Серый фрикционный чугун


 


Владельцы патента RU 2552820:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" (МИИТ) (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к серым высокофосфористым чугунам для изготовления тормозных колодок и других деталей механизмов трения. Чугун содержит, мас.%: углерод 2,8-3,5; кремний 1,4-2,3; марганец 0,3-0,8; фосфор 1,6-3,2; хром 0,02-0,08; сера 0,01-0,03; азот 0,002-0,02; бор 0,002-0,03; алюминий 0,01-0,03; барий 0,02-0,05; магний 0,01-0,03; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение трещиностойкости и ударно-усталостной долговечности чугуна. 2 табл.

 

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

Известен чугун для тормозных колодок (Патент RU 2122042, МПК C22C 37/10, 1998), содержащий, мас.%:

Углерод 2,6-3,4
Кремний 1,2-2,2
Марганец 0,3-0,8
Фосфор 2,7-3,2
Сера (не более) 0,03
Ванадий (не более) 0,1
Магний (не менее) 0,03-0,04
Алюминий 0,3-0,4
Железо Остальное

Известный чугун обладает нестабильными характеристиками механических свойств и низкой трещиностойкостью.

Известен также серый фрикционный чугун (Патент RU 2326178, МПК C22C 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 0,002-0,01
Алюминий 0,002-0,01
Железо Остальное

Этот фрикционный чугун имеет недостаточные характеристики прочности и ударно-усталостной долговечности, не превышающей 10,5-12,8 тыс. циклов.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является фрикционный чугун (Патент RU 2442838, МПК C22C 37/06, 2010), содержащий, мас.%:

Углерод 2,8-3,5
Кремний 0,8-2,0
Марганец 0,3-0,8
Фосфор 1,0-1,5
Хром 0,01-0,08
Сера 0,02-0,15
Азот 0,012-0,03
Бор 0,002-0,01
Алюминий 0,002-0,01
Железо Остальное

Предел прочности при растяжении этого чугуна составляет 250-280 МПа; твердость НВ 252-279; ударно-усталостная долговечность 13,5-17,1 тыс. циклов; коэффициент трения 6,5-6,9; трещиностойкость 3-7 трещин в пробе. При изготовлении тормозных колодок отмечается недостаточная ударно-усталостная долговечность.

Задачей данного технического решения является повышение ударно-усталостной долговечности и трещиностойкости.

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

Углерод 2,8-3,5
Кремний 1,4-2,3
Марганец 0,3-0,8
Фосфор 1,6-3,2
Хром 0,02-0,08
Сера 0,01-0,03
Азот 0,002-0,02
Бор 0,002-0,03
Алюминий 0,01-0,03
Барий 0,02-0,05
Магний 0,01-0,03
Железо Остальное

Существенным отличием предложенного чугуна является дополнительное введение бария и магния. Проведенный анализ предложенного решения показал, что на данный момент неизвестно техническое решение, в котором отражены указанные отличия. Кроме того, эти отличия являются необходимыми и достаточными для достижения положительного эффекта, указанного в цели изобретения. Это позволяет сделать вывод, что данные отличия являются существенными.

Дополнительное введение 0,02-0,05% бария обусловлено его химической, модифицирующей и графитизирующей способностью и значительным влиянием на дисперсность структуры металлической основы, очистку границ зерен и форму графита, что способствует повышению упругопластичных свойств чугуна, его трещиностойкости и ударно-усталостной долговечности. При концентрации бария до 0,02% модифицирующий эффект, упругопластические свойства и ударно-усталостная долговечность недостаточны. При повышении содержания бария более 0,05% увеличиваются угар, неоднородность структуры чугуна в отливках и снижаются характеристики ударной вязкости, удароустойчивости и трещиностойкости.

Введение магния в чугун в количестве 0,01-0,03% оказывает раскисляющее и модифицирующее влияние, повышает содержание в структуре сфероидизированного графита, механические и фрикционные свойства чугуна в отливках. При концентрации магния до 0,01% модифицирующий эффект, механические свойства и ударно-усталостная долговечность недостаточны, а при повышении содержания магния более 0,03% снижаются трещиностойкость, стабильность коэффициента трения и удароустойчивость.

Опытные плавки чугуна доэвтектического состава проводили в коксовых вагранках производительностью 5 т/ч с копильником. В качестве шихтовых материалов использовали литейные чугуны марок Л3 и Л5, передельный чугун марки ПЛ5, чугунный лом марок 16А и 17А, стальной лом группы 1А, ферромарганец ФМн75, доменный феррофосфор марок ФФ16 и ФФ18, феррохром ФХ800 и другие ферросплавы.

Рафинирование, раскисление и доводку чугуна по химическому составу проводили в копильнике. Модифицирование расплава производили при выпуске чугуна из копильника в разливочный ковш с использованием ферросилико-бария, порошков ферробора в составе экзотермических модифицирующих таблеток на основе кремния, магния и алюминия.

В песчано-глинистых литейных формах получали тормозные колодки типа «Ф», отливки и технологические пробы на трещиностойкость и стандартные образцы для механических и фрикционных испытаний.

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

Исследование структуры (ГОСТ 3443-87), механических свойств (ГОСТ 27208-87) и эксплуатационные испытания литых изделий проведены в литом состоянии без термической обработки. Исследования на трещиностойкость проводили на звездообразных технологических пробах высотой 140 мм, а определение ударной вязкости - на образцах без надреза.

В таблице 2 приведены результаты механических и фрикционных испытаний, исследование трещиностойкости чугунов в отливках.

Как видно из таблицы 2, предложенный чугун обладает более высокими характеристиками трещиностойкости, механических и фрикционных свойств.

Таблица 1
Химические составы чугунов опытных плавок
Компоненты Содержание компонентов, мас.% (железо - остальное)
1 (Изв.) 2 3 4 5 6
Углерод 3,3 2,5 2,8 3,1 3,5 3,7
Кремний 1,7 1,3 1,4 2,0 2,3 2,5
Марганец 0,4 0,2 0,3 0,5 0,8 1,0
Фосфор 1,2 1,2 1,6 2,2 3,2 3,4
Хром 0,05 0,01 0,02 0,06 0,08 0,1
Сера 0,1 0,008 0,01 0,02 0,03 0,05
Азот 0,02 0,001 0,002 0,01 0,02 0,05
Бор 0,01 0,001 0,002 0,02 0,03 0,04
Алюминий 0,01 0,006 0,01 0,02 0,03 0,05
Барий - 0,01 0,02 0,04 0,05 0,07
Магний - 0,005 0,01 0,02 0,03 0,05
Таблица 2
Результаты механических и фрикционных испытаний чугунов опытных плавок
Показатели Результаты испытаний фрикционных чугунов опытных плавок
1 (Изв.) 2 3 4 5 6
Предел прочности при растяжении, МПа 275 312 341 380 365 332
Твердость, НВ 260 322 280 310 282 264
Ударная вязкость, Дж/см2 24 21 28 32 30 25
Ударно-усталостная долговечность, тыс. циклов 16 14 19 24 21 18
Коэффициент трения 67 59 67 70 68 65
Фрикционная теплостойкость, % 100 102 108 112 110 106
Трещиностойкость (количество трещин в пробе) 5 7 2 2 3
Средний износ при сухом трении, мг/г·с 13 10 9 7 8 11

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

углерод 2,8-3,5
кремний 1,4-2,3
марганец 0,3-0,8
фосфор 1,6-3,2
хром 0,02-0,08
сера 0,01-0,03
азот 0,002-0,02
бор 0,002-0,03
алюминий 0,01-0,03
барий 0,02-0,05
магний 0,01-0,03
железо остальное.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составам литейных белых чугунов для высокоэрозийных и высокоабразивных применений. Раскрыта отливка из легированного литейного белого чугуна.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составам чугунов с пластинчатым графитом. .
Чугун // 2481413
Изобретение относится к областиметаллургии, а именно к составам хромистого чугуна, который может быть использован для изготовления прокатныхвалков, деталей песковых насосов.
Чугун // 2462527
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам хромистого чугуна, который может быть использован для изготовления деталей песковых насосов. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к серым перлитным чугунам для литых деталей, работающих в условиях ударных нагрузок и интенсивного трения. .
Изобретение относится к металлургии, в частности к немагнитным аустенитным чугунам с низким коэффициентом линейного расширения. .
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к серым высокофосфористым чугунам. .
Чугун // 2424344
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составу чугуна. .
Чугун // 2422548
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составу чугуна. .
Чугун // 2417269
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составу чугуна. .

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для изготовления деталей, работающих при высоких температурах и в агрессивных средах. Для увеличения прочностных характеристик сплава, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств, а именно длительную прочность, сплав на основе хрома содержит никель, вольфрам, ванадий, титан при следующем соотношении компонентов, мас.%: никель 25-29, вольфрам 5-10, ванадий 0,1-0,4, титан 0,05-0,3; кислород не более 0,08, азот не более 0,04, кремний не более 0,1, алюминий не более 0,06, железо не более 0,5, хром остальное. 1 ил., 3 табл.
Чугун // 2571016
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления прокатных валков. Чугун содержит, мас.%: углерод 2,4-3,6; кремний 1,2-2,6; марганец 1,5-2,5; хром 7,0-9,0; ванадий 1,0-2,0; алюминий 0,1-0,3; ниобий 1,0-1,8; цирконий 1,0-1,8; железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение прочности чугуна. 1 табл.
Наверх