Износостойкий чугун



Износостойкий чугун
Износостойкий чугун

 


Владельцы патента RU 2540008:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная лесотехническая академия" (RU)

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к износостойким чугунам для работы в условиях сухого трения и высокой температуры рабочей газовой среды, и может быть использовано для изготовления седел газораспределительного механизма автомобильных двигателей, работающих на природном газе. Чугун содержит, мас.%: углерод 2,5-3,2; кремний 2,3-2,7; марганец 8,5-10,0; хром 3,5-4,5; алюминий 4,5-5,3; ванадий 1,5-2,0; железо - остальное. Изобретение решает задачу повышения износостойкости чугуна при сухом трении и высокой температуре рабочей среды при отсутствии значительных ударных и изгибающих нагрузок за счет создания гетерогенной структуры, образованной метастабильным аустенитом и карбидной сеткой. 2 табл.

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности, к износостойким чугунам для работы в условиях сухого трения.

Известен износостойкий чугун [А.с. СССР №986955, С22С 37/08, 07.01.83, бюл. №1], содержащий, мас.%:

Углерод 2,5-3,5
Кремний 1,5-2,2
Марганец 1,0-1,5
Хром 0,05-0,4
Никель 0,01-0,5
Титан 0,01-0,5
Ванадий 0,1-0,7
Бор 0,01-0,15
Медь 0,1-0,3
Железо остальное

Недостатком известного чугуна является значительная стоимость при относительно невысоких механических показателях в условиях сухого трения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является чугун [А.с. СССР №456035, С22С 37/00, 05.01.75, бюл. №1], содержащий, мас.%:

Углерод 3,0-4,0
Кремний 3,0-4,0
Марганец 9,0-11,0
Медь 0,3-0,4.
Алюминий 0,15-0,25
Молибден 0,5-1,0
Никель 0,3-0,4
Железо остальное

Недостатком прототипа являются - относительно невысокая износостойкость в условиях сухого трения при высокой температуре до 900°С и высокая себестоимость. При повышенной температуре более 500°С структура такого чугуна теряет прочность и под воздействием динамических нагрузок деформируется. Причиной этого является недостаточное количество упрочняющей жаропрочной фазы в структуре чугуна.

Изобретение решает задачу увеличения ресурса деталей фрикционных пар сухого трения, работающих в высокотемпературных газовых средах с достижением технического результата - повышения износостойкости и жаропрочности чугуна. Поставленная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, алюминий марганец и железо, согласно изобретению дополнительно содержит хром и ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 2,5-3,2
Кремний 2,3-2,7
Марганец 8,5-10,0
Хром 3,5-4,5
Алюминий 4,5-5,3
Ванадий 1,5-2,0
Железо остальное

Повышение износостойкости в условиях сухого трения и высокой температуры достигается в результате создания гетерогенной структуры, образованной метастабильным аустенитом и карбидной сеткой. В процессе нагружения пар трения относительно пластичный исходный аустенит упрочняется, а карбидная сетка, армируя структуру, увеличивает ее прочность и препятствует заеданию пар трения. Аустенитная структура отличается высокой жаропрочностью, кроме того, введение хрома и увеличение количества алюминия способствуют образованию дополнительной жаропрочной фазы, обеспечивающей упрочнение структуры чугуна, эксплуатирующегося при механическом и термическом воздействии.

При содержании углерода менее 2,5% износостойкость чугуна снижается в связи с уменьшением количества карбидной фазы и полного отсутствия свободного графита; при содержании углерода, превышающем 3,2%, в структуре образуется значительное количество свободного графита, что приводит к снижению жаропрочности и износостойкости чугуна.

Кремний в указанных пределах способствует выделению необходимого количества графита и улучшению механических и технологических свойств чугуна. Содержание кремния более 2,7% приводит к выделению избыточного графита, что снижает износостойкость чугуна.

Марганец значительно понижает эвтектоидное превращение железоуглеродистых сплавов и способствует аустенизации чугунов. При содержании марганца менее 8,5% в структуре металлической основы преобладает мартенсит. При концентрации марганца 8,5-10% структура состоит преимущественно из аустенита и карбидов.

Введение в состав чугуна хрома в количестве 3,5-4,5% обусловлено его высокой химической активностью и способностью образовывать металлические соединения, обладающие высокой жаропрочностью и износостойкостью.

Введение в сплав хрома в указанных пределах обеспечивает формирование структуры металла, отличающейся износостойкостью и жаропрочностью при газовом воздействии.

Добавление алюминия в количестве 4,5-5,3% обусловлено его высокой химической активностью и способностью образовывать металлические соединения (Al2O3, Al6Mn, Al7Cr и др.), обладающие высокой износостойкостью и жаропрочностью.

Добавление в состав чугуна ванадия, в указанных предела, приводит к образованию эвтектических колоний γ+VC, имеющих вид сферолитов. Они состоят из карбидного скелета, иголки которого равномерно распределены во все стороны из центра колонии. Такая структура способствует значительному повышению износостойкости чугуна при сухом трении. Повышение содержания ванадия свыше 2,0% не вызывает существенного изменения свойств.

Таким образом, заявляемая совокупность и концентрация легирующих элементов позволяют повысить износостойкость чугуна при сухом трении и высокой температуре газовой среды, снизить износ контртела и обеспечить спад твердости по глубине рабочего слоя.

Плавку исследуемых чугунов проводят в индукционных печах с основной футеровкой тигля. В качестве шихтовых материалов используют литейный и передельный чугуны, ферросплавы ванадия, марганца, титана, бой электродов. Металл нагревали до 1420-1450°С, а разливка производится при температуре 1380-1400°С в просушенные и прогретые песчано-глиняные формы.

В таблице 1 представлены химические составы и механические свойства чугунов. При испытаниях на износостойкость в качестве эталона был принят серый чугун СЧ 20 ГОСТ 1412-85.

В таблице 2 приведен химический состав и механические свойства экспериментального чугуна в сравнении с его прототипом.

Эффективность заявляемого технического решения заключается в экономии металла, надежности и снижении эксплуатационных затрат за счет увеличения долговечности деталей, изготовленных их предложенного чугуна.

Чугун, содержащий углерод, кремний, алюминий, марганец и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хром и ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 2,5-3,2
кремний 2,3-2,7
марганец 8,5-10,0
хром 3,5-4,5
алюминий 4,5-5,3
ванадий 1,5-2,0
железо остальное



 

Похожие патенты:
Чугун // 2534468
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей тепловых агрегатов, печей.
Изобретение относится к металлургии, в частности к легированным износостойким чугунам для литых деталей, работающих в условиях коррозионно-механического изнашивания.
Чугун // 2529343
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован в машиностроении. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,6-4,2, кремний 0,8-1,2, марганец 0,8-1,2, хром 0,1-0,15, олово 0,1-0,15, медь 2,6-3,0, бор 0,02-0,04, ванадий 0,6-1,0, алюминий 2,6-3,0, железо - остальное.
Чугун // 2529342
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей тепловых агрегатов, печей.
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.
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.
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.
Чугун // 2525981
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей тепловых агрегатов, печей.
Чугун // 2525980
Изобретение относится к области черной металлургия, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей тепловых агрегатов, печей.
Чугун // 2525979
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей тепловых агрегатов, печей.
Чугун // 2546938
Изобретение относится к области черной металлургии и касается составов чугуна, используемого для изготовления деталей двигателей внутреннего сгорания. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,0-3,6; кремний 1,0-1,5; марганец 1,0-1,5; ниобий 0,1-0,15; никель 6,5-8,5; вольфрам 4,0-6,0; бор 0,1-0,15; теллур 0,001-0,0015; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение жаростойкости чугуна. 1 табл.

Изобретение относится к сплаву серого чугуна и может быть использовано для изготовления тормозных дисков транспортных средств. Серый чугун содержит, в мас.%: С: ≤4,2%, Si: <1,30%, Mn: 0,4-0,8%, Nb: 0,05-0,4%, Cr: ≤0,4%, Cu: ≤0,7%, V+Ti+Mo: ≤0,4%, P: <0,05%, S: <0,1%, остальное - Fe и неизбежные примеси, при этом выполняется следующее условие: Sc=%С/(4,26-0,317*(%Si)+0,027(%Mn)-0,3(%P))>1, где Sc - степень насыщения. Изобретение направлено на разработку экономичного состава серого чугуна, обладающего высоким сопротивлением термомеханической усталости и высоким сопротивлением износу. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 табл.

Чугун // 2554234
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей машин, работающих в условиях ударных нагрузок. Чугун содержит, мас.%: углерод 2,5-3,5; кремний 1,5-1,9; марганец 0,1-0,2; хром 0,1-0,2; ванадий 1,0-1,5; никель 4,0-4,3; алюминий 0,1-0,2; кобальт 4,0-4,3; медь 1,6-2,0; бор 0,002-0,006; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение ударно-усталостной прочности. 1 табл.

Чугун // 2554259
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 3,0-3,4; кремний 3,0-3,4; марганец 1,1-1,5; молибден 0,5-0,9; хром 0,03-0,05; церий 0,01-0,02; бор 0,03-0,05; кобальт 0,7-1,1; гафний 0,1-0,15; селен 0,0006-0,0008; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение термостойкости чугуна. 1 табл.
Чугун // 2556447
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления изделий, работающих в условиях трения и повышенного износа. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,0-3,5; кремний 1,5-2,0; марганец 2,0-3,0; фосфор 0,1-0,2; бор 0,02-0,04; титан 0,01-0,03; кальций 0,003-0,007; вольфрам 2,0-3,0; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости чугуна. 1 табл.

Чугун // 2556454
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления изделий, работающих в условиях перепадов температур. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,2-3,7; кремний 2,4-2,6; марганец 0,4-0,6; алюминий 0,6-1,0; кальций 0,002-0,004; титан 0,08-0,012; олово 0,005-0,007; бор 0,03-0,05; молибден 0,3-0,4; никель 1,0-1,4; гафний 0,6-0,8; железо - остальное.
Чугун // 2557194
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован в машиностроении. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,5-4,0; кремний 2,0-2,5; марганец 0,6-0,8; медь 1,6-2,2; алюминий 0,3-0,7; кальций 0,001-0,0012; иттрий 0,003-0,007; цирконий 0,05-0,07; титан 0,01-0,012; бор 0,06-0,1; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение прочности чугуна. 1 табл.

Чугун // 2557195
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей двигателей, печей и тепловых агрегатов. Чугун содержит, мас. %: углерод 3,6-3,9; кремний 0,4-0,8; марганец 1,5-2,0; хром 0,05-0,07; никель 0,5-0,8; медь 2,2-2,6; вольфрам 1,4-1,6; теллур 0,0008-0,0012; рений 0,06-0,1; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение сопротивляемости кручению при повышенных температурах. 1 табл.
Чугун // 2557196
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован в машиностроении. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,6-4,0; кремний 0,4-0,8; марганец 1,4-2,0; хром 0,2-0,3; никель 0,3-0,8; титан 0,002-0,005; гафний 3,0-4,0; ниобий 0,2-0,3; молибден 3,0-4,0; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является увеличение у чугуна сопротивления кручению при повышенных температурах. 1 табл.
Чугун // 2557197
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован в машиностроении. Чугун содержит, мас.%: углерод 3,0-3,5; кремний 1,7-2,5; марганец 0,4-0,8; никель 0,15-0,25; хром 0,4-0,6; титан 0,15-0,3; медь 0,1-0,3; кальций 0,005-0,015; бор 0,005-0,015; ниобий 0,4-0,8; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является снижение объема усадочных раковин в чугуне. 1 табл.
Наверх