Патент на изобретение №2365659
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) АНТИФРИКЦИОННЫЙ ЧУГУН
(57) Реферат:
Изобретение относится к металлургии, в частности к чугунам с шаровидным графитом, используемым в тяжело нагруженных узлах трения. Антифрикционный чугун содержит, мас.%: углерод 3,24-3,88; кремний 2,98-4,01; марганец 0,30-0,44; молибден 0,27-0,42; медь 0,63-1,02; титан 0,02-0,08, барий 0,03-0,08; магний 0,017-0,050; кальций 0,01-0,03; РЗМ 0,01-0,06; железо – остальное. Чугун обладает высокими механическими свойствами при пониженной твердости и сохранении высокой износостойкости, низкого коэффициента трения и малого износа сопряженных деталей. 2 табл.
Изобретение относится к металлургии, в частности к чугунам с шаровидным графитом, используемым в тяжело нагруженных узлах трения. Известен чугун [1], содержащий, мас.%:
Этот чугун имеет ферритную структуру и обладает высокими прочностными свойствами, повышенной износостойкостью и достаточно низким коэффициентом трения. Недостатками чугуна являются низкие значения пластичности (относительного удлинения) и ударной вязкости, повышенная твердость, затрудненная прирабатываемость и повышенный износ сопряженной детали. Наиболее близким к предлагаемому является чугун [2], содержащий, мас.%:
Чугун обладает высокой прочностью и износостойкостью, хорошими антифрикционными свойствами (пониженным коэффициентом трения, обеспечивая небольшой износ сопряженной детали). За счет молибдена уменьшена склонность чугуна к ферритной хрупкости. К недостаткам чугуна относятся нестабильность значений твердости (возможно превышение значений 210 НВ) и прочности (возможно снижение Задача изобретения – создание в чугуне особой структуры, состоящей из мелкозернистого двухфазного (гетерогенизированного) феррита, дисперсных включений упрочняющих фаз и шаровидного графита. Технический результат – повышение механических свойств чугуна (предела прочности, относительного удлинения и ударной вязкости) при пониженной твердости (не более 200 НВ) и сохранении хороших триботехнических свойств (высокой износостойкости, низкого коэффициента трения и малого износа сопряженных деталей). Это достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, молибден, барий, магний, кальций, редкоземельные металлы (РЗМ) и железо, дополнительно содержит медь и титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
В качестве примесей в чугуне могут присутствовать сера (до 0,02 мас.%), фосфор (до 0,05 мас.%) и алюминий (до 0,01 мас.%). Суть изобретения обеспечивается созданием в чугуне особой структуры, состоящей из мелкозернистого феррита (измельченного за счет присадки в сплав титана), претерпевшего спинодальное расслоение на обычный углеродистый феррит и силикоферрит (за счет достаточно высокого содержания кремния) и упрочненного дисперсными включениями медистой фазы (за счет легированием чугуна медью и молибденом), в сочетании с достаточно измельченным шаровидным графитом. Сфероидизация графита обеспечивается достаточным количеством элементов, входящих в состав комплексного модификатора (магния, бария, кальция и РЗМ). Химический состав чугуна подобран таким образом, что необходимая структура может быть получена уже в литом состоянии, но наибольшая ее стабильность обеспечивается путем термической обработки, состоящей из ферритизирующего отжига при 780-790°С и старения при 500-520°С. Состав чугуна выбран исходя из следующих соображений. По сравнению с прототипом снижены верхний и нижний пределы интервала содержания кремня, что позволило обеспечить повышение пластичности и ударной вязкости чугуна. При содержании кремния более 4,01% происходит заметное снижение этих свойств и повышение регламентируемой твердости чугуна, а при снижении содержания кремния менее 2,98% ухудшаются триботехнические свойства и снижается предел прочности. Принятое содержание углерода обеспечивает необходимые структуру и свойства чугуна в литом состоянии. При содержании углерода менее 3,24 мас.% уменьшается степень ферритизации структуры, становится возможным образование перлита и повышение твердости. Если в чугуне содержится более 3,88 мас.% углерода, в его структуре увеличивается количество графита, причем повышается вероятность образования графитных включений неблагоприятной формы (при недостаточной степени сфероидизации), что может проявляться в снижении прочности и износостойкости чугуна. Дополнительно в состав чугуна введена медь в количестве 0,63-1,02 мас.%. Нижний предел обеспечивает минимально достаточную степень дисперсионного упрочнения феррита медистой фазой. Превышение верхнего предела проявляется в усилении перлитизирующего действия меди, что приводит к снижению пластичности и ударной вязкости чугуна. Молибден в составе данного чугуна используется не только для устранения или уменьшения ферритной хрупкости (по аналогии с прототипом), но и для значительного усиления дисперсионного упрочнения чугуна медистой фазой. При содержании менее 0,27 мас.% молибдена эта его роль практически не проявляется, а при содержании более 0,42 мас.% происходит существенное удорожание чугуна, появляются в структуре дополнительные составляющие, повышающие его твердость. В состав чугуна дополнительно введен также титан в количестве 0,02-0,08 мас.%. Дисперсные карбиды титана, образующиеся в жидком чугуне и в процессе его кристаллизации, обеспечивают значительное измельчение структуры, что проявляется в улучшении всех его свойств. Содержание титана менее 0,02 мас.% не оказывает заметного действия на измельчение структуры, а его содержание более 0,08 мас.% приводит к выделению карбидов титана по границам зерен первичной структуры, что проявляется в снижении ударной вязкости чугуна. Остальные компоненты чугуна используются примерно в тех же количествах, что и в составе чугуна-прототипа, и их роль и пределы рационального содержания обоснованы в описании изобретения [2]. Плавки чугуна проводили в открытых индукционных тигельных печах с кислой футеровкой на шихте, состоящей из отходов углеродистой стали, электродного боя и ферросилиция. Ферросилиций вводили в расплав при 1350-1380°С. При переливе металла из печи в разливочный ковш проводили комплексное модифицирование чугуна “сандвич-процессом”, пригружая модифицирующую смесь (состоящую из комплексной лигатуры ЖКМК, силикобария и плавикового шпата) специально отлитой чугунной решеткой. Температура модифицирования металла 1420-1450°С. Жидкий чугун разливали в сухие песчано-глинистые формы. Отливали стандартные пробы толщиной 30 мм, из которых вырезали образцы для проведения металлографического анализа, механических испытаний и испытаний на изнашивание. Половину образцов подвергали термической обработке, которая состояла из двух стадий. Первая стадия заключалась в ферритизирующем отжиге чугуна, который проводили при 780-790°С с выдержкой 3 часа при медленном охлаждении (в печи) до 650-600°С и последующем быстром охлаждении до комнатной температуры (на воздухе для тонкостенных отливок и в воде для отливок с толщиной стенки более 20 мм) с целью предотвращения ферритной хрупкости. Вторая стадия термической обработки представляла собой искусственное старение при 520-540°С в течение 3 часов с последующим охлаждением на воздухе. Испытания на изнашивание проводили на машине СМЦ-2 в условиях сухого трения по схеме “вращающийся диск – неподвижная колодка”. Диск контртела диаметром 50 мм изготовлен из стали 45 и термообработан на твердость 32-34 HRC. Испытания проводили при скорости скольжения 0,75 м/с с удельной нагрузкой 3 МПа в центре контактной площади. Износ определяли по потере массы образца и контртела в процессе изнашивания. Параллельно определяли коэффициент трения. Химические составы сплавов и результаты их испытаний приведены в табл.1 и 2. Чугун предлагаемого состава (сплавы 1-5) отличается от прототипа более высокими значениями механических свойств (предела прочности, относительного удлинения и ударной вязкости) и пониженными значениями твердости и износа контртела (как в литом, так и в термообработанном состояниях), не уступая прототипу в значениях остальных триботехнических свойств. При этом регламентируется сочетание следующих механических и триботехнических свойств: твердость не более 200 НВ, предел прочности При выходе за рекомендуемые пределы содержания компонентов в чугуне (сплавы 6 и 7) существенно ухудшаются его механические свойства (снижаются относительное удлинение и ударная вязкость, а в сплаве 6 – и предел прочности) и повышаются твердость и износ контртела. Источники информации 1. Авт.св. СССР 2. Патент РФ
Формула изобретения
Антифрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, молибден, барий, магний, кальций, редкоземельные металлы (РЗМ) и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит медь и титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
в до 580 МПа и меньше), недостаточно высокие и нестабильные значения пластичности и ударной вязкости.
1752819, кл. С22С 37/10.
, %