Серый антифрикционный чугун



Серый антифрикционный чугун
Серый антифрикционный чугун

 


Владельцы патента RU 2602312:

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

Изобретение относится к области металлургии, в частности к серым конструкционным чугунам для литых корпусных антифрикционных изделий с повышенными механическими и эксплуатационными свойствами. Серый антифрикционный чугун содержит, мас. %: углерод 3,5-3,8; кремний 1,8-2,4; марганец 0,8-1,1; фосфор 0,1-0,2; сера 0,02-0,12; хром 0,04-0,16; никель 0,15-0,35; медь 0,14-0,28; титан 0,03-0,08; кобальт 0,12-0,65; барий 0,05-0,08 и железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение трещиностойкости, механических и антифрикционных свойств чугуна в литых изделиях, в частности предел прочности чугуна при изгибе составляет 462-485 МПа. 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к серым конструкционным чугунам для литых корпусных антифрикционных изделий с повышенными механическими и эксплуатационными свойствами.

Известен высокофосфористый антифрикционный чугун (Патент Японии №55-5575, МПК С22С 37/06, 1980), содержащий, мас. %:

Углерод 2,8-3,2
Кремний 1,2-1,7
Марганец до 1,0
Фосфор 0,2-0,6
Хром 0,2-0,6
Сера до 0,1
Железо остальное

Литые изделия из этого чугуна склонны к трещинам, имеют крупнозернистую структуру с высоким содержанием фосфидной эвтектики и повышенные остаточные термические напряжения и требуют дополнительной термообработки.

Известен также серый антифрикционный чугун для корпусных литых деталей (Патент Японии №57-32352, МПК С22С 37/08, 1982), содержащий, мас. %:

Углерод 2,4-3,5
Кремний 1,4-2,5
Марганец 0,5-1,5
Хром 1,0-1,7
Никель 0,2-0,7
Железо остальное

Известный чугун имеет в литых заготовках высокие (более 30 МПа) остаточные напряжения и отбел, повышенную концентрацию в структуре карбидов хрома, что вызывает необходимость их длительной термической обработки для повышения антифрикционных, упругопластических и эксплуатационных свойств.

По технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близким к предложенному является серый антифрикционный чугун марки АЧСЗ по ГОСТ 1585-85 (прототип), содержащий, мас. %:

Углерод 3,2-3,8
Кремний 1,7-2,6
Марганец 0,3-0,7
Фосфор 0,15-0,40
Сера до 0,12
Хром до 0,3
Никель до 0,3
Медь 0,2-0,5
Титан 0,03-0,1
Железо остальное

Этот чугун обеспечивает в структуре отливок перлитную металлическую основу твердостью от 160 до 190 НВ. Предел прочности чугуна при изгибе составляет 330-370 МПа. Величина остаточных термических напряжений в отливках - 25-28 МПа. Отмечаются недостаточные характеристики трещиностойкости, механических и антифрикционных свойств. Предельный режим работы при трении не превышает 5 МПа·м/с.

Задачей данного технического решения является повышение трещиностойкости, механических и антифрикционных свойств чугуна в литых изделиях.

Поставленная задача решается тем, что серый антифрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, никель, медь, титан и железо, дополнительно содержит кобальт и барий, при следующем соотношении компонентов, мас %:

Углерод 3,5-3,8
Кремний 1,8-2,4
Марганец 0,8-1,1
Фосфор 0,1-0,2
Сера 0,02-0,12
Хром 0,04-0,16
Никель 0,15-0,35
Медь 0,14-0,28
Титан 0,03-0,08
Кобальт 0,12-0,65
Барий 0,05-0,08
Железо остальное

Существенным отличием предложенного решения является дополнительное введение кобальта и бария и выбранное соотношение компонентов. Проведенный анализ показал, что на данный момент неизвестны технические решения, в которых были бы отражены указанные отличия. Кроме того, указанные отличия являются необходимыми и достаточными для достижения технического результата, указанного в задаче изобретения. Это позволяет сделать вывод о том, что данные отличия являются существенными.

Дополнительное введение 0,12-0,65% кобальта обусловлено его химической и микролегирующей активностью и значительным влиянием на дисперсность структуры металлической основы, который очищает границы зерен, существенно повышает трещиностойкость, антифрикционные и упруго-пластические свойства. При концентрации кобальта менее 0,12% микролегирующий эффект, упругопластические и антифрикционные свойства низкие. При увеличении содержания кобальта более 0,65% снижаются однородность структуры, износостойкость и механические свойства.

Введение бария в чугун оказывает раскисляющее, рафинирующее и модифицирующее влияние, повышает дисперсность структуры, механические и эксплуатационные свойства. При увеличении содержания бария более 0,08% увеличивается угар, неоднородность структуры и остаточные термические напряжения в отливках, снижаются антифрикционные свойства и удароустойчивость. При концентрации бария менее 0,05% модифицирующий эффект, механические и эксплуатационные свойства недостаточны, снижается трещиностойкость отливок.

Содержание углерода и кремния принято исходя из опыта производства антифрикционных чугунов для отливок с низкими остаточными термическими напряжениями, мелкозернистой перлитной структурой и высокими характеристиками износостойкости в условиях трения и ударно-усталостной долговечности. При увеличении концентрации углерода и кремния соответственно выше 3,4 и 2,4% в структуре повышается содержание удлиненных пластин графита, что снижает характеристики трещиностойкости, ударно-усталостной долговечности, износостойкости и антифрикционных свойств. При снижении их концентрации соответственно ниже 3,5 и 1,8% повышаются остаточные термические напряжения и содержание ледебурита в структуре, снижаются ударная вязкость и удароустойчивость.

При содержании хрома в чугуне от 0,04 до 0,16% достигается измельчение дисперсности структуры, стабилизация коэффициента трения, повышение твердости и износостойкости. При увеличении содержания хрома более 0,16% увеличиваются отбел и неоднородность структуры с образованием в ней карбидов, снижаются характеристики предела прочности при изгибе и удароустойчивости. При концентрации хрома менее 0,04% дисперсность структуры, твердость и эксплуатационные свойства недостаточны.

Уменьшение содержания фосфора в чугуне до 0,1-0,2% обусловлено существенным его влиянием на повышение коэффициента трения, твердости и износостойкости чугуна. При содержании фосфора до 0,1% износостойкость, прочностные и антифрикционные свойства недостаточны. А при увеличении его концентрации более 0,2% снижаются характеристики удароустойчивости, ударной вязкости и ударно-усталостной долговечности.

Медь и титан - основные микролегирующие и графитизирующие элементы, существенно повышающие антифрикционные и упругопластические свойства. При концентрации меди менее 0,14% ее микролегирующий эффект и износостойкость чугуна низкие, а при увеличении содержания меди более 0,28% увеличивается угар, снижаются однородность структуры и упруго-пластические свойства. При концентрации титана менее 0,03% микролегирующий эффект недостаточен, а при содержании более 0,08% снижаются трещиностойкость, относительное удлинение и ударная вязкость.

Повышение концентрации марганца до 0,8-1,1% обусловлено его высоким микролегирующим влиянием на структуру и повышением механических и антифрикционных свойств. При увеличении концентрации марганца более 1,1% увеличиваются остаточные напряжения и отбел, и снижается стабильность коэффициента трения, а при снижении концентрации марганца менее 0,8% повышается содержание в структуре феррита и снижаются механические и эксплуатационные характеристики чугуна.

Сера при концентрации более 0,12% снижает механические, антифрикционные и эксплуатационные свойства чугуна в литых изделиях. Нижний предел концентрации серы обусловлен невозможностью при плавке в существующих чугунолитейных цехах, производящих антифрикционные литые изделия, практически выплавлять чугун с более низким ее содержанием.

Введение никеля обусловлено тем, что он является эффективной упрочняющей и легирующей добавкой, повышающей однородность и дисперсность структуры, упругопластические и антифрикционные свойства. Верхний предел концентрации никеля (0,35%) обусловлен снижением трещино-стойкости и ударной вязкости при более высоких его концентрациях. При уменьшении концентрации никеля менее 0,15% укрупняется структура, снижаются механические и антифрикционные свойства.

Опытные плавки чугунов проводят в индукционных печах с использованием синтетической шихты (из вторичных материалов), состоящей из чугунной стружки 5МГ и 5Н (в количестве от 10 до 18%), стального лома группы А1 и А2, чугунного лома №17 и №19, карбюризатора и возврата собственного производства. Температура выплавляемого чугуна не ниже 1450-1480°С. Микролегирование ферромарганцем ФМн88 (ГОСТ 47-95), никелем марки НП3, кобальтом марки К1 (ГОСТ 123-2008) и медью марки M1 производят после рафинирования расплава в печи, а модифицирование ферротитаном и ферросиликобарием - в ковше.

Заливку чугуна производили в песчано-глинистые формы. Остаточные термические напряжения определяли на решетчатых технологических пробах. Для определения свойств чугуна заливали ступенчатые и звездообразные технологические пробы.

Механические испытания (по ГОСТ 27208-87) проведены на стандартных образцах, а определение склонности к трещинообразованию проведены на звездообразных технологических пробах диаметром 250 мм и высотой 140 мм по общей длине трещин в пробе. Определение твердости проведено по ГОСТ 24805.

В таблице 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок, а в таблице 2 - технологические, механические и антифрикционные свойства.

Серый антифрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, никель, медь, титан и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кобальт и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 3,5-3,8
кремний 1,8-2,4
марганец 0,1-1,1
фосфор 0,1-0,2
сера 0,02-0,12
хром 0,04-0,16
никель 0,15-0,35
медь 0,14-0,28
титан 0,03-0,08
кобальт 0,12-0,65
барий 0,05-0,08
железо остальное.



 

Похожие патенты:

Чугун // 2582831
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован в машиностроении. Чугун содержит, мас.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к получению тормозных локомотивных колодок из фрикционного чугуна. Для повышения долговечности и износостойкости трибологической пары «колесо-колодка» тормозную колодку получают из фрикционного чугуна, содержащего углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, барий, кальций, железо и примеси, путем термической обработки, включающей нагрев в печи до температуры 950-1000°С, выдержку в течении 2 часов и охлаждение вместе с печью до комнатной температуры с обеспечением феррито-графитовой микроструктуры.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован в машиностроении. По одному из вариантов чугун содержит, мас.
Тормозной диск для дискового тормоза, включающий тормозную ленту, изготовленную из чугуна, включающего углерод, кремний, марганец, молибден, хром. Преимущественно тормозной диск имеет характеристики повышенной устойчивости к механической и тепловой напряженности, а также высокой устойчивости к коррозии.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления отливок тормозных дисков. Антифрикционный чугун содержит, мас.%: углерод 3,70-3,80, кремний 1,51-1,69,марганец 0,5-0,7, медь 0,44-0,52, никель ≤0,13, хром ≤0,12, сера ≤0,13, олово 0,11-0,13, фосфор ≤0,1, железо - остальное, при этом эвтектический углеродный эквивалент, рассчитанный по формуле Cэкв.=C+Si/3, составляет 4,2-4,4, а соотношение меди к олову составляет 3,9-4,1.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к чугунам с шаровидным графитом. Чугун содержит, вес.

Чугун // 2561541
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован для изготовления деталей тепловых агрегатов, печей и электроплит.

Чугун // 2560465
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам чугуна, который может быть использован в машиностроении. Чугун содержит, мас.%: углерод 2,4-3,0, кремний 1,2-1,6, марганец 0,6-0,8, хром 0,1-0,15, ванадий 2,4-3,2, рений 0,04-0,06, медь 1,6-2,0, магний 0,004-0,008, железо - остальное.
Чугун // 2557436
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 // 2557199
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.
Наверх