Высокопрочный антифрикционный чугун


 


Владельцы патента RU 2513363:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" (МИИТ) (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным антифрикционным чугунам для ответственных деталей двигателей. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,2-3,5; кремний 1,8-2,2; марганец 0,4-0,8; медь 0,15-0,70; никель 0,31-0,70; хром 0,02-0,06; магний 0,03-0,05; церий 0,01-0,02; олово 0,01-0,02; фосфор 0,02-0,04; кальций 0,002-0,010; титан 0,15-0,35; цирконий 0,06-0,22; азот 0,01-0,03; алюминий 0,002-0,01; железо - остальное. Использование изобретения позволяет снизить склонность чугуна к трещинообразованию и повысить износостойкость чугуна в отливках. 2 ил.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным чугунам для изготовления антифрикционных отливок, получаемых при модифицировании их магнием и церием и используемых в литом состоянии для ответственных деталей двигателей Евро-3 и Евро-4, работающих в условиях трения, износа, повышенных механических и термоциклических нагрузок.

Известен антифрикционный магний-цериевый чугун марки ЧВГ-45, рекомендованный в ГОСТ 26394-89 для аналогичных отливок. Предельный режим эксплуатации деталей из этого чугуна в условиях трения не превышает 12-15 МПа · м/с. Чугун обладает низкими характеристиками твердости (190-250 НВ) и относительного удлинения (0,8-1,5%).

Известен также высокопрочный антифрикционный чугун марки АЧВ-2 (ГОСТ 1585-85), обеспечивающий получение в отливках перлитно-ферритной структуры с повышенными пластическими свойствами. Однако в условиях трения этот чугун имеет низкую износостойкость, недостаточные характеристики твердости (167-197 НВ) и допустимого предельного режима работы (менее 12 МПа·м/с).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному является высокопрочный антифрикционный чугун (Патент RU 2352675, МПК С22С 37/00, 2009) следующего химического состава, мас.%:

Углерод 3,2-3,5
Кремний 1,8-2,2
Марганец 0,4-0,8
Медь 0,15-0,7
Никель 0,02-0,25
Хром 0,02-0,06
Магний 0,03-0,05
Церий 0,01-0,02
Олово 0,03-0,10
Фосфор 0,02-0,10
Кальций 0,002-0,01
Железо Остальное

Известный чугун обладает следующими механическими и эксплуатационными свойствами:

Предел текучести, МПа 265-290
Ударная вязкость, Дж/см2 41-56
Скорость износа при сухом трении, мкм/км 0,22-0,30
Твердость, НВ 229-241
Предельный режим работы при трении, МПа · м/с 31-40
Коэффициент трения 0,32-0,40
Склонность к трещинообразованию,
количество трещин в технологической пробе 2,8-3,2

Недостатком известного чугуна являются низкая износостойкость и высокая склонность к трещинообразованию.

Задачей данного технического решения является снижение склонности к трещинообразованию и повышение износостойкости.

Поставленная задача решается тем, что высокопрочный антифрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, никель, хром, магний, церий, олово, фосфор, кальций и железо, дополнительно содержит титан, цирконий, азот и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 3,2-3,5
Кремний 1,8-2,2
Марганец 0,4-0,8
Медь 0,15-0,70
Никель 0,31-0,70
Хром 0,02-0,06
Магний 0,03-0,05
Церий 0,01-0,02
Олово 0,01-0,02
Фосфор 0,02-0,04
Кальций 0,002-0,01
Титан 0,15-0,35
Цирконий 0,06-0,22
Азот 0,01-0,03
Алюминий 0,002-0,01
Железо Остальное

Дополнительное введение титана обусловлено тем, что он является эффективной микролегирующей добавкой, повышающей дисперсность структуры чугуна в отливках, трещиностойкость и снижающей коэффициент трения и скорость изнашивания чугуна в условиях интенсивного трения. При содержании титана до 0,15% износостойкость и трещиностойкость недостаточны. При повышении концентрации титана более 0,35% увеличивается неоднородность структуры, снижаются характеристики упруго-пластических свойств и предела текучести.

Дополнительное введение циркония в чугун снижает отбел в тонких стенках отливок, повышает однородность структуры, трещиностойкость и упругопластические свойства. При повышении содержания циркония более 0,22% увеличивается содержание феррита в структуре, снижаются характеристики твердости, износостойкости и эксплуатационных свойств. При содержании циркония до 0,06% его влияние на трещиностойкость, упругопластические свойства и структуру чугуна в отливках сказывается незначительно.

Азот в количестве 0,01-0,03% способствует образованию нитридов, измельчению структуры и повышению трещиностойкости и механических свойств. При концентрации азота до 0,01% его влияние на структуру и свойства сказывается незначительно, а при увеличении содержания азота более 0,03% нитриды начинают располагаться по границам зерен, что снижает характеристики трещиностойкости, ударной вязкости и эксплуатационных свойств.

Алюминий в количестве 0,002-0,01% способствует повышению однородности структуры, раскисляет расплавленный металл, повышает трещиностойкость, механические и антифрикционные свойства чугуна. При концентрации алюминия более 0,01% повышается содержание феррита в структуре, снижаются износостойкость и эксплуатационные свойства. При содержании алюминия до 0,002% раскисление расплавленного металла осуществляется недостаточно.

Опытные плавки чугуна проводят в индукционных тигельных печах с использованием литейных чугунов марки Л2ШБ2, передельного чугуна ПЛ11Б2, стального лома марок 1А и 2А, чугунного лома марки 17А, азотированного ферромарганца марки ФМн78-2Н, олова марки О1пч, катодной меди марки M1 к, полуфабрикатного никеля марки НП3, доменного феррофосфора марки ФФ16, титанциркониевой лигатуры марки Ти20Цр7, силикокальция марки ФСК15А2 (ТУ 14-5-142-83), доменного ферросилиция и других ферросплавов. Температура выплавляемого чугуна составляет 1480-1500°C. После рафинирования расплава в печи производят процесс легирования с использованием катодной меди, азотированного ферромарганца, никеля, меди и титанциркониевой лигатуры. Сфероидизирующее модифицирование производят магний- и церийсодержащими комплексными модификаторами при выпуске расплава из печи в раздаточные ковши, а графитизирующее - в разливочных ковшах с использованием алюминотермических смесей, содержащих силикокальций марки ФСК15А2.

Заливку модифицированного чугуна при температуре 1350-1380°C производят в литейные песчано-глинистые формы для получения образцов для механических испытаний антифрикционных деталей двигателей и технологических проб.

В таблице 1 (фиг.1) приведены химические составы чугунов опытных плавок, а в таблице 2 (фиг.2) - их механические и эксплуатационные свойства.

Для определения трещиностойкости использовали звездообразные пробы диаметром 250 мм и высотой 140 мм. Динамическую прочность определяли на образцах с размерами 10×10×55 мм с надрезом 0,2 мм.

Износостойкость чугуна и предельный режим работы при трении определяли по стандартным методикам при испытании в условиях сухого трения. Механические испытания проведены в соответствии с ГОСТ 27208-87.

Как видно из таблицы 2 (фиг.2), предложенный высокопрочный чугун обладает более высокими характеристиками износостойкости при сухом трении и трещиностойкости, чем известный.

Высокопрочный антифрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, никель, хром, магний, церий, олово, фосфор, кальций и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит титан, цирконий, азот и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 3,2-3,5
Кремний 1,8-2,2
Марганец 0,4-0,8
Медь 0,15-0,7
Никель 0,31-0,7
Хром 0,02-0,06
Магний 0,03-0,05
Церий 0,01-0,02
Олово 0,01-0,02
Фосфор 0,02-0,04
Кальций 0,002-0,01
Титан 0,15-0,35
Цирконий 0,06-0,22
Азот 0,01-0,03
Алюминий 0,002-0,01
Железо Остальное.



 

Похожие патенты:

Чугун // 2510421
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам серого чугуна, который может быть использован в машиностроении. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,0-3,4; кремний 0,8-1,2; марганец 0,4-0.8; алюминий 0,4-0,6; медь 2,4-2,6; ванадий 0,6-0,8; гафний 0,1-0,15; молибден 0,1-0,15 теллур 0,0005-0,0009; серебро 0,01-0,015; никель 1,0-1,5; железо - остальное.
Чугун // 2508418
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей тепловых агрегатов, печей.
Чугун // 2508417
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей тепловых агрегатов, в частности печей.

Чугун // 2508416
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам серого чугуна, который может быть использован в машиностроении. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,0-3,4; кремний 0,8-1,2; марганец 0,1-0,8; алюминий 0,4-0,6; медь 2,4-2,6; ванадии 0,6-0,8; гафний 0,1-0,15; бор 0,05-0,1; тантал 0,05-0,1; никель 1,0-1,5; железо - остальное.
Чугун // 2500830
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам серого чугуна, который может быть использован в машиностроении. Чугун содержит, в мас.%: углерод 3,0-3,4; кремний 2,6-3,0; марганец 0,5-0,7; церий 0,09-0,13; кобальт 0,2-0,4; бор 0,01-0,014; теллур 0,0006-0,0008; гафний 0,1-0,15; медь 1,1-1,5; железо - остальное.
Чугун // 2500829
Изобретение относится к области черной металлургии и касается состава чугуна, который может быть использован для изготовления деталей печей и тепловых агрегатов.
Чугун // 2500828
Изобретение относится к области черной металлургии и касается составов чугуна, который может быть использован для изготовления деталей печей и тепловых агрегатов.
Чугун // 2499074
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован в машиностроении. Чугун содержит, мас.%: углерод 2,5-3,5; кремний 0,5-0,7; марганец 1,0-1,5; хром 0,2-0,3; ванадий 2,0-2,5; никель 2,0-2,5; алюминий 2,5-3,0; кобальт 2,0-2,5; вольфрам 1,0-1,5; медь 2,0-2,5; железо - остальное.
Чугун // 2499073
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления крупногабаритных отливок. Чугун содержит, мас.%; углерод 3,6-4,0; кремний 1,6-2,0; марганец 0,6-1,0; никель 0,6-1,0; кобальт 3,6-4,0; ванадий 0,6-0,8; гафний 0,2-0,3; теллур 0,0008-0,0012; железо - остальное.
Чугун // 2499072
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей тепловых агрегатов и печей.
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к серым высокофосфористым чугунам, и может быть использовано для изготовления литых фрикционных изделий. Серый фрикционный чугун содержит, мас.%: углерод 2,8-3,5; кремний 0,8-2,0; марганец 0,3-0,8; фосфор 1,6-3,0; серу 0,1-0,15; хром 0,02-0,08; азот 0,01-0,03; бор 0,002-0,01; алюминий 0,002-0,01; ванадий 0,02-0,07; никель 0,02-0,05; кобальт 0,01-0,03; железо - остальное. Чугун обладает высокими трещиностойкостью, динамической прочностью и ударно-усталостной долговечностью. 2 табл.
Изобретение относится к формам для изготовления стеклянных изделий и может быть использовано в стекольной промышленности. Форма для изготовления стеклянных изделий выполнена из серого ферритно-перлитного чугуна, содержащего, вес.%: углерод - 3,2-3,6; кремний - 1,8-2,3; марганец - 0,5-0,7; хром - 0,00-0,25; никель - 0,6-0,9; молибден - 0,3-0,5; титан - 0,00-0,1; медь - 0,1-0,2; сера - 0,00-0,1; фосфор - 0,00-0,1; железо - остальное, и имеющего структуру, состоящую минимум из 95% феррита и не более 5% перлита, в которой свободный графит имеет пластинчатую форму, причем на внешней стороне формы графит имеет крупнозернистую структуру, а на внутренней - мелкозернистую. Форму отливают из чугуна указанного состава, при этом литье производится на металлический охладитель. Техническим результатом является обеспечение стабильности микроструктуры, необходимой теплопроводности, прочности, сопротивления растрескиванию и износостойкости форм для изготовления стеклянных изделий. 2 н.п. ф-лы.
Чугун // 2520886
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован в машиностроении. Чугун содержит, мас.%: углерод 2,6-2,8; кремний 0,8-1,2; марганец 0,8-1,2; хром 0,2-0,4; барий 0,001-0,002; молибден 0,4-0,6; никель 1,2-1,6; кальций 0,0001-0,0003; ниобий 0,4-0,6; алюминий 0,04-0,06; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение термостойкости чугуна. 1 табл.
Чугун // 2525978
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей мельниц и дробилок. Чугун содержит, мас.%: углерод 2,8-3,2; кремний 2,8-3,2; марганец 0,6-0,8; хром 1,0-1,5; никель 2,0-2,5; ванадий 0,6-0,8; алюминий 0,02-0,03; барий 0,0005-0,001; медь 0,6-0,8; цирконий 1,5-2,0; гафний 2,6-3,0; бор 0,1-0,15; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости чугуна. 1 табл.
Чугун // 2525979
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей тепловых агрегатов, печей. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,0-3,6; кремний 3,0-3,6; марганец 0,4-0,6; молибден 0,15-0,25; магний 0,002-0,003; церий 0,13-0,15; никель 0,6-0,8; кобальт 0,2-0,3; кальций 0,002-0,003; серебро 0,002-0,003; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение термостойкости чугуна. 1 табл.
Чугун // 2525980
Изобретение относится к области черной металлургия, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей тепловых агрегатов, печей. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,0-3,6; кремний 3,0-3,6; марганец 0,4-0,6; молибден 0,15-0,2; медь 1,6-2,0; церий 0,002-0,003; никель 0,6-0,8; кобальт 0,2-0,3; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение термостойкости чугуна. 1 табл.
Чугун // 2525981
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей тепловых агрегатов, печей. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,0-3,6; кремний 3,0-3,6; марганец 0,4-0,6; молибден 0,15-0,25; магний 0,002-0,003; церий 0,02-0,03; гафний 0,4-0,6; фосфор 0,2-0,3; бор 0,2-0,3; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение термостойкости чугуна. 1 табл.
Изобретение относится к составам чугунов, используемых для изготовления хорошо обрабатываемых обычными инструментами деталей различного сечения, работающих в узлах трения при значительных удельных нагрузках, таких как втулки опорных и натяжных колес экскаваторов, вкладышей дробилок и т.д. Антифрикционный чугун содержит компоненты, мас.%: углерод 2,2-3,6; кремний 0,1-0,5; марганец 0,5-1,5; медь 1,5-10,0; алюминий 0,8-4,0; олово 0,1-0,5; кальций 0,002-0,05; никель 0,5-1,5; вольфрам 0,1-0,3; фосфор 0,1-0,6; железо - остальное. При реализации изобретения возможна замена более дорогих медных сплавов, работающих в узлах трения тяжелонагруженных машин и механизмов, повышается срок службы деталей в паре трения, улучшаются условия механической обработки отливок. 2 табл.
Изобретение относится к области металлургии и касается составов чугуна, применяемого для изготовления деталей тепловых агрегатов. Алюминиевый чугун содержит, мас.%: углерод 2,2-2,6; кремний 0,1-0,2; марганец 0,1-0,2; алюминий 21,0-25,0; медь 0,6-1,0; фосфор 0,01-0,02; цирконий 0,01-0,02; никель 1,0-1,5; сурьма 0,001-0,0015; галлий 0,1-0,15; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение обрабатываемости чугуна резанием. 1 табл.
Чугун // 2529333
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам серого чугуна, который может быть использован в машиностроении. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,0-3,4; кремний 0,8-1,2; марганец 0,4-0,8; алюминий 0,03-0,05; медь 0,9-1,3; ванадий 0,6-0,8; гафний 0,1-0,2; никель 0,7-1,3; бор 0,03-0,05; кальций 0,0003-0,0005; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение прочности чугуна. 1 табл.
Наверх