Антифрикционный чугун

 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к разработке составов антифрикционных чугунов. Предложен антифрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, магний, серу, фосфор и железо, который дополнительно содержит ванадий, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3,0-3,5; кремний 2,2-3,2; марганец 0,9-1,2; медь 0,9-1,2; магний 0,03-0,08; ванадий 0,2-0,4; сера до 0,03; фосфор до 0,2; железо остальное. Изобретение направлено на создание антифрикционного чугуна с повышенными характеристиками прочности и износостойкости. 2 табл.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к разработке составов антифрикционных чугунов.

Техническая задача изобретения - повышение прочности и износостойкости литья.

Наиболее близким аналогом является антифрикционный чугун марки АЧВ 1 (ГОСТ 1585-85).

Чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: Углерод - 2,8-3,5 Кремний - 1,8-2,7 Марганец - 0,6-1,2 Медь - До 0,7 Магний - 0,03-0,08 Фосфор - До 0,2 Сера - До 0,03 Железо - Остальное Известный чугун может быть применен в дизелестроении, судостроении, электромашиностроении и других отраслях промышленности для деталей, работающих в узлах трения со смазкой.

Высокое содержание марганца в известном чугуне провоцирует образование сложных карбидов типа (Fe, Mn, С), имеющих неправильную остроугольную форму и оказывающих надрезывающее действие на матрицу сплава, снижая тем самым прочностные характеристики чугуна. Сама металлическая основа данного чугуна в литом состоянии имеет двухфазное строение (перлит + феррит до 55%), что влечет за собой снижение механических свойств, прежде всего прочности, и эксплутационных - износостойкости. Это приводит к преждевременному выходу из строя изделий из данного чугуна в процессе эксплуатации в узлах трения вследствие ускоренного износа трущихся поверхностей.

Технической задачей изобретения является создание антифрикционного чугуна с повышенными характеристиками прочности и износостойкости.

Эта цель достигается тем, что антифрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, магний, фосфор, серу и железо, содержит дополнительно ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 3,0-3,5
Кремний - 2,2-3,2
Марганец - 0,9-1,2
Медь - 0,9-1,2
Магний - 0,03-0,08
Ванадий - 0,2-0,4
Фосфор - До 0,2
Сера - До 0,03
Железо - Остальное
Повышение прочности и износостойкости достигается за счет введения ванадия, повышения содержания меди и корректировки общего состава.

Ванадий характеризуется отсутствием р-электронов и наличием незаполненных d-орбиталей ядра атома, следствием чего является понижение термодинамической активности углерода при вводе ванадия в расплав. Кроме того, ванадий имеет значение энергии взаимодействия с углеродом большее, чем у марганца. Это приводит к процессу образования высокодисперсных карбидов ванадия (VC), имеющих округлую форму, которые, упрочняя металлическую основу чугуна, не вызывают появления напряжений.

Содержание меди в предлагаемом чугуне в количестве 0,9-1,2 мас.% принято из условия получения однородной перлитной структуры сплава. При содержании меди менее 0,9 мас.% в структуре чугуна наблюдается присутствие феррита в количестве до 10%, что снижает механические и эксплутационные свойства материала. Увеличение концентрации меди свыше 1,2 мас.% не приводит к увеличению прочности и износостойкости чугуна.

Сравнительный анализ признаков, отличающих данное предложение от известных в данной области технических решений, показал, что в данном сочетании проявляются новые свойства - повышение прочности и износостойкости.

Ниже приведен пример осуществления процесса получения антифрикционного чугуна.

Предложенный чугун выплавляли в индукционной тигельной печи емкостью одна тонна с кислой футеровкой. В качестве шихтовых компонентов использовались гостированные ферросплавы и материалы. В печь загружали стальной лом, чугун чушковый, ферросилиций, медь. После расплавления шихты и снятия шлака перед выпуском металла в печь вводили ферромарганец и феррованадий. Температура выдачи расплава из печи 1450-1500^oС.

Модифицирование проводили в ковше лигатурой ФСМг-5.

Химический состав, микроструктура и механические свойства известного и предложенного чугунов приведены в табл. 1.

Данные испытаний по износостойкости в табл. 2.

Анализ полученных результатов показывает, что прочность и износостойкость предложенного чугуна выше. Таким образом, введение ванадия и увеличение содержания меди повышает механические и эксплутационные свойства чугунов данного класса.

Формула изобретения

Антифрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, магний, фосфор, серу и железо, отличающийся тем, что содержит дополнительно ванадий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 3,0-3,5
Кремний - 2,2-3,2
Марганец - 0,9-1,2
Медь - 0,9-1,2
Магний - 0,03-0,08
Фосфор - До 0,2
Сера - До 0,03
Ванадий - 0,2-0,4
Железо - Остальноео

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2