Серый фрикционный чугун


 


Владельцы патента RU 2514360:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" (RU)

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 области черной металлургии, в частности к серым фрикционным высокофосфористым чугунам для изготовления литых тормозных колодок и других деталей механизмов трения.

Известен серый чугун марки СЧ20 (ГОСТ 1412-85), широко используемый для литья тормозных колодок грузовых вагонов железнодорожного транспорта. В литых деталях этот чугун имеет перлитно-ферритную структуру и недостаточные механические (σв=186-205 МПа, твердость 170-241 НВ) и эксплуатационные свойства.

Известен также серый фрикционный чугун (патент RU №2326178, МПК С22С 37/10, 2008), содержащий, мас.%:

Углерод 2,9-3,5
Кремний 1,3-2,0
Марганец 0,3-0,8
Фосфор 1,0-1,5
Сера 0,02-0,15
Азот 0,002-0,010
Алюминий 0,002-0,010
Железо Остальное

Предел прочности этого чугуна составляет 445-490 МПа, твердость чугуна в отливках - 241-279 НВ, фрикционная теплостойкость - 118-125%, средний износ при сухом трении - 12-20 мг/г·с и коэффициент трения - 0,61-0,68.

Однако отмечается недостаточная ударно-усталостная долговечность чугуна в литых фрикционных изделиях (10,5-12,8 тыс. циклов), что увеличивает склонность чугуна к появлению трещин на их рабочих поверхностях в процессе эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является серый фрикционный чугун (патент RU 2442838, МПК С22С 37/06, 2011, прототип), содержащий, мас.%:

Углерод 2,8-3,5
Кремний 0,8-2,0
Марганец 0,3-0,8
Фосфор 1,0-1,5
Сера 0,02-0,15
Азот 0,012-0,030
Хром 0,01-0,08
Бор 0,002-0,010
Алюминий 0,002-0,010
Железо Остальное

Известный чугун обладает следующими механическими и фрикционными свойствами:

Временное сопротивление при растяжении, МПа 250-280
Твердость, НВ 25-279
Средний износ при сухом трении, мг/г·с 10-15
Ударно-усталостная долговечность, тыс. циклов 13,5-17,1
Фрикционная теплостойкость (эталон СЧ20), % 118-128
Коэффициент трения 0,65-0,69
Трещиностойкость (количество трещин
в технологической пробе) 3-7
Динамическая прочность, Дж/см2 10-13

При высоких характеристиках твердости и износостойкости известный чугун обладает недостаточными характеристиками трещиностойкости, динамической прочности и ударно-усталостной долговечности, что приводит к образованию на рабочих поверхностях тормозных барабанов и колодок трещин в процессе эксплуатации и снижению их надежности.

Задачей данного технического решения является повышение трещиностойкости, динамической прочности и ударно-усталостной долговечности чугуна в литых изделиях.

Поставленная задача решается тем, что серый фрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, азот, бор, алюминий и железо, дополнительно содержит ванадий, никель и кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 2,8-3,5
Кремний 0,8-2,0
Марганец 0,3-0,8
Фосфор 1,6-3,0
Сера 0,10-0,15
Хром 0,02-0,08
Азот 0,01-0,03
Бор 0,002-0,010
Алюминий 0,002-0,010
Ванадий 0,02-0,07
Никель 0,02-0,05
Кобальт 0,01-0,03
Железо Остальное

Проведенный анализ предложенного технического решения показал, что на данный момент неизвестны технические решения, в которых были бы отражены указанные отличия. Кроме того, указанные признаки являются необходимыми и достаточными для достижения положительного эффекта, указанного в цели изобретения. Это позволяет сделать вывод, что данные отличия являются существенными.

Дополнительное введение ванадия обусловлено существенным влиянием его на ударно-усталостную долговечность, фрикционную стойкость и эксплуатационную надежность чугуна в литых изделиях. При содержании ванадия до 0,02% ударно-усталостная долговечность, фрикционная теплостойкость и эксплуатационная надежность недостаточны. При концентрации ванадия более 0,07% повышается содержание в структуре карбидов и нитридов, что снижает динамическую прочность и трещиностойкость чугуна в литых изделиях.

Дополнительное введение никеля (0,02-0,05%) и кобальта (0,01-0,03%) оказывает микролегирующее влияние на структуру, существенно повышает упруго-пластические свойства и трещиностойкость чугуна. При увеличении их концентрации более верхних пределов снижаются характеристики твердости, износостойкости и эксплуатационной надежности. При концентрации никеля до 0,02% и кобальта до 0,01% снижаются характеристики динамической прочности и трещиностойкости.

Опытные плавки чугуна проводили в коксовых вагранках производительностью 5 т/ч с копильником. В качестве шихтовых материалов использовали литейные чугуны марок ЛЗ, передельный чугун марки ПЛ2, стальной лом группы 1А, ферромарганец ФМн78, доменный феррофосфор марки ФФ16, полуфабрикатный никель с кобальтом ПНЗ, высокоуглеродистый феррохром ДХ800, феррованадий ФВд2, ферробор и другие ферросплавы.

При выпуске чугуна из копильника в разливочные ковши производили наномодифицирование расплава (гибридная технология металлотермии и самораспространяющегося высокотемпературного синтеза) с использованием экзотермических азотированных таблеток на основе металлического алюминия, ферробора, оксида железа и угольной пыли. Заливку модифицированного чугуна с температурой 1300-1360°С производили в литейные песчано-глинистые формы для получения технологических проб, стандартных образцов для механических и фрикционных испытаний и тормозных колодок.

В таблице 1 приведены химические составы известного и предложенного серых чугунов опытных плавок.

Механические и фрикционные испытания проводили на цилиндрических стандартных образцах в литом состоянии без термической обработки по общепринятым методикам. Исследование микроструктуры проводили в соответствии с ГОСТ 3443-87, трещиностойкости - на звездообразных технологических пробах с диаметром 250 мм и высотой 140 мм. Динамическую прочность определяли на образцах 10×10×55 мм без надреза, а термическую стойкость - при нагреве до 900°С.

В таблице 2 приведены результаты механических и фрикционных испытаний, исследования термической стойкости, трещиностойкости чугуна в отливках.

Как видно из таблицы 2, предложенный серый фрикционный чугун обеспечивает литым изделиям более высокие характеристики динамической прочности, износостойкости, трещиностойкости и ударно-усталостной долговечности, чем известный.

Таблица 1
Компоненты Содержание компонентов, мас.% (железо - остальное)
1 (Изв.) 2 3 4 5 6
Углерод 3,4 2,6 2,8 3,1 3,5 3,6
Кремний 1,8 0,6 0,8 1,5 2,0 2,2
Марганец 0,5 0,2 0,3 0,5 0,8 0,9
Фосфор 1,2 1,4 1,6 2,3 3,0 3,2
Сера 0,12 0,05 0,1 0,12 0,15 0,2
Хром 0,02 0,01 0,02 0,05 0,08 0,1
Азот 0,05 0,005 0,01 0,02 0,03 0,05
Бор 0,005 0,001 0,002 0,007 0,01 0,03
Алюминий 0,004 0,001 0,002 0,006 0,01 0,02
Ванадий - 0,01 0,02 0,05 0,07 0,1
Никель - 0,01 0,02 0,03 0,05 0,07
Кобальт - 0,006 0,01 0,02 0,03 0,05
Таблица 2
Показатели Свойства фрикционных чугунов для составов
1 (Изв.) 2 3 4 5 6
Временное сопротивление при растяжении, МПа 265 271 275 286 283 272
Твердость, НВ 263 278 267 265 264 262
Средний износ при сухом трении, мг/г·с 13 11 9 7 8 12
Ударно-усталостная долговечность, тыс. циклов 16,5 17,1 17,5 18,6 18,2 17,3
Коэффициент трения 0,66 0,64 0,66 0,67 0,65 0,63
Фрикционная теплостойкость, % 109 112 118 123 121 115
Трещиностойкость (количество трещин в пробе) 4 3 2 1 2 3
Термическая стойкость, циклы 660 675 720 782 736 708
Динамическая прочность, Дж/см2 12 13 15 19 18 14

Серый фрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, азот, бор, алюминий и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ванадий, никель и кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 2,8-3,5
Кремний 0,8-2,0
Марганец 0,3-0,8
Фосфор 1,6-3,0
Сера 0,10-0,15
Хром 0,02-0,08
Азот 0,01-0,03
Бор 0,002-0,010
Алюминий 0,002-0,010
Ванадий 0,02-0,07
Никель 0,02-0,05
Кобальт 0,01-0,03
Железо Остальное.



 

Похожие патенты:
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.

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.
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.
Чугун // 2529342
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; фосфор 0,2-0,3; барий 0,002-0,003; серебро 0,002-0,003; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение термостойкости чугуна. 1 табл.
Наверх