Антифрикционный чугун
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления отливок тормозных дисков. Антифрикционный чугун содержит, мас.%: углерод 3,40-3,65; кремний 1,3-1,49; марганец 0,5-0,7; медь 0,3-0,6; никель ≤0,13; хром ≤0,12; сера 0,09-0,13; олово 0,08-0,12; фосфор ≤0,1; железо - остальное. Чугун обладает высокой трещиностойкостью и износостойкостью, при отсутствии отбела и хладноломкости. 2 табл.
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления отливок тормозных дисков.
Известен «Антифрикционный чугун для крупногабаритных отливок» по патенту №2221072 от 10.10.2002 г., содержащий (в мас.%):
| углерод | 2,9-3,5 |
| кремний | 0,9-1,5 |
| марганец | 0,5-1,0 |
| медь | 0,05-1,55 |
| никель | 0,02-0,3 |
| хром | 0,08-0,3 |
| сера | 0,02-0,08 |
| фосфор | 0,15-0,5 |
| олово | ≤0,1 |
| железо | остальное |
Недостатками известного «Антифрикционного чугуна для крупногабаритных отливок» являются недостаточная трещиностойкость, недостаточная износостойкость при содержании углерода и кремния в указанных диапазонах, появление отбела (выделение свободного цементита) при концентрации хрома более 0,12%; хладноломкость при содержании фосфора более 0,10%; незначительное влияние содержания никеля и хрома в указанных диапазонах на механические свойства и износостойкость антифрикционного чугуна; отрицательное влияние хрома на теплофизические характеристики антифрикционного чугуна, в частности на его теплопроводность. Однако известный антифрикционный чугун может быть принят за прототип.
Цель изобретения - повышение трещиностойкости, повышение износостойкости, устранение отбела (свободного цементита), хладноломкости антифрикционного чугуна.
Для достижения указанной цели чугун содержит (в мас.%):
| углерод | 3,40-3,65 |
| кремний | 1,30-1,49 |
| марганец | 0,5-0,7 |
| медь | 0,3-0,6 |
| никель | ≤0,13 |
| хром | ≤0,12 |
| сера | 0,09-0,13 |
| олово | 0,08-0,12 |
| фосфор | ≤0,1 |
| железо | остальное |
Содержание углерода 3,40-3,65 (в мас.%) и кремния 1,30-1,49 (в мас.%) позволяют сохранить прочностные характеристики антифрикционного чугуна, а содержание свободного углерода в виде графита, играющего роль твердой смазки, позволяет повысить износостойкость, увеличить теплопроводность и, как следствие, трещиностойкость. Данные результаты изменения механических свойств могут быть получены при введении следующих легирующих элементов: марганца 0,5-0,7 (в мас.%), меди 0,3-0,6 (в мас.%) и серы 0,09-0,13 (в мас.%). При соединении марганца с серой происходит образование пластичных и тугоплавких сульфидов.
В табл.1 приведены химический состав, механические свойства и износостойкость предлагаемого антифрикционного чугуна, в табл.2 - результаты испытаний на трещиностойкость тормозных дисков из предлагаемого антифрикционного чугуна.
| Таблица 1 | ||||||||||
| Состав, %вес. | σв(ср), МПа | НВср | I*, мм | |||||||
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Сu | |||
| 3,59 | 1,46 | 0,64 | 0,034 | 0,13 | 0,12 | 0,13 | 0,53 | 299 | 205 | 0,068 |
| Норматив | ≥255 | 190-240 | ||||||||
| *) Результаты линейного износа получены при стендовых натурных испытаниях |
| Таблица 2 | ||||||||
| Параметры оценки результатов испытаний опытных тормозных дисков | Биение, мм | ТРЕЩИНЫ | ||||||
| До испытания | После испытания | Изменение | Длина ≤10 мм (наличие) | длина >10 мм (количество) | Максимальная длина, мм (количество) | сквозные трещины (количество) | ||
| Допустимые результаты | - | - | +0,070 | Сетка поверхност-ных трещин | нет | 10 | нет | |
| Диск №1 | Наружная сторона | 0,129 | 0,142 | +0,013 | Небольшое кол-во очень тонких поверхностных трещин; расположены на середине дорожки трения диска по дуге ~ 90° - ширина полосы рассеяния трещин до ~ 7 мм. | Нет | ~3,5 (одна) | нет |
| Внутренняя сторона | 0,129 | 0,126 | -0,003 | Видимых трещин нет | нет | - | нет | |
| Диск №2 | Наружная сторона | 0,110 | 0,127 | +0,017 | Видимых трещин нет | нет | - | нет |
| Внутренняя сторона | 0,114 | 0,112 | -0,002 | Видимых трещин нет | нет | - | нет |
Антифрикционный чугун был получен следующим образом. Выплавку проводили в индукционной среднечастотной печи. Шихту готовили из литейного чугуна Л1; лома стального марок 1А, 2А, 8А-10А; возврата от нирезиста ЧП16Д7ГХШ; меди катодной, медных отходов, меди без полуды и пайки марок Мок, М1к, М2к, Моок, M1; феррохрома марок ФХ800А, Б; ФХ850А, Б; FeCr70C70Si2, FeCr60C70Si2; ферромарганца марок ФМн70, ФМн78, ФМн88; ферросеры ФСу30, ФСу25, ФСу35; олова марки 01 и графита искусственного измельченного марки ГИИ-А. Все шихтовые материалы, кроме олова и ферросеры, подавали в завалку. Ферросеру вводили в жидкий металл за 10-12 минут до выпуска антифрикционного чугуна из печи, а олово - за 2-3 минуты до выпуска. Разливку антифрикционного чугуна производили в песчано-глинистые формы.
Антифрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, никель, хром, олово, фосфор, серу и железо, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
| углерод | 3,40-3,65 |
| кремний | 1,3-1,49 |
| марганец | 0,5-0,7 |
| медь | 0,3-0,6 |
| никель | ≤0,13 |
| хром | ≤0,12 |
| сера | 0,09-0,13 |
| олово | 0,08-0,12 |
| фосфор | ≤0,1 |
| железо | остальное |
