ЧУГУН ДЛЯ ТОРМОЗНЫХ КОЛОДОК Российский патент 1998 года по МПК C22C37/10 

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, обладающих высокой износостойкостью.

Известен чугун для изготовления тормозных колонок, содержащий, %: углерод 2,7 - 3,5, кремний 1 - 2, марганец 0,4 - 1,5, фосфор 1 - 3, ванадий 0,05 - 0,3, титан 0,3 - 0,7, сера не более 0,15, железо остальное (патент США N 3767386, кл. C 22 C 37/06, опубл. 23.10.73).

Упомянутый чугун отличается повышенной износостойкостью, что связано с повышенным содержанием в структуре фосфидной эвтектики, характеризующейся высокой твердостью. Однако этот чугун обладает повышенной хрупкостью и недостаточно высокой прочностью вследствие наличия в структуре хрупких и твердых включений фосфидной эвтектики и пластинчатого графита, в связи с чем при получении отливок из такого чугуна требуется применение специальных внутренних армирующих каркасов, в частности, при производстве тормозных колодок, что усложняет технологический процесс их изготовления, так как при этом возникает необходимость в установке специального оборудования для изготовления каркасов, их окраске специальными огнеупорными красками и установке каркасов в каждой литейной форме перед заливкой.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение прочностных характеристик и снижение хрупкости чугуна при одновременном повышении износостойкости изделий из него и упрощении технологии их изготовления за счет включения из технологического процесса применения дополнительных средств, в частности, армирующих каркасов при изготовлении тормозных колодок.

Поставленная задача решается путем введения магния (остаточного) и алюминия в чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 2,6 - 3,4
Кремний - 1,2 - 2,2
Марганец - 0,3 - 0,8
Фосфор - 2,7 - 3,2
Сера - Не более 0,03
Ванадий - Не более 0,1
Магний (остаточный) - Не менее 0,03 - 0,04
Алюминий - 0,3 - 0,4
Железо - Остальное
При введении магния в фосфористый чугун в количестве, обеспечивающем указанное остаточное его содержание, графитовые включения формируются в шаровидной и вермикулярной форме при кристаллизации чугуна по стабильной диаграмме состояния с одновременным образованием мелкодисперсного перлита в равномерно распределенной не сплошной сеткой фосфидной эвтектики.

Введение алюминия в обработанный магнием фосфористый чугун повышает графитизирующий эффект, в результате чего в структуре чугуна не образуются цементитные включения, т.е. отсутствует отбел отливок.

Повышение прочности чугуна за счет шаровидной и вермикулярной формы графита в сочетании с равномерно распределенной сеткой фосфидной эвтектики при отсутствии отбела обеспечивает снижение хрупкости чугуна и повышение износостойкости изделий из него без применения армирующего каркаса.

Пример. Для получения чугуна указанного состава плавку осуществляют в электродуговой печи с основной, преимущественно магнезитовой футеровкой. В качестве шихты применяют литейные чугуны в количестве 25 - 30%, предельные чугуны 25 - 35%, остальные отходы - около 15%, ферросилиций марки ФС45 - до 1,5%, феррофосфор марки ФФ16 - до 20%.

Обработку расплава кремниймагниевой лигатурой ФСМг7КО, 3 и алюминием производят в ковше при выпуске металла из печи.

Литейные и передельные чугуны, а также остальные отходы вводят в завалку. Ферросилиций ФС45 вводят в расплав в печи за 7 - 10 мин до выпуска металла, 85 - 90% от общего количества феррофосфора ФФ16 также вводят в печь за 7 - 10 мин до выпуска расплава из печи.

На дно предварительно разогретого газом разливочного ковша помещают расчетное количество кремниймагниевой лигатуры ФСМг7КО,3 фракцией 3 - 10 мм (1,5 - 2,0% от массы чугуна в ковше), затем алюминий (0,3 - 0,4%), а сверху эти материалы закрывают оставшимся количеством феррофосфора ФФ16 фракцией 3 - 10 мм (10 - 15% от общего количества феррофосфора ФФ16).

Используют феррофосфор содержанием фосфора не ниже 15 - 16%.

Температура чугуна на выпуске из печи - не менее 1450^oC, а при заливке в сухие песчаные формы после растворения кремниймагниевой лигатуры, алюминия и феррофосфора в ковше - не ниже 1300^oC.

Во избежание эффекта-демодифицирования (появления в структуре чугуна графита пластинчатой формы) время после растворения кремниймагниевой лигатуры, т. е. с момента прекращения пироэффекта, до заливки чугуна в формы не должно превышать 10 - 15 мин.

Механическую прочность тормозных колодок определяют на прессе с измерением нагрузки разрушения.

Износостойкость тормозных колодок определяют по изменению размеров толщины колодки на 100 км пробега в условиях сухого трения скольжения колодки о бондаж колеса при различных отраслях движения локомотивосоставов и расчетных уровнях давления в тормозных цилиндрах для каждого вида торможения.

Сравнительные данные по химсоставу чугунов, структурным составляющим, твердости, нагрузке при разрушении на прессе и износу на 100 км пробега для известного и предлагаемого чугунов приведены в таблицах 1 и 2.

Применение предложенного чугуна позволяет без использования армирующих каркасов повысить прочность колодок на 40 - 50% в сравнении с известным, а износостойкость - на 15 - 20%.

Сущность изобретения: чугун для тормозных колодок, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, серу и ванадий, дополнительно содержит магний и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2,6 - 3,4, кремний 1,2 - 2,2, марганец 0,3 - 0,8, фосфор 2,7 - 3,2 , сера - не более 0,03, ванадий -не более 0,1, магний (остаточный) - не менее 0,03 - 0,04, алюминий, 0,3 - 0,4, железо остальное. Техническим результатом изобретения является повышение прочностных характеристик и снижение хрупкости чугуна при одновременном повышении износостойкости изделий из него, поскольку введение магния в фосфористый чугун в заявленном соотношении обеспечивает формирование графитовых включений в шаровидной и вермикулярной форме с одновременным образованием мелкодисперсного перлита с равномерной фосфидной эвтектикой. Такая структура обеспечивает повышение прочностных характеристик на 40 - 50% и износостойкости на 15- 20%, в частности в тормозных колодках, изготовленных из него без применения армирующих каркасов. 2 табл.

Чугун для тормозных колодок, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, серу и ванадий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит магний и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 2,6 - 3,4
Кремний - 1,2 - 2,2
Марганец - 0,3 - 0,8
Фосфор - 2,7 - 3,2
Сера - Не более 0,03
Ванадий - Не более 0,1
Магний (остаточный) - Не менее 0,03 - 0,04
Алюминий - 0,3 - 0,4
Железо - Остальное