Антифрикционный высокопрочный чугун

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Марукович Евгений Игнатьевич Карпенко Михаил Иванович Хомец Антон Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси(57) Антифрикционный высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец,никель, хром, алюминий, церий, кальций, нитриды титана и железо, отличающийся тем,что он дополнительно содержит медь, кобальт и барий при следующем соотношении компонентов, мас.углерод 3,2-3,8 кремний 2,2-2,8 марганец 0,2-0,7 никель 0,2-0,7 хром 0,02-0,12 алюминий 0,02-0,15 церий 0,02-0,05 кальций 0,01-0,04 нитриды титана 0,01-0,12 медь 0,03-0,35 кобальт 0,03-0,18 барий 0,02-0,05 железо остальное. Изобретение относится к области металлургии, в частности к антифрикционным высокопрочным чугунам для ответственных литых деталей с повышенными характеристиками износостойкости, механических и эксплуатационных свойств. Известен антифрикционный высокопрочный чугун 1 следующего химического состава, мас.углерод 3,5-3,8 кремний 0,2-2,0 марганец 0,55 16784 1 2013.02.28 магний 0,03 фосфор 0,05-0,06 сера 0,004-0,006 железо остальное. Известный чугун обладает низкими характеристиками твердости, износостойкости и антифрикционных свойств, что снижает надежность и долговечность работы литых деталей в условиях трения. Известен также антифрикционный высокопрочный чугун АЧВ-2 2, обеспечивающий получение в деталях механизмов трения перлитной структуры твердостью 167-197 НВ. Этот чугун в условиях трения в паре с закаленным стальным валом имеет недостаточную износостойкость и низкий допустимый режим работы (не более 20 МПам/с). По технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близким к предложенному является антифрикционный высокопрочный чугун 3 следующего химического состава, мас.углерод 3,2-3,8 кремний 2,2-2,8 марганец 0,2-0,7 никель 0,2-0,7 хром 0,02-0,06 алюминий 0,02-0,30 церий 0,02-0,05 кальций 0,01-0,04 нитриды титана 0,01-0,25 железо остальное. Известный чугун обладает следующими механическими и антифрикционными свойствами временное сопротивление, МПа 430-465 ударная вязкость, Дж/см 2 30-42 относительное удлинение,15-17,8 износ при трении без смазки, мг/см 2 0,08-0,12 коэффициент трения 0,45-0,48 32-38. предельный режим при трении, МПам/с В условиях трения с высокими скоростями и удельными давлениями известный чугун имеет недостаточную эксплуатационную стойкость из-за недостаточной прочности и высокого коэффициента трения. Недостатком известного чугуна является склонность к трещинообразованию при литье, особенно при использовании способов литья с интенсивным охлаждением. Задача изобретения - снижение склонности чугуна к трещинообразованию и повышение прочностных и антифрикционных свойств. Поставленная задача решается тем, что антифрикционный высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, алюминий, церий, кальций, нитриды титана и железо, дополнительно содержит медь, кобальт и барий при следующем соотношении компонентов, мас.углерод 3,2-3,8 кремний 2,2-2,8 марганец 0,2-0,7 никель 0,2-0,7 хром 0,02-0,12 алюминий 0,02-0,15 церий 0,02-0,05 кальций 0,01-0,04 нитриды титана 0,01-0,12 2 16784 1 2013.02.28 медь 0,03-0,35 кобальт 0,03-0,18 барий 0,02-0,05 железо остальное. Дополнительное микролегирование чугуна медью (0,03-0,35 ) и кобальтом (0,030,18 ) существенно повышает прочностные свойства и износостойкость, снижает коэффициент трения и склонность чугуна к трещинообразованию, что позволяет его использовать в механизмах трения с более высокими удельными давлениями и скоростями. При этом медь оказывает более существенное влияние на антифрикционные свойства, а кобальт - на прочностные свойства, трещиностойкость и износостойкость. При концентрации их до 0,03 механические и антифрикционные свойства недостаточны. При увеличении содержания меди более 0,35 начинает сказываться ее графитизирующее влияние на структуру, что снижает твердость, износостойкость и пластичность. При увеличении концентрации кобальта более 0,18 снижаются пластические и антифрикционные свойства, стабильность структуры и фактор формы графитных включений. Дополнительное введение 0,02-0,05 бария обусловлено его высокой химической активностью, модифицирующим и стабилизирующим влиянием на структуру, механические и антифрикционные свойства чугуна. Модифицирующее влияние на структуру и свойства чугуна начинает сказываться с концентрации 0,02 . При увеличении содержания бария более 0,05 снижаются характеристики прочности, твердости, трещиностойкости и износостойкости. Никель (0,2-0,7 ), марганец (0,2-0,7 ) и хром (0,02-0,12 ) являются основными легирующими элементами, обеспечивающими повышенные характеристики прочности,твердости, износостойкости и антифрикционных свойств. Влияние никеля и марганца на структуру и свойства чугуна начинает сказываться с концентрации 0,2 , а хрома - уже с концентрации 0,02 . При увеличении содержания хрома более 0,12 снижаются трещиностойкость чугуна и его пластические свойства. Эти характеристики снижаются и при увеличении концентрации марганца и никеля более 0,7 . Содержание основных графитизирующих элементов (углерода 3,2-3,8 и кремния 2,2-2,8 ) и сфероидизирующих модифицирующих элементов (церия 0,02-0,05 и кальция 0,01-0,04 ) принято на основании практики производства отливок из антифрикционных высокопрочных чугунов с повышенными механическими и антифрикционными свойствами. Нитриды титана - графитизирующие и модифицирующие компоненты, повышающие дисперсность структуры и трещиностойкость, снижающие коэффициент трения, термические напряжения в отливках и величину износа при трении без смазки. Их влияние на структуру и свойства чугуна начинает сказываться при содержании 0,01 . При увеличении концентрации нитридов титана более 0,12 отмечается увеличение содержания нитридов по границам зерен, что снижает ударную вязкость и другие пластические свойства. Алюминий - эффективный раскислитель и при содержании 0,02-0,15 повышает однородность и стабильность структуры, характеристики прочности, износостойкости и трещиностойкости. При уменьшении концентрации алюминия менее 0,02 снижаются стабильность и однородность структуры, механические свойства и трещиностойкость. При повышении концентрации алюминия более 0,15 снижаются характеристики твердости, износостойкости и прочности. Пример конкретной реализации. Опытные плавки чугунов проводили в открытых индукционных тигельных печах с использованием рафинированных литейных чушковых чугунов, стального лома, ферромарганца, меди М 0, никеля, содержащего кобальт, силикобария, силикокальция, ферроцерия, алюминия и ферросилиция. После рафинирования расплава производили микролегирование ферромарганцем, медью, измельченными брикетами нитридов титана и алюминием в печи. 3 16784 1 2013.02.28 Модифицирование расплава производили в барабанном ковше с использованием ферроцерия, силикокальция и силикобария. Заливку модифицированным чугуном с температурой 1360-1390 С производили в литейные песчано-глинистые формы для получения технологических проб, образцов для механических и антифрикционных испытаний литых деталей механизмов трения. Отдельные полые заготовки получали с использованием специальных способов литья с интенсивным и направленным затвердеванием. В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок. Таблица 1 Содержание компонентов в чугунах, мас.Компоненты 1 (извест.) 2 3 4 5 6 Углерод 3,5 3,1 3,2 3,5 3,8 3,9 Кремний 2,3 2,0 2,2 2,6 2,8 3,0 Марганец 0,5 0,1 0,2 0,5 0,7 0,9 Никель 0,4 0,1 0,2 0,5 0,7 0,8 Хром 0,03 0,01 0,02 0,05 0,12 0,15 Алюминий 0,21 0,01 0,02 0,11 0,15 0,2 Церий 0,03 0,01 0,02 0,03 0,05 0,1 Кальций 0,03 0,007 0,01 0,03 0,04 0,05 Нитриды титана 0,21 0,15 0,01 0,1 0,12 0,005 Медь 0,4 0,03 0,2 0,35 0,02 Кобальт 0,02 0,03 0,12 0,18 0,21 Барий 0,01 0,02 0,03 0,05 0,07 Железо остальное ост. ост. ост. ост. ост. Трещиностойкость определяли на технологических звездообразных пробах диаметром 250 мм и высотой 140 мм по общей длине (в мм) образующихся трещин, а ударную вязкость - на образцах 101055 мм с надрезом 0,2 мм. Износостойкость и прочность определяли на цилиндрических 10-миллиметровых образцах по стандартным методикам. Предельный режим работы при трении установлен на полых литых заготовках при стендовых испытаниях, обеспечивающих изменение удельных давлений от 2 до 20 МПа и скорости вращения от 0,5 до 10 м/с. В табл. 2 приведены механические, технологические и антифрикционные свойства чугунов опытных плавок. Таблица 2 Свойства чугунов Свойства чугунов для составов 1 (изв.) 2 3 4 5 6 Временное сопротивление, МПа 448 475 530 580 566 517 Ударная вязкость, Дж/см 2 32 30 34 40 42 33 Трещиностойкость, мм 26 23 18 12 16 19 Коэффициент трения 0,46 0,44 0,42 0,38 0,39 0,43 Износ при трении без смазки, мг/см 2 0,10 0,08 0,07 0,05 0,05 0,09 Предельный режим работы при трении (ГОСТ 1585-85),36 37 40 46 43 38 МПам/с Металлографические исследования литых заготовок показали, что в структуре литых заготовок преобладала перлитная металлическая основа и графит шаровидной и вермикулярной формы. При этом в чугунах составов 1 и 2 преобладал графит вермикулярной формы, а в предложенном чугуне - шаровидной формы. Как видно из табл. 2, предложенный антифрикционный чугун обладает меньшей склонностью к трещинообразованию и более высокими характеристиками прочностных 4 16784 1 2013.02.28 антифрикционных свойств, чем известный. Литые детали из предложенного антифрикционного чугуна могут работать в узлах трения с высокими динамическими нагрузками,удельными давлениями и при более высоких скоростях трения. Источники информации 1. Высококачественные чугуны для отливок / Под ред. Н.Н.Александрова. - М. Машиностроение, 1982. - С. 165. 2. ГОСТ 1585-85. 3.10666, МПК 22 37/00, 2008. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5

МПК / Метки

МПК: C22C 37/08

Метки: антифрикционный, высокопрочный, чугун

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/5-16784-antifrikcionnyjj-vysokoprochnyjj-chugun.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Антифрикционный высокопрочный чугун</a>

Похожие патенты