марганца их подогревали до 650-750 С. Температура чугуна р при обработке сульфидами марганца составляет 1450-1480ОС. При такой температуре они хорошо усваиваются расплавленным металлом и располагаются в литом металле в виде тонких пленок, обволакивающих карбиды, окислы и другие неметаллические включения. Количество сульфидов марганца, вводимых в расплав -0,03-0,1% от веса металла. Присадку лигатур на основе магния, кальция и Р3М вводят в ковш непосредственно перед разлив- кой. При длительной выдержке металла магяий., кальций и Р3М, как более активные металлы восстанавливают марганец из сульфидов марганца, связывают серу в легкоплавкие сульфиды, что снижает фрикционную теплостойкость.

Химический состав известного и предложенного чугуна приведен в табл. 1.

В табл. 2 приведены свойства синтетических чугунов исследованных составов.

Оценку истирающей способности поверхностей при трении производят при сухом трении и в соответствии с ГОСТ 23.30.4-78. Сила прижатия ролика из исследуемого чугуна к плоскому эталонному образцу составляет

98, 1 1,96 Н, а скорость вращения—

100+5 мин " . Скорость подачи смазочного масла в зону трения — 40+5 капель в минуту.

Определение коэффициента фрикционной теплостойкости производят на установке для испытания материалов на трение УМТ-1 при температуре окружающей среды 600 С в соответствии о с ГОСТ 23210-80 при скорости вращения 600+10 мин " . Стабильность работы в узлах сухого трения определена при удельном давлении 10500 кПа.

Как видно из приведенных данных, предложенный синтетический чугун имеет более высокую фрикционную .теплостойкость и низкую истиракщую способность поверхностей при сухом и трении со смазкой. Чугун может быть использован вместо высокофосфористых фрикционных чугунов, обеспечивая экономический эффект от 18 до 45 руб. на 1 т годного литья.

1

1!

1!

1

»«Ъ

С»

С» л

С»

« Ъ

Ю о с»

° л о о

«Ч

Ю

С»

A о о сч о о л о ю

« Ъ

С»

С»

D л

С»

«О

С»

° !

Ф ь о

СЧ

Ю л

С»

A ь о

° л о о

« »

С» л ь

« !Ъ

С» л о о

С» л

С»

I 0Ъ

«Ч л

С»!! !4

«»! I >й I

X I М 1

I

СЧ

С»

° о

D л

«Ч о о л л о о

«Ч о л

«Ч

С»

° !

«Ч

A о

1 »«» !

1 и ! М ! Ц ! Ы о о о

Я

« »

С»

С»

»«Ъ

° !

С»

СЧ

С» л

Ю 1

«Ч

С» л

С»

CV о о

МЪ « Ъ о о л л о о

«Ч

С» л

«! Ъ

° ь о о л о ь

° !

С» л

Ю н !

1 о» I! л в а о о о л л ° о о о

0Ъ «Ъ о о л ° о о

« Ъ

С» л

С»

С» л

«»

С»

° !

С».

1 О I

1 I« I о !

3/Ъ л

С» в л л о о

«Ч л

С»

« !Ъ л ь

LCj л

С»

0»» л

Ю. с!Ъ. С»« л л ° о.о

О\ л

«! » « Ъ л л о . о

° lÚ л

Ф/Ъ л

С».Ф сО л л е4 с4

« Ъ л

CV е

° Ь

«Ч

ЪС» СО Cl .. л л л

«Ч ФЧ « Ъ Ф

° !

»»Ъ л

«Ч

Ф

««I

Е»

«» о

<. ) Ф

Г

«» э!

Г 1

1

1

»» о

1 tA

«1 !. p,l !!.! х) о

Р 1

И

kf

0» I

Ж 1

c«I I л

С4 1

c»I 1

М

Я

6!

Ф !

» 1 л. ф о

Ф» e4 m M ««Ъ с»» . I !

»!

1157!16. Т а б л и ц а 2

СтабильКоэффициент фрикционной теплостой-: кос 1 и при

600 С

Характеристики исти— рающей способности поверхностей

Твердость в образцах

ИЗО мм, НВ

Предел проч ности при растяжении, МПа

Состав ность рабаты, При трении При сухом со смаз- трении, кой, мг мг

Известный 418

О, 056

0,138 1,0

262

Предлагаемый

432

1,6

441

2,1

245

2,4

448

241

248

4 435

1,5

70

255

1,3

265

442

1,8

7 464

2,6

269

Составитель Н..Касторной

Редактор Г. Волкова Техред Т.Фанта Корректор А. Тяско

Заказ 3288/26 Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская Ha6., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.ужгород, ул.Проектная, 4

0,044

0,036

0,032

0,042

0,052

0,058

0,04

О, f24

О, 108

0,086

0,120

О, 132

О, 146

0,155