Способ получения чугуна

 

Использование: получение износостойкого чугуна, преимущественно для отливок тормозных колодок. Сущность изобретения: выпуск расплава в ковш осуществляют с содержанием фосфора 3-4%, сфероидизатор вводят в ковш перед выпуском в него расплава в количестве, обеспечивающем получение в чугуне остаточного суммарного содержания РЗМ и магния 0,04-0,1 % при их г. соотношении 1:(1-2), а графитиэатор - в количестве 10-15% от массы сфероидизатора; при этом расплав сначала обрабатывают графитизатором, а потом сфероидизатором. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 С 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 ..

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "

К ПАТЕНТУ (21) 4874245/02 (22) 17,10,90 (46) 07,11,92.Бюл,41 (71) Уральский научно-исследовательский институт черных металлов (72) С,В.Кочевых, А.А.Дерябин, Ю.П.Ситчихин и И.Н.Сухотерин (73) Уральский научно-исследовательский институт черных металлов (56) Авторское свидетельство СССР

N 1323227, кл. В 22 D 27/04, 1985, Авторское свидетельство СССР

¹ 865917, кл. С 21 С 1/00, 1978, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА

Изобретение относится к металлургии чугуна, в частности к способам изготовления отливок из износостойкого чугуна с шаровидным графитом, работающих в условиях трения, а именно для тормозных колодок.

Известен способ получения отливок, включающий выплавку высокохромистого чугуна с содержанием углерода 4,5-5,5% и его охлаждения со скоростью 1000-1400" С.

Однако наличие в структуре данного чугуна повышенного количества карбидной фазы способствует резкому уменьшению коэффициента трения отливок, в результате чего они не могут быть использованы в фрикционных узлах, в частности, при изготовлении тормозн ых колодок.

Наиболее близким к заявляемому по. технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления отливок из чугуна с шаровидным графитом, включающий расплавление шихтовых материалов, содержащих 0,005-0,05% фосфора, (19) ъЖ (11) I 774956 АЗ (57) Использование; получение износостойкого чугуна, преимущественно для отливок тормозных колодок. Сущность изобретения: выпуск расплава в ковш осуществляют с содержанием фосфора 3-4%, сфероидиэатор вводят в ковш перед выпуском в него расплава в количестве, обеспечивающем получение в чугуне остаточного суммарного содержания Р3М и магния 0,04-0,1% при их соотношении 1:(1-2), а графитиэатор — в количестве 10-15% от массы сфероидизатора; при этом расплав сначала обрабатывают графитизатором, а потом сфероидизатором.

1 табл. перегрев расплава, ввод сфероидиэаторов и графитиэаторов в ковш при выпуске в него расплава, введение в расплав перед выпуском из печи легирующих аустенитобраэующих элементов, а при выпуске в ковш перед вводом сфероидизаторов расплав раскисляют силикокальцием 0,5-1,5% от веса металла и алюминием 1 0 1 5 от суммы содержания хрома и--молибдена в чугуне, при этом расплав ремодифицируют первыми Р3М.

Данный способ не обеспечивает получение отливок с высокой иэносостойкостью при работе в тяжелых условиях нагружения из-за низкого сопротивления чугуна процессам схватывания при трении, что ухудшает их эксплуатационные свойства.

Целью изобретения является повышение коэффициента трения и износостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем расплавление шихтовых материалов, содержащих

1774956 фосфор, перегрев расплава, выпуск ега в ковш, ввод сфероидизаторав и графитизатаров в ковш при выпуске в него расплава и заливку форм, расплавление шихтовых материалов осуществляют с содержанием фосфора 3-4о, а модифицирование графитизиру ощей добавкой производят перед вводом сфероидизирующей добавки в количестве 10-15 от массы последней, количество которой выбирают для получения в чугуне остаточного суммарного содержания

РЗМ и магния 0,04-0,1 при их отношении

1;(1-2).

Основными эксплуатационными свойствами при работе тормозных колодок являются повышенные фрикционные свойства (коэффициент трения) и повышенный срок службы (износостойкость). Экспериментальна установлено, чта введение в чугун фосфора способствует повышению его износастойкости и коэффициента трения, При этом с увеличением содержания фосфора свыше 3-4о фрикцианные свойства практически не изменяются, а износостойкость чугуна снижается. В то же время проведенные исследования особенностей модифицирования высокофосфаристого чугуна показали, чта при наличии в расплаве более 1,2 фосфора ан оказывает сильное деглобуляризующее действие на форму графита при сфероидизирующем модифицировании. В этом случае получить правильную шаровидную форму графита в чугуне за счет увеличения количества вводимого сфераидизирующега модификатора на основе ферросилиция с магнием не удается. Данная цель может быть достигнута при обработке высокафосфаристага расплава комплексным модификатором, содержащим наряду с магнием редкоземельные элементы и обеспечивающем получение в чугуне заявляемого соотношения и суммарного содержания данных элементов. Как показали экспериментальные исследования, при суммарном содержании в чугуне РЗЭ и магния в предлагаемых пределах 0,04-0,1 и их соотношении 1:(1-2) обеспечивается получение правильной шаровидной формы графита.

При остаточном содер>кании РЗЭ и большем содержании магния его влияние на кристаллизацию расплава способствует тому, что графит выделяется в шаровидной разорванной форме, а при соотношении РЗЭ к магнию менее 1:2 графит выделяется.в нитевидной форме. В обоих случаях происходит снижение изнасостойкости чугуна и эксплуатационных свойств oTl)NBOK при трении. При снижении остаточною содержания магния и РЗЭ в сумме менее 0,04% графит выделяется в гнездообразной форме, что резко снижает износостойкость чугуна, а при их содержании более 0,1 происходит выделение структурно-свободного цементита, что резко снижает фрикционные

5 свойства из-за уменьшения коэффициента трения. В ходе проведенных исследований было отмечено, что форма графита и полностью перлитная металлическая основа в чугуне достигается при обработке расплава

10 графитизирующей присадкой перед сфероидизирующей. При этом наиболее стабильные результаты па форме графита в металлической основе получены при введении графитизирующей присадки в количест15 ве 10-15 от массы сфераидизирующей. В этом случае обеспечиваются наиболее высокие эксплуатационные свойства отливок при трении. Введение графитизирующей присадки в количестве ниже нижнего преде20 ла снижает эффективность последующего сфероидизирующего модифицирования, что ухудшает форму графита и снижает эксплуатационные свойства отливок при трении. Введение графитизирующей присадки

25 в количестве более 15 от массы сфероидизирующей присадки способствует выделению в структуре чугуна свободного феррита и ухудшает степень сфераидизации графита, что снижает износостойкость.

30 Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показал, что данный способ отличается от известного тем, что расплавление шихтовых материалов осуществляется с содержанием

35 фосфора 3-40, а модифицирование графитизирующей добавкой производят перед сфероидизирующей добавкой в количестве 10-15 ат массы последней, количество которой выбирают для получения в чугуне

40 остаточного суммарного содержания Р3М и магния 0,04-0,1 при их отношении 1;(1-2).

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

45 В процессе исследования заявляемого технического решения по научно-технической и патентной литературе отмечено, что использование способа получения высокопрочного чугуна путем последовательного и

50 сфероидизирующего модифициравания в определенном соотношении известно. Однако при указанном способе не обеспечивается получения правильной шаровидной формы графита и повышения износостойка55 сти в области механахимического износа при использовании высакофтористого расплава, что достигается.при использовании предлагаемого способа изготовления отливок, Следовательно, заявляемый признак проявляет новое, ранее неизвестное свой1774956

Коэффициент трении

Весовоя нанос. г

Соотношение в чугуне рэм

М9

Суммарное коп-во в чугуне (мас. $)

РЭМ+М9

Графитиэир. добавки от массы сфероидиэирующей, $

Со е жанне s ч не, мас! ф пп рэм

М9

0,15

043

0.46 о,зв

0,29

0,35

0,057

0.032

0.035

0.046

О,О44

0,043

1:2

1:2

1:1

1:2

1:2

1:4 о.1г

0,06

O,1О о.оз

0.12 о,!о

1О

9 !

15

0.04 о.ог

О,O5 о,о!

О.О4 о,ог о,ов

О,О4

О.О5

0,02

О,О8

0.08

0.05 з

2,9

4,1

Прототип г з

5

Составитель С.Кочевых

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Бучок

Редактор

Заказ 3943 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина. 101 ство. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия", Пример. Предлагаемый способ изготовления отливок реализован следующим 5 образом. Плавку вели в 6-дуговой печи, Чугун имел в исходном состоянии следующий химический состав, мас.%: 3,0-3,1 С; 1;3-1,5

Sl; 0,4-0,6 Мп; 2,5-3,0 Р; 0,03 S, Данный чугун перегревался до 1470-1510 С. После выдер- 10 жки расплава в течение 10 мин он переливался в 1,5-тонный ковш, на дно которого помещались графитизирующие присадки, а затем после перемешивания сливался в разливочный 1,5-тонный ковш, на дно которого 15 помещалась сфероидиэирующая присадка в виде модификатора, содержащего 50-55%

Si; 4-5% Mg; 1-4% Р3М; 0,5-1,0 Са; Fe остальное. Сфероидиэирующий модификатор вводили в количестве 15-37,5 кг, а количест- 20 во графитиэирующей присадки находилось в пределах 9-16% от количества сфероидизирующей присадки, Для оценки эксплуатационной стойкости отливок в лабораторных условиях изме- 25 рялась величина износа образцов на установке СМЦ-2 при трении в течение 30 мин, при давлении в трущейся системе 6

МПа. Форма графита в изученных чугунах определялась при металлографическом 30 анализе с использованием микроскопа.

Результаты металлографического анализа показали, что при предлагаемом способе получения отливок обеспечивается стабильНое получение полностью перлит- 35 ной металлической основы и графита в правильной шаровидной форме. Это обеспечивает высокие эксплуатационные свойства отливок при трении. При изменении условий способа изготовления отливок резко ухудшается форма графита и он выделяется либо в дообразной форме, либо в шаровидной разорванной. В этом случае наблюдается снижейие износостойкости чугуна при трении, что отмечается увеличением величины весового износа.

Из представленных в таблице данных следует, что использование предлагаемого способа изготовления отливок по сравнению с прототипом позволит повысить срок службы тормозных колодок в 1,5-2 раза.

Формула изобретения

Способ получения чугуна, преимущественно для отливок тормозных колодок, включающий расплавление шихтовых материалов, содержащих фосфор, перегрев расплава, выпуск его в ковш. обработку расплава при выпуске в ковш сфероидизаторами, содержащими магний и Р3М, и графитизаторами и заливку в формы, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения коэффициента трения и иэносостойкости, сфероидизаторы вводят в ковш перед выпуском в него расплава в количестве, обеспечивающем получение в чугуне остаточного суммарного содержания Р3М и магния 0,040,1% при их соотношении 1:(1-2), а грэфитизатор — в количестве 10-15% от массы сфероидизаторов при этом расплав выпускают с содержанием фосфора 3-4%, а обработку расплава графити затором осуществляют перед обработкой сфероидизатором.