Антифрикционный чугун

 

Изобретение относится к металлургии , в частности к составам антифрикционных чугунов, работающих в узлах тяжёлого нагружения пар трения при отрицательных температурах. Целью изобретения является повышение стабильности антифрикционных свойств. Предложенный чугун содержит мас.%: углерод 2,8-3,6j кремний 2,1-3,8} марганец 0,7-1,2, сурьма 0,02-0,07i алюминий 0,01-0,03; каль ций 0,02-0,06,- нитриды ванадия 0,06- 0,15; иттрий 0,002-0,01, железо остальное . Использовгшие предложенного чугуна в качестве хладостойкого конструкционного материала для производства деталей, испытывающих в процессе эксплуатации высокие удельные нагрузки , значительно повышает их надежность эксплуатации, дает возможность заменить стальные литые заготовки и снизить трудоемкость изготовления агтифрикционных деталей. 2 табл. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (Ю 4 С 22 С 37/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4003853/23-02 (22) 07.01.86 (46) 15.01.88. Бюл. № 2 (71) Гомельский литейный завод

"Центролит" (72) Л.И.Фельдман, N.È.Медведев, М.И.Карпенко, Е.И.Марукович и А,П.Мельников (53) 669.15-196(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 956595, кл. С 22 С 37/10, 1980.

Авторское свидетельство СССР №- 1027265, кл. С 22 С 37/10, 1982. (54) АНТИФРИКЦИОННЫЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к составам антифрикционных чугунов, работающих в узлах тяжелого нагружения пар тре„„SU„„1366549 А1 ния при отрицательных температурах.

Целью изобретения является повышение стабильности антифрикционных свойств. Предложенный чугун содержит мас.Х: углерод 2,8-3,6 кремний

2,1-3,8; марганец 0,7-1,2, сурьма

0,02-0,07; апюминий 0,01-0,03; кальций 0,02-0,06; нитриды ванадия 0,060,15; иттрий 0,002-0,01, железо остальное. Использование предложенного чугуна в качестве хладостойкого конструкционного материала для производства деталей, испытывающих в процессе эксплуатации высокие удельные нагрузки, значительно повышает их надежность эксплуатации, дает возможность Я заменить стальные литые заготовки и снизить трудоемкость изготовления актифрикционных деталей. 2 табл.

1366549

4 0

Изобретение относится к металлургии, в частности к антифрикционным чугунам, работающим в узлах тяжелонагруженных пар трения при отрица5 тельных температурах, Цель изобретения — повышение стабильности антифрикционных свойств при отрицательных температурах.

Предложенный антифрикционный чугун 1ð содержит углерод, кремний, марганец, сурьму, кальций, иттрий, алюминий, . нитриды ванадия и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 2,8-3,6 15

Кремний 2,1-3,8

Марганец 0,7-1,2

Сурьма 0,02-0,07

Алюминий 0,01-0,03

Кальций 0,02-0,06 2Р

Нитриды ванадия 0,06-0,15

Иттрий 0,002-0,01

Железо Остальное

Содержание углерода принято в соот- ветствии с практикой производства антифрикционных чугунов с низким коэффициентом трения, а концентрация кремния ограничена пределами 2,13,8мас.%.. При повышении содержания ЗО кремния более 3,8 мас.% снижается .дисперсность графита, уменьшаются хладостойкость, коэффициент трения, ухудшаются механические свойства и их стабильность при отрицательных тем-З5 пературах. Содержание марганца в чугуне повышено до 0,7-1,2 мас.% для увеличения пластических свойств после термической обработки и снижения коэффициента трения, а алюминий принят в количестве 0,01-0,03 мас.%, т.е. в количестве, не снижающем пластических свойств и оказывающем необходимый модифицирующий эффект, способствующий измельченикР структуры и 45 снижению коэффициента трения.

Кальций в количестве 0,02-0,06 мас.% микролегирует матрицу, улучшает форму графита, очищает. границы зерен от неметаллических включений, повышает 50 стабильность структуры, коэффициента трения и механических свойств при отрицательных температурах. При содержании кальция до 0,02 мас.% микролегирующий эффект проявляется слабо и су- 55 щественного повышения стабильности коэффициента трения и механических свойств при отрицательных температурах не достигается. Верхний предел содержания кальция ограничен.концентрацией (0,06 мас.%), выше которой возрастает количество неметаллических включений, так как кальций полностью не растворяется в металлической основе, что приводит к снижению ударной вязкости и пластичности при отрицательных температурах.

Нитриды ванадия 0,06-0,15 мас.% измельчают структуру матрицы в литом состоянии и после термической обработки повышают износостойкость и стабильность механических свойств и коэффициента трения при отрицательных температурах. При концентрации нитридов ванадия до 0,06 мас,% измельчение структуры и повышение износостойкости и стабильности механических свойств и коэффициента трения недостаточны, а при концентрации более 0,15 мас,%. усиливаются ликвационные процессы, увеличивается неоднородность структуры и антифрикционных свойств чугуна.

Иттрий в количестве 0,002-0,01мас,X улучшает форму графита, стабилизирует структуру и повышает антифрикционные свойства чугуна в широком интервале температур. Концентрация иттрия определена экспериментально.

При увеличении содержания иттрия более 0,01 мас.% увеличивается. угар металла, усиливаются процессы коагуляции и увеличивается содержание неметаллических включений по границам зерен, что снижает стабильность пластических свойств. При содержании иттрия до 0,002 мас.% снижается стабильность антифрикционных свойств.

Микролегирование сурьмой в количестве 0,02-0,07 мас.% нейтрализует примеси, измельчает структуру и повышает стабильность коэффициента трения и пластических свойств в широком интервале температур. Верхний предел концентрации сурьмы (0,07 мас.%) ограничен ее низкой растворимостью в чугуне, а при снижении его менее

0,02 мас.% — увеличивается износ чугуна.

Пример. Антифрикционный чугун выплавляют дуплекс-процессом с пере- о гревом расплава до 1440-1460 С и доводкой химического состава по основным (углерод и кремний) и легирующему (марганец) компонентам в открытых электропечах и миксерах, В качестве

1366549

Химический состав чугунов, мас.7.

Элементы

Предлагаемый

Известный

1 2 3 4 5 6

Углерод

3,4

2,6

3,1

2,8

3,6

3,8

1,6

2,4

Кремний

2,6

4,0

3,8

Марганец

0,9

1,0

0 5

1,3

0,7

1,2

Сурьма

0,08

0,05

0,01

0,1

0,02

0,07

0,01

0,05

0,02

Алюминий

0,03

0,002

0,01

Церий

0,08

0,04

0,08

0,01

0,06

0,02

Кальций шихтовых материалов используют передельные и литейные чугуны, чугунный и стальной лом, ферромарганец, силикокальций металлический иттрий поУ

5 рошки нитридов ванадия, металлическую сурьму, ферроалюминий и ферросилиций.

Микролегирование сурьмой, силикокальцием, нитридами ванадия проводят в электропечах и миксерах, а модифи- 10 цирование алюминием и иттрием в разливочньгх ковшах. Заливку металла в литейные формы производят,при температуре 1350-1400 С.

В табл. 1 приведены химические 15 составы антифрикционных чугунов опытных плавок. В табл. 2 приведены механические и антифрикционные свойства чугунов опытных плавок.

При содержании компонентов в коли- 20 чествах, отличных от предложенного состава, наблюдалось снижение антифрикционных свойств при отрицательных температурах. Коэффициент трения определяют по ГОСТ 23.214-83, а общие 25 сравнительные испытания на относительную износостойкость проведены методом испытания материалов на изнашивание при ударе в условиях низких температур (ГОСТ 23.212-82). 30

Общие сравнительные испытания антифрикционных чугунов проведены по

ГОСТ 23.212-82.

Механические свойства чугунов определяли на стандартных образцах после отпуска .при 360 С в течение 2,5 ч.

Как видно из табл. 2, предлагаемый

1 чугун имеет более высокий уровень механических и антифрикционных свойств и более стабильные характеристики коэффициента трения, износостойкости и противозадирньгх свойств при отрицательных температурах, чем у базового антифрикционного чугуна.

Использование предлагаемого чугуна в качестве хладостойкого конструкционного материала для производства деталей, испытывающих в процессе эксплуатации высокие удельные нагрузки, значительно повышает их надежность эксплуатации и дает возможность заменить стальные литые заготовки и снизить трудоемкость изготовления антифрикционных деталей. формула и з о б р е т е н и я

Антифрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, сурьму, кальций, иттрий и железо, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения стабильности его антифрикционных свойств при отрицательных температурах, он дополнительно содержит алюминий и нитриды ванадия при следующем соотношении компонентов, мас..7:

Углерод 2,8 — 3,6

Кремний 2, 1-3,8

Марганец 0,7-1,2

Сурьма 0,02-0,07

Кальций 0,02-0,06

Иттрий 0,002-0,01

Алюминий О, 01-0, 03

Нитриды ванадия 0,06-0,15

Железо Остальное а б л и ц а

1366549

Продолжение табл. 1

Химическнй состав чугунов, мас;Х

Элементы

Известный

Предлагаемый! 2 ) 3 J 4 (5 6

0,3

Азот

Нитриды ванадия

0,17

0,04

0,08 0 15

0,06

0,2

Титан

0,03

0,001

0,005 0,01

0,002

0,01

Иттрий

0,1

Ванадий

ОстальОсталь- Осталь-. Осталь- Осталь- Остальное ное ное ное ное

Железо ное

Та блица 2

Показатели свойств

Чугун 1

Предлагаемый звестный

1 2 3 4 5 6

334

514

556

542

526

330

Износ,мг/м м,при +20 С

0,041 0,034 0,023 0,017

0,086 0,076

3,4

1,5 2,2

1,8

1,4

2,7

0,121 0,068

0 35

0,048 0,044 0,172 0,087

-60 С

О, 062

0,41

62,4

2,8 30,7

51,1

46,8

2,5

Временное сопротивление при растяжении,ИПа

20оС

-60 С

Относительная износостойкость (эталон АЧС-5) Коэффициент трения при

-20 С

Нагрузка, вызывающая задир, ИПа при

20 с

О, 194

0,210

0,040 0,027 0,025

0,048 . 0,033 0,031

0,047 0,032 0,028

О, 196

0,318

0,064

0 053

1366549

Продолжение табл. 2

Показатели свойств

Чугун звест

3 4 5 6

26,5

-60 С

55,7 1,1

47,8

44,2

0,8

Эксплуатационная стойкость, ч при

-20 С

1570

1323

2315

2140

1450

1712

-60 С

1386

597

2252

2012

610

1608

Составитель Н.Шепитько

Редактор И.Сегляник Техред И.Дидык Корректор В.Бутяга

Заказ 6778/25 Тираж 593

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4