Чугун
Иллюстрации
Реферат
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СООИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
4 (511 С 22 С 37/10
1 фРРГ(Мфэ.11)?
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABT0PGKCNVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ЬЙ. м(йб Лы 0,02-0,07
0,002-0,01
0,02-0,08
Остальное
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
00 ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬЯИЙ
l (21) 3692585/22-02 (22) 21. 12. 83 (46) 23. 05. 85. Бюл. и 19 (72) И.И.Карпенко, Е.И.Марукович, M. В. Жельнис, Э. -И. П. Маяускас н П. В. Землявичюс (71) Иогилевское отделение Физико— технического института.АН Белорусской CCP и Каунасский литейный завод
"Центролит" (53) 669. 15-196 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
М. 514909, кл. С 22 С 37/00, 1976.
2. Авторское свидетельство СССР
В 1036787, кл. С 22 С 37/10, 1982. (54)(57) ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, оксиды, азот, железо, один или несколько элементов из.группы магний, кальций, редкоземельные элементы, о т л и„„QU„„ l l 5? 116 A ч а ю шийся тем, что, с целью. повышения фрикционной теблостойкости и износостойкости, он дополнительно содержит бор и сульфиды марганца при следующем соотношении компонентов, мас. Х:
Углерод 2,5-3,6
Кремний 1,6-2,5
Марганец 0,3-0,9
Хром О, 1-0,5
Оксиды 0,01-0,05
Азот О, 01-0, 05
Один или несколько элементов из группы магний, кальций, редкоземельные элементы
Бор
Сульфиды марганца
Железо
1157116
Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для изготовления деталей, работающих в узлах сухого трения.
Известен также чугун (1), содержащий, мас. 7.:
Углерод 3,0-4,2
Кремний О, 3-1,2
Марганец 0,2-0,8
Хром 0,3-0,8
Никель 0,02-0,4
Титан 0,05-0,3
Алюминий 1,0-2,5
Сера 0 001-0,05
Фосфор 0,01-0, i 15
Кальций 0,002-0,02
Желез о Остальное
Однако этот чугун характеризуется низкой динамической прочностью в лнтом состоянии и имеет высокую истираюЗО щую способность при трении.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному является чугун, содержащий, мас.%:
Углерод 2,4-3,7
Кремний 1,5-2,3
Марганец 0,3-1,1
Хром 0,1-0,5 30
Оксиды 0,01-0,05
Азот 0,01-0,03
Один или более металлов из группы, содержащей магний, 35 кальций и редкоземельные металлы (P3M) 0,02-0,07
Железо Остальное
Известный чугун обладает стабиль- > ной твердостью в отливках с толщиной стенок 8-70 мм и высокой динамической прочностью, которая достигает 0,680,83 МДж/м . Жидкотекучесть чугуна по спиральной пробе 420-490 мм. Свой-45 ства чугуна в литом состоянии: предел прочности при растяжении 373458 МПа, твердость НВ 231-265 (2J.
Однако при работе в условиях фрикционного трения известный чугун вы- 5в зывает повышенный износ материала сопряженной поверхности. Отмечается также недостаточная фрикционная теплостойкость известного чугуна в литом состоянии. 55
Цель изобретения — повышение
Ъ фрикционной теплос гойкости и износостойкости.
Поставленная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, оксиды, азот, желвзо,один или более элементов из группы: магний, кальций и Р3М, дополнительно содержит бор и сульфиды марганца при следующем соотношении компонентов, мас.Е:
Углерод 2,5-3,6
Кремний 1,6-2,5
Марганец 0,3-0,9
Хром О, 1-0,5
Оксиды 0,01-0, 05
Азот О, 01-0, 05
Один или более металлов из группы магний, кальций и РЗМ 0,02-0,07
Сульфиды марганца 0,02-0,08
Бор 0,002-0,01
Железо Остальное
Дополнительное введение в чугун сульфидов марганца в количестве
0,02-0,08 мас.7. создает тонкие пленки и обволакивает карбиды и неметаллические включения, снижает твердость металлической основы, укрупняет литое зерно, снижает микротвердость неметаллических включений, уменьшает концентрацию легкоплавких сульфидов
В магния, кальция и Р3М, в результате снижается истирающая способность поверхностей при трении, повышается фрикционная теплостойкость.
При содержании сульфидов марганца до 0,02 мас.7 заметного укрупнения литого зерна и снижения твердости не наблюдается, что не сказывается существенно на величине фрикционной теплостойкости и истирающей способности поверхностей при трении.
При увеличении концентрации сульфидов марганца более 0,08 мас.Х усложняется технология плавки чугуна и отмечаются разупрочнение матрицы, снижение литейных свойств металла, повышенный угар магния, кальция и
РЗМ, сульфиды коагулируют и всплывают, снижается фрикционная теплостойкость.
Введение в чугун 0,002-0,01 мас.Ж бора, являющегося поверхностно активным элементом, обеспечивает равномерное микролегирование металлической основы, увеличивает в объеме металла общее содержание относительно тугоплавких комплексных неметаллических включений, что при1157116 водит к новьппению фрикционной теплостойкости и сохраняет истирающую способность поверхностей при трении на низком уровне. При содержании бора менее 0,002 мас.% его микролегирующее влияние на структуру проявля-. ется слабо и существенного изменения фрикционной теплостойкости и истирающей способности не наблюдается.
При концентрации бора более 0,01мас.%1о увеличивается количество твердых карбоборидов и карбидов, которые интенсивно царапают поверхность трения, растрескиваются при повышенных температурах, проявляют графитизи- 15 рующее воздействие на структуру чугуна, что приводит к недостаточной
-фрнкционной теплостойкости и сниже- > нию надежности работы узлов трения.
Выбор граничных значений основных 20 компонентов чугуна (углерод, кремний и марганец) обусловлен получением в отливках с толщиной стенок 8-70 мм однородной графитизированной структуры.,2$
Чугун выплавляют в индукционных тигельных печах промьпнленной частоты с "болотом" предыдущих плавок, масса которого составляет не менее
25-30% массы номинальной садки ме- ЗО талла в тигле печи. Шихта состоит из стальной стружки, высечки, карбюризатора, силикомарганца, феррохрома и ферробора.
Присадку сульфидов марганца производят в конце плавки после проведения операций рафинирования и раскисления. Перед введением порошков сульфидов марганца их подогревали до 650-750 С. Температура чугуна р при обработке сульфидами марганца составляет 1450-1480ОС. При такой температуре они хорошо усваиваются расплавленным металлом и располагаются в литом металле в виде тонких пленок, обволакивающих карбиды, окислы и другие неметаллические включения. Количество сульфидов марганца, вводимых в расплав -0,03-0,1% от веса металла. Присадку лигатур на основе магния, кальция и Р3М вводят в ковш непосредственно перед разлив- кой. При длительной выдержке металла магяий., кальций и Р3М, как более активные металлы восстанавливают марганец из сульфидов марганца, связывают серу в легкоплавкие сульфиды, что снижает фрикционную теплостойкость.
Химический состав известного и предложенного чугуна приведен в табл. 1.
В табл. 2 приведены свойства синтетических чугунов исследованных составов.
Оценку истирающей способности поверхностей при трении производят при сухом трении и в соответствии с ГОСТ 23.30.4-78. Сила прижатия ролика из исследуемого чугуна к плоскому эталонному образцу составляет
98, 1 1,96 Н, а скорость вращения—
100+5 мин " . Скорость подачи смазочного масла в зону трения — 40+5 капель в минуту.
Определение коэффициента фрикционной теплостойкости производят на установке для испытания материалов на трение УМТ-1 при температуре окружающей среды 600 С в соответствии о с ГОСТ 23210-80 при скорости вращения 600+10 мин " . Стабильность работы в узлах сухого трения определена при удельном давлении 10500 кПа.
Как видно из приведенных данных, предложенный синтетический чугун имеет более высокую фрикционную .теплостойкость и низкую истиракщую способность поверхностей при сухом и трении со смазкой. Чугун может быть использован вместо высокофосфористых фрикционных чугунов, обеспечивая экономический эффект от 18 до 45 руб. на 1 т годного литья.
1
1!
1!
1
»«Ъ
С»
С» л
С»
« Ъ
Ю о с»
° л о о
«Ч
Ю
С»
A о о сч о о л о ю
« Ъ
С»
С»
D л
С»
«О
С»
° !
Ф ь о
СЧ
Ю л
С»
A ь о
° л о о
« »
С» л ь
« !Ъ
С» л о о
С» л
С»
I 0Ъ
«Ч л
С»!! !4
«»! I >й I
X I М 1
I
СЧ
С»
° о
D л
«Ч о о л л о о
«Ч о л
«Ч
С»
° !
«Ч
A о
1 »«» !
1 и ! М ! Ц ! Ы о о о
Я
« »
С»
С»
»«Ъ
° !
С»
СЧ
С» л
Ю 1
«Ч
С» л
С»
CV о о
МЪ « Ъ о о л л о о
«Ч
С» л
«! Ъ
° ь о о л о ь
° !
С» л
Ю н !
1 о» I! л в а о о о л л ° о о о
0Ъ «Ъ о о л ° о о
« Ъ
С» л
С»
С» л
«»
С»
° !
С».
1 О I
1 I« I о !
3/Ъ л
С» в л л о о
«Ч л
С»
« !Ъ л ь
LCj л
С»
0»» л
Ю. с!Ъ. С»« л л ° о.о
О\ л
«! » « Ъ л л о . о
° lÚ л
Ф/Ъ л
С».Ф сО л л е4 с4
« Ъ л
CV е
° Ь
«Ч
ЪС» СО Cl .. л л л
«Ч ФЧ « Ъ Ф
° !
»»Ъ л
«Ч
Ф
««I
Е»
«» о
<. ) Ф
Г
«» э!
Г 1
1
1
»» о
1 tA
«1 !. p,l !!.! х) о
Р 1
И
kf
0» I
Ж 1
c«I I л
С4 1
c»I 1
М
Я
6!
Ф !
» 1 л. ф о
Ф» e4 m M ««Ъ с»» . I !
»!
1157!16. Т а б л и ц а 2
СтабильКоэффициент фрикционной теплостой-: кос 1 и при
600 С
Характеристики исти— рающей способности поверхностей
Твердость в образцах
ИЗО мм, НВ
Предел проч ности при растяжении, МПа
Состав ность рабаты, При трении При сухом со смаз- трении, кой, мг мг
Известный 418
О, 056
0,138 1,0
262
Предлагаемый
432
1,6
441
2,1
245
2,4
448
241
248
4 435
1,5
70
255
1,3
265
442
1,8
7 464
2,6
269
Составитель Н..Касторной
Редактор Г. Волкова Техред Т.Фанта Корректор А. Тяско
Заказ 3288/26 Тираж 583 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская Ha6., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r.ужгород, ул.Проектная, 4
0,044
0,036
0,032
0,042
0,052
0,058
0,04
О, f24
О, 108
0,086
0,120
О, 132
О, 146
0,155