СЕРЫЙ АНТИФРИКЦИОННЫЙ ЧУГУН Российский патент 2011 года по МПК C22C37/08 

Описание патента на изобретение RU2409689C1

Изобретение относится к области металлургии, в частности к серым конструкционным чугунам для литых антифрикционных изделий с повышенными механическими и эксплуатационными свойствами, используемых для гильз двигателей и в механизмах трения.

Известен высокофосфористый антифрикционный чугун (Патент Японии №55-5575, C22C 37/06, 1980), содержащий, мас.%:

Углерод 2,8-3,2 Кремний 1,2-1,7 Марганец до 1,0 Фосфор 0,2-0,6 Хром 0,2-0,6 Сера до 0,1 Железо Остальное

Литые изделия из этого чугуна склонны к трещинам, имеют крупнозернистую структуру с высоким содержанием фосфидной эвтектики и повышенные остаточные термические напряжения и требуют дополнительной термообработки.

Известен также серый антифрикционный чугун (Патент Японии №57-32352, C22C 37/08, 1982 г.) следующего химического состава, мас.%:

Углерод 2,4-3,5 Кремний 1,4-2,5 Марганец 0,5-1,5 Хром 1,0-1,7 Никель 0,2-0,7 Железо Остальное

Известный чугун имеет в литых заготовках высокие (более 30 МПа) остаточные напряжения и отбел, повышенную концентрацию в структуре карбидов хрома, что вызывает необходимость их длительной термической обработки для повышения антифрикционных, упруго-пластических и эксплуатационных свойств. Низкие характеристики удароустойчивости не обеспечивают антифрикционным изделиям высоких эксплуатационных свойств.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному является серый антифрикционных чугун АЧС-3 по ГОСТ 1585-85 (прототип) следующего химического состава, мас.%:

Углерод 3,2-3,8 Кремний 1,7-2,6 Марганец 0,3-0,7 Фосфор 0,15-0,40 Сера до 0,12 Хром до 0,3 Никель до 0,3 Медь 0,2-0,5 Титан 0,03-0,1 Железо Остальное

Этот чугун обеспечивает в структуре отливок перлитную металлическую основу с недостаточной твердостью (160…190 НВ). Предел прочности чугуна при изгибе составляет 330…370 МПа.

Величина остаточных термических напряжений в отливках - 25…28 МПа. Отмечаются недостаточные характеристики трещиностойкости, механических и антифрикционных свойств. Предельный режим работы при трении очень низкий и не превышает 5 МПа·м/с.

Задачей данного технического решения является повышение трещиностойкости, механических и антифрикционных свойств чугуна в литых изделиях.

Поставленная задача решается тем, что серый антифрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, никель, медь, титан и железо, дополнительно содержит алюминий, барий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 3,0-3,4 Кремний 2,0-2,4 Марганец 0,6-0,8 Фосфор 0,1-0,2 Сера 0,02-0,12 Хром 0,4-0,6 Никель 0,2-0,5 Медь 0,4-0,8 Алюминий 0,03-0,7 Барий 0,008-0,025 Азот 0,002-0,012 Титан 0,03-0,08 Железо Остальное

Проведенный анализ предложенного технического решения показал, что на данный момент не известны технические решения, в которых были бы отражены указанные отличия. Кроме того, указанные отличия являются необходимыми и достаточными для достижения положительного эффекта, указанного в цели изобретения. Это позволяет сделать вывод о том, что данные отличия являются существенными.

Дополнительное введение алюминия в чугун оказывает модифицирующее и раскисляющее влияние, повышает дисперсность структуры, механические и эксплуатационные свойства. При увеличении содержания алюминия более 0,7% увеличивается угар, неоднородность структуры и снижаются антифрикционные свойства и удароустойчивость. При концентрации алюминия менее 0,03% модифицирующий эффект, антифрикционные и механические свойства недостаточны.

Дополнительное введение бария обусловлено его высокой химической активностью, способность повысить дисперсность структуры и антифрикционные свойства чугуна. При содержании бария до 0,008% дисперсность структуры, антифрикционные и механические свойства недостаточны. При увеличении концентрации бария более 0,025% повышается его угар, снижаются трещиностойкость и упруго-пластические свойства чугуна.

Введение азота в количестве 0,002-0,012% обусловлено связыванием части нитридообразующих элементов (алюминия, титана, хрома, марганца и кремния) в нитриды и карбонитриды, что способствует измельчению структуры и повышению предельного режима работы при трении, снижению остаточных термических напряжений и повышению механических свойств. При концентрации азота до 0,002% механические и антифрикционные свойства недостаточны. При увеличении концентрации азота более 0,012% в структуре чугуна нитриды начинают располагаться по границам зерен, что снижает трещиностойкость и упруго-пластические свойства чугуна.

Сера при концентрации более 0,12% снижает механические, антифрикционные и эксплуатационные свойств чугуна в литых изделиях. Нижний предел концентрации серы обусловлен невозможностью при плавке в существующих чугунолитейных цехах, производящих антифрикционные литые изделия, практически выплавлять чугун с более низким их содержанием.

Повышение концентрации марганца до 0,6…0,8% обусловлено его высоким микролегирующим влиянием на структуру и повышением механических и антифрикционных свойств. При увеличении концентрации марганца более 0,8% увеличиваются остаточные напряжения и отбел и снижается стабильность коэффициента трения, а при снижении концентрации марганца менее 0,6% повышается содержание в структуре феррита, и снижаются механические и эксплуатационные характеристики чугуна.

Введение никеля обусловлено тем, что он является эффективной микролегирующей добавкой, повышающей однородность и дисперсность структуры, упруго-пластические и антифрикционные свойства и снижающей термические напряжения в отливках. Верхний предел концентрации никеля (0,5%) обусловлен снижением ударной вязкости при более высоких его концентрациях. При уменьшении концентрации никеля менее 0,2% укрупняется структура, снижаются механические и антифрикционные свойства.

Титан введен как микролегируюшая и графитизирующая добавка, снижающая термические напряжения в отливках. При его содержании менее 0,03% микролегируюший эффект недостаточен, а при содержании более 0,08% снижаются относительное удлинение и ударная вязкость.

Медь - микролегирующая и графитизирующая добавка, существенно повышающая антифрикционные и упруго-пластические свойства. При концентрации меди менее 0,4% ее микролегирующий эффект и износостойкость чугуна низкие, а при увеличении содержания меди более 0,8% увеличивается угар, снижаются однородность структуры и упруго-пластические свойства.

Повышение содержания хрома в чугуне до 0,4-0,6% обусловлено существенным влиянием его на измельчение дисперсности структуры, стабилизацию коэффициента трения, повышение твердости и износостойкости. При увеличении содержания хрома более 0,6% увеличивается неоднородность структуры с образованием в ней карбидов и снижаются характеристики предела прочности при изгибе и удароустойчивости. При концентрации хрома менее 0,4% дисперсность структуры, твердость и эксплуатационные свойства недостаточны.

Содержание углерода и кремния принято исходя из опыта производства антифрикционных чугунов для отливок с низкими остаточными термическими напряжениями, мелкозернистой перлитной структурой и высокими характеристиками износостойкости в условиях трения и ударно-усталостной долговечности. При увеличении концентраций углерода и кремния соответственно выше 3,4 и 2,4% в структуре повышается содержание феррита и свободного графита, что снижает характеристики прочности, твердости, ударно-усталостной долговечности, износостойкости и антифрикционных свойств. При снижении их концентрации соответственно ниже 3,0 и 2,0% повышаются остаточные термические напряжения и содержание ледебурита в структуре, снижаются ударная вязкость и удароустойчивость.

Уменьшение содержания фосфора в чугуне до 0,1…0,2% обусловлено существенным его влиянием на повышение коэффициента трения, твердости и износостойкости чугуна.

При содержании фосфора до 0,1% износостойкость, прочностные и антифрикционные свойства недостаточны. А при увеличении его концентрации более 0,2% снижаются характеристики удароустойчивости, ударной вязкости и ударно-усталостной долговечности.

Опытные плавки чугунов проводят в индукционных тигельных печах с использованием рафинированных чушковых чугунов, чугунного и стального лома, силикобария, феррохрома ФХ800, ферромарганца ФМн78Н и других ферросплавов. Температура выплавляемого чугуна не ниже 1400-1430°C. Микролегирование никелем и медью производят после рафинирования расплава в печи, а модифицирование алюминием, ферротитаном и силикобарием - в ковше с использованием экзотермических присадок. Заливку чугуна производили в песчано-глинистые формы. Остаточные термические напряжения определяли на решетчатых технологических пробах. Для определения свойств чугуна заливали решетчатые, звездообразные пробы на трещиностойкость и ступенчатые технологические пробы. Механические испытания /по ГОСТ 27208-87/ проведены на стандартных образцах, а определение склонности к трещинообразованию проведены на звездообразных технологических пробах. Определение твердости проведено по ГОСТ 24805-87. В табл.1 приведены химические составы чугунов опытных плавок, а в табл.2 - механические свойства.

Как видно из таблицы 2, предложенный чугун обладает более высокими механическими и антифрикционными свойствами, чем известный.

Таблица 1 Компоненты Содержание компонентов в чугунах, мас.% 1 (Изв.) 2 3 4 5 6 Углерод 3,61 2,7 3,0 3,2 3,4 3,7 Кремний 2,40 1,5 2,0 1,9 2,4 2,6 Марганец 0,62 0,25 0,6 0,73 0,8 1,0 Фосфор 0,30 0,05 0,1 0,14 0,2 0,4 Сера 0,11 0,01 0,02 0,08 0,12 0,14 Хром 0,10 0,37 0,4 0,29 0,60 0,64 Никель 0,11 0,18 0,20 0,28 0,50 0,53 Медь 0,45 0,22 0,40 0,75 0,8 0,91 Алюминий - 0,01 0,03 0,32 0,7 0,85 Азот - 0,001 0,002 0,01 0,012 0,03 Титан 0,08 0,01 0,03 0,06 0,08 0,11 Барий - 0,006 0,008 0,015 0,025 0,03 Железо Остальное Ост. Ост. Ост. Ост. Ост. Таблица 2 Свойства антифрикционных чугунов Показатели для составов чугуна 1 (Изв.) 2 3 4 5 6 Предел прочности при изгибе, МПа 365 376 415 432 416 392 Величина остаточных термических напряжений, МПа 27 28 22 21 26 29 Скорость износа при сухом трении, мг/см2·гс 0,13 0,06 0,05 0,08 0,06 0,10 Твердость, НВ 190 258 248 246 238 230 Предельный режим работы при трении, МПа·м/с 5,0 8,6 24 35 29 20 Коэффициент трения 0,47 0,42 0,36 0,33 0,38 0,45 Склонность к трещинообразованию (количество трещин в технологической пробе) 5,4 3,6 3,1 2,6 2,8 3,5

Похожие патенты RU2409689C1

название год авторы номер документа
СЕРЫЙ АНТИФРИКЦИОННЫЙ ЧУГУН 2015
  • Алов Виктор Анатольевич
  • Карпенко Михаил Иванович
  • Епархин Олег Модестович
  • Попков Александр Николаевич
RU2602312C1
Высокопрочный антифрикционный чугун 2015
  • Алов Виктор Анатольевич
  • Карпенко Михаил Иванович
  • Епархин Олег Модестович
  • Попков Александр Николаевич
RU2615409C2
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ АНТИФРИКЦИОННЫЙ ЧУГУН 2014
  • Алов Виктор Анатольевич
  • Карпенко Михаил Иванович
  • Епархин Олег Модестович
  • Попков Александр Николаевич
  • Карпенко Валерий Михайлович
  • Алов Василий Викторович
  • Вершинина Нелли Ивановна
RU2581542C1
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ АНТИФРИКЦИОННЫЙ ЧУГУН 2007
  • Карпенко Михаил Иванович
  • Алов Виктор Анатольевич
  • Епархин Олег Модестович
  • Куприянов Илья Николаевич
  • Бадюкова Ульяна Сергеевна
  • Гунин Анатолий Викторович
RU2337996C1
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ АНТИФРИКЦИОННЫЙ ЧУГУН 2007
  • Алов Виктор Анатольевич
  • Карпенко Михаил Иванович
  • Епархин Олег Модестович
  • Гунин Анатолий Викторович
  • Синякин Виктор Николаевич
  • Куприянов Илья Николаевич
  • Бадюкова Ульяна Сергеевна
RU2352675C1
СЕРЫЙ ЧУГУН ДЛЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЛИТЕЙНОЙ ОСНАСТКИ 2011
  • Алов Виктор Анатольевич
  • Карпенко Михаил Иванович
  • Епархин Олег Модестович
  • Куприянов Илья Николаевич
  • Бадюков Михаил Сергеевич
RU2449041C1
Высокопрочный легированный антифрикционный чугун 2019
  • Алов Виктор Анатольевич
  • Епархин Олег Модестович
  • Карпенко Михаил Иванович
  • Карпенко Валерий Михайлович
  • Попков Александр Николаевич
  • Дударева Мария Ивановна
RU2720271C1
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЛЕГИРОВАННЫЙ АНТИФРИКЦИОННЫЙ ЧУГУН 2016
  • Алов Виктор Анатольевич
  • Карпенко Михаил Иванович
  • Карпенко Валерий Михайлович
  • Епархин Олег Модестович
  • Попков Александр Николаевич
RU2611624C1
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН ДЛЯ ТЕРМООБРАБАТЫВАЕМЫХ ЛИТЫХ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ 2016
  • Алов Виктор Анатольевич
  • Карпенко Михаил Иванович
  • Хомец Ульяна Сергеевна
  • Епархин Олег Модестович
  • Попков Александр Николаевич
RU2611622C1
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ АНТИФРИКЦИОННЫЙ ЧУГУН 2013
  • Алов Виктор Анатольевич
  • Карпенко Михаил Иванович
  • Епархин Олег Модестович
  • Карпенко Валерий Михайлович
  • Попков Александр Николаевич
  • Ершова Вера Федоровна
RU2513363C1

Реферат патента 2011 года СЕРЫЙ АНТИФРИКЦИОННЫЙ ЧУГУН

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составам серого антифрикционного чугуна, может использоваться для литых антифрикционных изделий с повышенными механическими и эксплуатационными свойствами, для гильз двигателей и механизмов трения. Чугун, содержит, мас.%: углерод 3,0-3,4; кремний 2,0-2,4; марганец 0,6-0,8; фосфор 0,1-0,2; сера 0,02-0,12; хром 0,4-0,6; никель 0,2-0,5; медь 0,4-0,8; алюминий 0,03-0,7; барий 0,008-0,025; азот 0,002-0,012; титан 0,03-0,08; железо - остальное. Чугун имеет высокий предел прочности при изгибе и низкую склонность к трещинообразованию в литых изделиях. 2 табл.

Формула изобретения RU 2 409 689 C1

Серый антифрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, никель, медь, титан и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий, барий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 3,0-3,4 кремний 2,0-2,4 марганец 0,6-0,8 фосфор 0,1-0,2 сера 0,02-0,12 хром 0,4-0,6 никель 0,2-0,5 медь 0,4-0,8 алюминий 0,03-0,7 барий 0,008-0,025 азот 0,002-0,012 титан 0,03-0,08 железо остальное

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2011 года RU2409689C1

ЭЛЕКТРОИНДУКЦИОННАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА КОНЦА ТРУБЧАТОГО МАТЕРИАЛА 2007
  • Лавлесс Дон Л.
  • Росс Питер А.
  • Руднев Валерий И.
  • Ланг Джон Пол
RU2428821C2
Чугун для отливок 1989
  • Резник Виталий Александрович
  • Козлов Юрий Борисович
  • Голубев Николай Юрьевич
  • Соколюк Юрий Трофимович
  • Потапов Юрий Семенович
  • Краля Василий Дмитриевич
SU1691419A1
Чугун 1991
  • Демин Александр Дмитриевич
  • Мунтян Алла Владимировна
  • Клейнер Борис Шлемович
  • Кочевых Сергей Владимирович
  • Рапопорт Эмиль Моисеевич
  • Филиппенков Анатолий Анатольевич
SU1792446A3
Станок для изготовления деревянных ниточных катушек из цилиндрических, снабженных осевым отверстием, заготовок 1923
  • Григорьев П.Н.
SU2008A1
Управляемый делитель частоты следования импульсов 1982
  • Кашницкий Лев Маркович
  • Литвиненко Валентина Владимировна
  • Сонин Константин Яковлевич
SU1149401A1
Способ получения молочной кислоты 1922
  • Шапошников В.Н.
SU60A1

RU 2 409 689 C1

Авторы

Алов Виктор Анатольевич

Карпенко Михаил Иванович

Епархин Олег Модестович

Куприянов Илья Николаевич

Бадюкова Ульяна Сергеевна

Гунин Анатолий Викторович

Синякин Виктор Николаевич

Алов Василий Викторович

Даты

2011-01-20Публикация

2009-06-11Подача