Чугун
Иллюстрации
Реферат
ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, азот, хром, ванадий , фосфор, медь, железо, отличающийся тем, что, с целью снижения себестоимости отливок, при сохранении уровня износостойкости он дополнительно содержит титан ПЕИ следующем соотношении компонентов, мае.%; Углерод3,0-3,6 Кремний0,6-2,5 Марганец0,2-1,5 Азот0,005-0,04 Хром0,06-0,8 Ванадий0,05-0,5 Фосфор0,07-0,9 Медь0,05-0,5 Титан0,04-0,4 ЖелезоОстальное
„Л0„„56 А
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
NUWI
РЕСПУБЛИК
3(53) С 22 С 37 10
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ;,, Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ дий, фосфор, медь, железо, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с целью снижения себестоимости отливок, при сохранении уровня иэносостойкости он дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас.Ъ:
Углерод
Кремний
Марганец
АзотХром
Ванадий
Фосфор
Медь
Титан
Железо
ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3394302/22-02(22) 09.03.82 (46) 30.12.83. Бюл. и 48 (72) Э.Л.Воробьева, А.Т.Головатый, С.В.Кочевых, Б.M.Асташкевич, П.Я.Клепач, Е.A.ßêîâëåâ, Ю.И.Сухарников и Б.Л.Левинтов (71) Уральский научно-исследовательский институт черных металлов (53) 669.15-169(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
М 687139, кл. С 22 С 37/06, 1979.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 836186, кл. С 22 С 37/10, 1981. (54)(57) ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, азот, хром, вана3,0-3,6
0,6-2,5
0,2-1,5
0,005-0,04
0,06-0,8
0,05-0,5
0,07-0,9
0,05-0,5
0,04-0,4
Остальное
1063856
40
Изобретение относится к металлур гии, в частности к разработке составов чугуна для отливок тормозных колодок железнодорожных вагонов.
Известен чугун (1) содержащий, вес.Э:. 5
Углерод 3,0-3 6
Кремний 1,6-2,0
Марганец 0,8-1,2
Медь 0,25-1,2
Хром 1,3-1,7
Титан 0,1-0,4
Азот 0,05"0,2
Железо Остальное
Недостатком такого чугуна является его низкая термостойкость и хруп- 5 кость, котове не позволяют использовать его для работы в тяжелых условиях торможения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является чугун (2) следующего состава, вес.Ъ:
Углерод 3,0-4,6
Марганец 0i5-1i0
Кремний 2 Î-2,6
Азот 0,002-0,08
Медь 0,8-1,5
Ванадий 0,2-0,6
Фосфор 0,4-0,6
Молибден 0,4-0,8
Железо Остальное цель изобретения - снижение себе,стоимости отливок при сохранении уровня износостойкости и тормозной эффективности.
Поставленная цель достигается 35 тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, азот, хром, ванадий, фосфор, медь и железо, согласно изобретения, дополнительно содержит титан, при следующем соотношении компонентов, вес .Ъ:
Углерод 3,0-3,6
Кремний 0,6-2,6
Марганец 0,2-1,5
Азот 0,00 5" О, 04 45
Хром 0,06-0,8
Ванадий 0,05-0,5
Фосфор 0,07-0,9
Медь 0,05-0,5
Титан 0,04-0,4
Железо Остальное
Сущность изобретения заключается в замене в составе известного чугуна дорогостоящих молибдена и никеля на титан, сохранив повышенные износостойкость и тормозную эффективность.
Титан, присаживаемый в количестве
0,04-0,4% улучшает свойства чугуна за счет его влияния на формирование графита. Титан способствует появлению эвтектического графита, а также 60
его измельчению в металлической основе чугуна, что улучшает фрикционпые свойства.
Наличие в чугуне наряду с титаном фосфора, позволяет повысить износо- 65 стойкость чугуна за счет образования твердой фосфидной эвтектики. Кроме того, известно, что фосфор способствует формированию графитовых включений в виде розеток, что неблагоприятно сказывается на износостойкость чугуна. Введение Ti способствует тому, что графит при более высоком, чем традиционное (Р < 0,2%) содержании фосфора кристаллизуется в виде прямолинейных и завихренных тонких пластин.
Уменьшение содержания фосфора ниже нижнего предела не влияет на фрикционную стойкость чугуна, так как не происходит образования фосфидной эвтектики. При увеличении соцержания фосфора в чугуне вьиае верхнего предела (более 0,9Ъ)благоприятное влияние титана перекрываетоя влиянием фосфора, приводящим к появлению в структуре розеточного графита, который имеет повышенную склонность к концентрации напряжений, что приводит к снижению механических свойств чугуна. Повышение содержания титана выше верхнего предела способствует кристаллизации чугуна по метастабильной диаграмме состояния, появлению в структуре ледебурита, что является браковочным признаком для данного класса чугунов.
Введение в состав чугуна ванадия увеличивает количество и повышает .дисперсность перлита, измельчает графитовые включения, что повышает износостойкость чугуна. Добавка ванадия значительно усиливает благоприятное влияние хрома на твердость чугуна. Совместно с азотом, ванадий, титан и хром образуют дисперсные стабильные нитриды, равномерно распределяющиеся по сечению зерна, что повышает термостойкость и износостойкость чугуна. Увеличение содержания ванадия выше верхнего предела приводит к формированию структуры отбеленного чугуна, появляются участки со структурно-свободным цементитом, в результате чего увеличивается износ колеса.
Расширение пределов варьирования по кремнию и марганцу позволяет в сочетании с вводимыми элементами получить заданные структуры и свойства.
По меди пределы варьирования снижены, так как свойства чугуна, определяющие служебные характеристики тормозных колодок, с повышением содержания меди выше 0,53 практически не улучшается .
Содержание хром.а понижено, так как при его содержании более 0,8% происходит резкое огрубление матрицы, появляются специальные карбиды, которые охрупчивают чугун °
1063856
Таблица 1
Уровни
3,3 2,0 0,9 0,8 0,06 0,3 1,5
Известный
Чугун по
ГОСТ 6921-74
3 1 0 9 1 0
Предлагаемый чугун
Все элементы на верхнем ,уровне
3,6 2,4 1,3 0,5 0,04 0,4, 0,8
Все элементы на нижнем уровне
3,0 0,7 0,3 0,05 0,005 0,03 . 0,06
Все элементы на оптимельном уровне
3,3 .2,0 1,0 0,3 0,009 0,2 0,3
Все элементы выше верхнего уровня
3 7 2 8 1 7 0 7 0 05 0 5 1 0
Все элементы ниве нижнего уровня
2,9 0,6 0,1 0,03 0,003 0,02 0,03
Химические составы н свойства известного и предлагаемого чугунов приведены в табл. 1.
Испытания износостойкости проводят на машине трения. Пара трения состоит из испытуемого чугуна и стали 65, применяемой для производства колес и бандажей железнодорожных вагонов. Нагрузка составляет
150 кгс, время испытаний 2 ч. Износ определяется по потере веса образца.
Как показывают результаты, предлагаемый чугун обладает повышенной в
1,5 раза фрикционной стойкостью по сравнению с.чугуном, противопоставленным экспертизой. Кроме того, применение чугуна прототипа в связи . с его высокой твердостью приводит к сильному износу контртела, что делает невозможным его применение для процесса торможения.
B табл. 2 приведен расчет калькуляции себестоимости составов известного и предлагаемого чугунов,. при равном содержании С, Si, Мп, N, но различными Cr, Ni, Мо Си, U и- т1.
Сравнительный анализ табличных данных показывает, что отливки
10 иэ чугуна предлагаемого состава имеют более низкую себестоимость и высокий уровень износостойкости и тормозной эффективности.
Ожидаемый экономический эффект от использования предлагаемого чугуна взамен базового (ГОСТ 6921-74) обуславливается повышением служебных свойств чугуна и составляет .33,5 млн. рублей в год.
1063856
Продолжение табл. 1 с
Соотношение компонентов, Твердость вес.В
Уровни
550
130
Остальное
Известный
Чугун по
ГОСТ 6921-74
100
0,45 О, 15
460
170
0,5 0,9
418
140
0,06 0,07
444
200
0 2 0,5
480
140
0,7 1,2
402
109
0,02 О, 03
Таблица 2
Предлагаемый чугун
Материалы
Цена Количество Сумма
Количество С умма
100,00 0,210
21, 00 0,210
21,00
О, 262
0,455
0,080
0,080
0,102
57,00 0,102
5,81
5,81
F eMn Ин-6
0,010
0,012
0,006
FeSi-25
Ге&
6,30 О/9/0,9
0,43/09
6,30
3,01
36,00 0,27/09
81,00 0,4/09
24/30
0,22/055
19,50
7/80
Все элементы на верхнем уровне
Все элементы на нижнем уровне
Все элементы на оптимальном уровне
Все элементы выше верхнего уровня
Все элементы ниже нижнего уровня
Чугун литейный
ЛК 1,2.
Чугун предельный
М 1,2
Лом чугунный
Лит возврат
Лом стальной
Сг (за 1% в чугуне) V (Ф) ФВ 358 В
TY 14-598-78 .
Ti (1%) Ти 1 ,ГОСТ 4761-67
83,40
58,50
312,00
115,00
187,00 (В (Fe
Прототип I
О, 262
0,455
0 i010
0,012
0,006
21,85
26,62
3,12
1,38
1,12
Относительная износостойкость ф
21, 85
26,62
3,12
1,38
1,12
1063856
Продолжение табл. 2
Предлагаеиай чугун
Прототип
1Иатериалы
» \ «
Цена Количество Суммр
«« °
° « «
Количество Сумма
25,00 . 0,6, О/9Ь 15ф79
157,00 0,6/О, 95 99, 15
10,00 1,15 /0-,95 1 2,11
О,:27 О, 95 2,84
«««««
««»
:250е25 ". 118,85
Статьи расхода
1. Материалы основные
118,85
250,25
2. Отходы производства: литники н прибыли 31,45 0,119
3,74 угар брак
0,39
Итого отходов и брака:
4,13
0, 175
4,13 0,175
Итого за минусом отходов
1,0
Добавочные материалы:
: 114,72
246,12 1,0.
37, 70 0,025
Известняк
0,025
Расходы по переделу
0,09
90,23
Производственная себестоимость
336, 44
205,04
Составитель Г, Дудик
Редактор E. Лушникова Техред А .Бабинец Корректор О.тигор
Заказ 10477/28 Тираж 627.. Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/Ь
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул . Проектная, 4. н (1a)
Мо (1В ) ФМО 55А си (1В) 0,047
43,90 0,009 .
3,74 . 0.,119
0,047
0,39 0,009
0,09
90,23