Чугун Советский патент 1983 года по МПК C22C37/10 

о

00 00

сд

о

Изобретение относится к металлур гни, в частности к разработке составов чугуна для отливок тормозных колодок железнодорохсных вагонов.

Известен чугун fj, содержащий, вес.%:

Углерод3,0-3,6

Кремний1,6-2,0

Маргйнец . 0,8-1,2 Медь0,25-1,2

Хром1,3-1,7

Титан0,1-0,4

Азот, 0,05-0,2

ЖелезоОстальное

Недостатком такого чугуна является его низкая термостойкость и хрупкость, которые не позволяют использовать его для работы в тяжелых условиях торможения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является чугун {2J следующего состава, вес.%:

Углерод3,0-4,6

Марганец0,5-1,0

Кремний2,0-2,6

АЗОТ0,002-0,08

Медь0,8-1,5

Ванадий0,2-0,6

Фосфор0,4-0,6

Молибден 0,4-0,8 ЖелезоОстальное

Цель изобретения - снижение себ, стоимости отливок при сохранении уровня износостойкости и тормозной эффективности.

Поставленная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, азот, хром, ванадий, фосфор, медь и железо, согласн изобретения, дополнительно содержит титан, при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Углерод3,0-3,6

Кремний0,6-2,6

Марганец0,2-1,5

Азот0,005-0,04

Хром0,06-0,8

0,05-0,5 0,07-0,9 0,05-0,5 0,04-0,4 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 его измельчению в металлической основе чугуна, что улучшает фрикционПые свойства.

Наличие в чугуне наряду с титаном фосфора, позволяет повысить износоСтойкость чугуна за счет образования твердой фосфидной звтёктики. 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 (,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 содержания фосфора в чугуне выше верхнего предела (более 0,9%)благоприятное влияние титана перекрываетс влиянием фосфора, приводящим к появлению в структуре розеточного графита, который имеет повышенную склонность к концентрации напряжений что приводит к снижению механических свойств чугуна. Повьааение 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 графитов включения, что повьинает 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.

I

По меди пределы варьирования снижены, так как свойства чугуна, определяющие служебные характеристик тормозных колодок, с повышением содержания меди выше 0,5% -практически не улучшается.

Содержание xpON.a понижено, так ка при его содержании более 0,8% происхдит резкое огрубление матрицы, появляются специальные карбиды, которые охрупчивают чугун.

Химические составы и 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 повьлаенной в 1,5 раза фрикционной стойкостью по сравнению с.чугуном, противопостав ленн1Л 4 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.

В табл. 2 приведен расчет калькуляции себестоимости составов известного и предлагаемого чугунов 5 при равном содержании С, Si, Мп, N, но различными Сг, Hi, Mo, Си, V и Ti.

Сравнительный анализ табличных данных показывает, что отливки 10 из чугуна предлагаемого состава имеют более низкую себестоимость и высокий уровень износостойкости и тормозной эффективности.

Ожидаемый экономический эффект 5 от использования предлагаемого чугуна взамен базового (ГОСТ 6921-74) обуславливается повьшением служебных свойств чугуна и составляет .33,5 млн. рублей в год.

Т а б л и ц а 1

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

Известный к

3,3 2,0 0,9 0,8 0,06 0,3 1,5

3,1 0,91,0-- - Предлагаемый чугун

2,-9 0,60,10,030,003 0,02 0,03

Чугун по

0,45 0,15 - гост 6921-74

Все элементы на верхнем

Продолжение табл. 1

241

100 1 Ni (1%) 25,00 0,6/0/95 Mo (1%) ФМО 55A 157,00 0,6/0,95 Cu(l%) 10,00 1,15/0,95 Статьи расхода 1.Материалы основные 2.Отходы прои 3 водства:15,79 99,15 12,11 0,27 О,95 2,84 250,25 118;85 250,25 118,85