Литой макрогетерогенный композиционный материал на основе чугунных гранул

 

союз совы смих

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„È83820 (1) С 22 С 37/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4089538/02 (22) 08.07.86 (46) 23.02.91, Бил. 9 7 (71) Институт проблем литья АН УССР (72) В.Я.Кезик, С.С.Затуловский, Р.К.Иванова, В.В.Левин и А.Н.Гладченко (53) 669.15-196(088.8) (56) Патент Японии Ж 56-14732, кл. С 22 С 1/10, 1981.

I (54) (57) 1.ЛИТОЙ МАКРОГЕТЕРОГЕННЫЙ

° КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ

ЧУГУННЫХ ГРАНУЛ, соде ржащий медь, . цинк, никель, о т л и ч а ю щ и й—

; c я тем, что, с целью улучшения анИзобретение относится к металлургии, в частности к литым композиционным материалам, которые могут быть использованы в парах трения, работающих в неокислительных средах и в вакууме.

Целью изобретения является улучшение антифрикционных свойств при работе без смазки в парах трения с углеродистыми сталями в условиях неокислительной среды.

При создании материала учтено полезное влияние дополнительно вводимых элементов. .Индий упрочняет твердый раствор медно-цинко-никелевого сплава при сохранении его высокой ударной вязкости„ он также способствует частичI ному разупрочнению (5 -фазы, медь-цинк, которое проявляется в снижении твердости и повышении пластичности. Индий

2 ифрикционных свойств прп паботе бе"; смазки в парах трения с углеродистыми сталями в условиях неокислительной среды, он дополнительно содержит индий и титан при следующем соотношении компонентов, мас.X:

Медь 18,00-28,50

Цинк 10,80-20,00Никель Q,Q3-О,)0

Индий 1,00-1,25

Титан 090 0915

Чугун Ос т аль нос

2.Материал по п.1, о т и и ч а ю— шийся тем, что сум".::=.Рв":*.-. г: » .ржание цинка и индия составляет 6575Х содержания меди. приводит к появлению мелкоднсперсного интерметаллида с вь:".ох.аА твер"достью и сопротивление ; сжат". ..; печивает, таким образ:. ., и -:.Уч;;-,, .. структуры матрицы, « ан" ;..:..с-,:.>лпо соответствующей структуре известных антифрикционных материал в на и лцной основе . Кр6ме того,,индий понижает температуру плавления матрицы, сохраняя узкий (20-50 ) интервал кристаллизации, что определяет высокую жидкотекучесть расплава при незначительном перегреве и устраняет лихвацию элементов.

Титан измельчает дендритную структуру литого металла и спос бствует равномерному распределению фазовых составляющих, а также улучшает смачи-ваемость чугунных гранул расплавом.

Чугунные гранулы в виде литой дроби получают распылением расплава

1383820

Содержание титана и никеля выше верхнего предела вызывает явление перемодифицирования, проявляющееся в огрублении структуры (укрупнение интерметаллидных фаз).

Уменьшение содержания титана и ни-: келя ниже нижнего предела не позволя-1

55 ет получить эффект модифицирования матрицы и одновременно ухудшает смачивание чугунных гранул расплавом.

:50 ! предельного чугуна на установке

"Гряд — 1". Дробь высушивают, рассеивают на фракции и очищают от окалины.

Для приготовления композитов исполь5 зуют дробь диаметром 0,5 — 2,5 мм„

Матричный состав приготовляют оплавлением исходных компонентов в графитовом тигле индукционной установки ВЧГ l0/044 и разливают в брикеты массой 50 г.

Навеску из чугунных гранул засыпают в графитовую форму, представляющую собой втулку. Сверху помещают брикет матрицы, который засыпают бор- 15 ной кислотой, чтобы предотвратить выгорание пИнка. Форму в сборе помещают в печь электросопротивления, нагретую до 1173 К, и выдерживают в печи в течение t5 мип. После пропитки форму вынимают, охлаждают ее на воздухе H извлекают отливку, Дпя придания требуемых размеров и образования поверхности трения отливки механически. обрабатывают. 25

Образцы композиционного материала испытывают на трение и износ на установке 2i01TP в атмосфеое азота с контртелами из стали 40X/3 и 18ХГТ, имеющими термически обработанную поверхность с твердостью 45-55 НРС.

Параллельно проводят испытания известного композиционного материала.

В таблице приведены результаты сравнительных испытаний. Уменьшение содержания индия в материале (менее

1%) приводит к росту температуры плавления матрицы более 1) 43 К. Увеличение содержания индия (более

1,25Ж) вызывает повышение содержания 40 и укрупнение твердого интерметаллида, что снижает пластичность матрицы и ухудшает коэффициент трения за счет падения эффекта экранирования (образования эластичной пленки матрицы на,45 гранулах чугуна при трении без смазки) .

Содержание цинка 5, 92-8, 2% по массе определяет температуру плавления матрицы, ее структуру и фазовый состав. Увеличение содержания цинка приведет к скачкообразному изменению фазового состава матрицы и появлению хрупких интерметаллидов, уменьшение— к росту температуры плавления и разупрочнению твердого раствора на основе меди.

Для улучшения физико-механических свойств матрицы, ее структуры и фазового состава, которые во многом определяют свойства композиционного материала, .необходимо выдержать соотношение меди — основы твердого раствора и легирующих его легкоплавких компонентов. Это соотношение сос-тавляет 0,65-0;75 содержания меди.

При большем содержании меди понижается степень легирования твердого раствора, увеличивается его количество, приводящее к снижению прочности и твердости, что вызывает уменьшение износостойкости матрицы и всего композиционного материала.

Уменьшение содержания меди влечет за собой перераспределение фазовых составляющих за счет изменения растворимости других компонентов матрицы.

Это приводит к падению экранирующего эффекта и ухудшению антифрикционных свойств композиционного материала, в частности к увеличению коэффициента трения.

Основу композиционного материала составляют литые чугунные гранулы, которые в основном определяют несущую способность изделия, Поэтому уменьшение их содержания менее указанного предела приводит к разупрочнению материала, падению его несущей способности и износостойкости. Увеличение содержания чугунных гранул в композиционном материале более указанного предела вызывает увеличение коэффициента трения и неравномерный износ материала„ так как ухудшаются условия передачи нагрузки через матрицу, а уменьшенис ее количества не обеспечивает образования экранирующих пленок на поверхности гранул.

Данные, приведенные в таблице, показывают, что в сравнении с известным сплавом, предложенный материал обладает более высокичи антифрикционными свойствами, что позволит повысить срок службы узлов трения в 2 раза.

1383820

KIN/õ» Ноэф0я>плант травля

Нагрузла> ИПа

l 170 IO IS 002 09 002 Ост 065

2 18,0 10,30 0,03 I 0 0,03 То ве 0,65

3 ISÎ 13>15

165-190 О 35

Выраввзавва гравул

19

0 6

1,4

0,80

9,03 1,25 О 03

Оа&

l,4

19

29 раэрух>анне аонпоэн>в>сивого

ыатервала

1,0

0,03

0>85

4 18,0 20,00 0,03

0,6

О 30-0 36

0,40-0,45

19

200" 21 5

300-320

О 8

l,4

5 18 ° & 10,03 0,05 1>25 0,03

140-200

169-210

О 28-0 28

0 3

I 4

19

6 230 1498. 005 112. 007

> °

0,7

0,3-0,3

Оа25 28

0,27-0,80

116-135

166-190

l9

О 6

1 4

7 28,5 20,0 О,l

l,25 0 15

0,75

> °

8 28,5 10,8 0,03 1,25 О,IS

19

0 8

l,4 расплавленна чутувнмв гранул

0,42

9 285 !59 0 6

1,4

l 90-2ОО

250-220

19

»

1,2 015

0,6

10 29,0 20 05 0,12 1,3 0,2

0 75

315-340 растресхвзанве

Оа8

ыатрнлы

19

360-400

440-460

О 30-Ь34

0,38-0,42

О 6

1,4

П 5,95 (2) 3,95 0,11

И р н ы е ч а в н е: приведены усредненные данные ло реаулътатаы пяти.опытен, данные з числителе соотзатстзузт вслмтанвяы с вонтртелом »s стали 40213, а данные з ъваыанатале - на стали I&XIT

Редактор Л,Письман

Техред Л.Сердюкова

Корректор М.Шаро1ви ЗАказ 873 Тираж 375 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прй ГЕНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул. Гагарина, 101

Номер сос таза кади>{8 Сер б- -еынл I>o

8,9& 14,1

19

29

I9

«Л

О Ь

l>4

О 8

1,4

185-21О

290-330

95-120

148-160

О 30-0>35

0,32-0,33

О 22 25

0,24-0,26

0428-0 32

0,30"0,35

» -»>