Чугун Советский патент 1988 года по МПК C22C37/00 

4;ii

О

о

QO

Изобретение относится к металлургии в Частности к разработке состава чугуна для червячных колес высоконапря- женных редукторов

Цель изобретения - повышение износостойкости.

Выбор граничных пределов содержания коьтонентов в составе чугуна обусловлен следующим,,

Содержание основных компонентов (углерода 2,9-3,А мас.%, кремния 1,4 - 2,0 мас.% и марганца 0,82 - 1,А мас.%) в отливках обеспечивает исключение образования эвтектическо- го цементита.

Никель (0,26-0,42 масо%) микроле- гирует матрицу, повышает плотность, дисперсность и однородность структуры и пластические свойства в толсто- стенных отливках, что обеспечивает стабильность износа червячных колес и повьшение прочностных свойство При концентрации до 0,26 мас,% микролегирующее влияние на стабильность изно- са и механические свойства проявляются слабо, а при увеличении никеля более 0,42 мас.% снижается твердость, ударная вязкость и износостойкость.

Медь в количестве 0,06-0,12 мас.% снижает коэффициент трения, повышает дисперсность и твердость металлической основы, стабилизирует перлит, нейтрализует отбеливающее влияние хрома, способствует дополнительному упрочнению матрицы за счет дисперсионного твердения, повышение трещино- стойкости, что обеспечивает существенное снижение износа червячных колес. Содержание меди принято от кон- центрации, при которой снижается приведенный износ и ограничено 0,12 мас.%, Bbmie которой увеличивается неоднородность структуры из-за ликвидации меди. Нижний (0,06 мас.%) и верхний (0,12 мас.%) пределы содержания определены исходя из получения мелкодисперсной и стабильной структуры перлита в отливках червячных колес с учетом повьпиения твердости и

сохранения пластических свойств на высоком уровне.

Введение фосфора в количестве 0,15-0,28 масо% микролегирует матрицу, увеличивает количество центров кристаллизации, повышает плотность и твердость чугуна в отливках, повышает износостойкость, стабильность структуры и механических свойств.

5

0

5

0 5

0 с о j

0

При концентрации фосфора до 0,15 мае,% микролегируюпий эффект и повьшение износостойкости проявляются слабо, а верхний предел содержания фосфора обусловлен увеличением коэффициента трения и снижением в отливках пластических свойств и эксплуатационной стойкости в условиях высоких стати- и динамических нагрузок.

Элемент из группы, содержащей молибден и вольфрам, в количестве 0,03-0,12 мас.% способствует улучшению механических свойств, очищает границы зерен, измельчает графит, улучшает фактор его формы, повьшха- ет плотность чугуна в отливках, что способствует повышению усталостной прочности, твердости, предела выносливости, увеличешт и стабилизации служебных свойств. При концентрации молибдена или вольфрама менее 0,03 мас.% микролегирующий эффект проявляется слабо и стабилизация плотности, износостойкости червячных колес и прочности не достигается а при увеличении концентрации молибдена и вольфрама более 0,12 мас.% снижаются пластические свойства, по- вьшаются коэффициент трения и твердость чугуна.

Содержание легирующих компонентов принято от концентраций (хром 0,15 мас.%, титан 0,02 мас.%), при которых исключается образование эвтектического цементита в отливках червячных колес,а твердость и износостойкость достаточно высокие, и ограничено концентрациями (хром 0,37 мас.%, титан 0,04 мас.%), выше которых отмечается существенное снижение пластических свойств чугуна в отливках червячных колес

Дополнительное введение азота микролегирует и стабилизирует металлическую матрицу, повьш1ает твердость, износостойкость и антифрикционные свойства. При увеличении азота более 0,05 мас.% увеличивается концентрация нитридов по границам зерен, по- вьщ1аются коэффициент трения и износ чугуна, а при концентрации азота до 0,02 мас.% твердость, износостойкость и антифрикционные свойства чугуна не«- достаточны.

Сурьма в количестве 0,03-0,08 мае,% оказывает перлитиэируюшее влияние, повьпиает твердость и антифрикционные свойства. Верхний предел концентра-

НИИ сурьмы ограничен содержанием, выше которого отмечается образование эвтектического цементита, снижакиде- го стабильность структуры и антифрик- ционных свойств, а нижний - недостаточными значениями твердости и износостойкости при более низких концентрациях. При введении 0,01-0,03 мас,% кальция очищаются границы зерен, по- вышаются антизадирные свойства и снижаются коэффициент трения о При содержании кальция до 0,01 мас,% зти свойства недостаточны, верхний цредел ограничен недостаточной растворимостью и увеличением износа.

Предлагаемый чугун выплавляют в открытых индукционных печах с использованием литейных и передельных чу- гунов, чугунного лома, никеля HI, НЗ, сурьмы Су1, Су2, феррофосфата, фер- ротитана, силикокальция, ферромолибдена, ферровольфрама и других ферросплавов.

Ферромарганец, ферромолибден, ни- кель вводят в печь, а силикокальций металлическую сурьму и ферротитан - в литейный ковш. Угар сурьмы составляет 15%, меди 12л, титана 27%, Температура чугуна при модификации - 1350-1400°С,

В табл, приведен сравнительный анализ свойств чугуна известного и предложенного составов, а в табл„2

химические составы чугунов,

Эксплуатационную стойкость чугуна и приведенный износ определяют на червячных колесах редукторов диаметром 100 мм в масляной ванне при 50- 70 С в паре со стальным червяком (HRC 50), при скорости скольжения 2,2 м/с. Режим термической обработки чугуна: нагрев до 850°С, выдержка при этой же температуре 3-5 ч, закалка в масло, отпуск: нагрев до 650 С и вьщержка в течение 3 ч, Стру тура чугуна в литом состоянии перлитная, графит размером 25, После термической обработки в структуре на наружной поверхности червячных колес увеличивается содержание зернистого

Q

5

5

0

перлита, что увеличивает твердость и износостойкость о

Испытания показали, что у предлагаемого чугуна проявляются механические свойства и признаки, не совпадающие со свойствами известного чугуна, Предлагаемое изобретение обеспечивает червячным колесам высокую износостойкость, более стабильные характеристики твердости и прочности, Отбел в отливках отсутствует, что достигается оптимальным соотношением графи- тирующих и отбеливающих элементов.

Как следует из таблз и 2 дополни тельный ввод в состав чугуна сурьмы, азота и кальция, а также частичная или полная замена молибдена на вольф- рам позволяет повысить износостойкость в 1,9-2,7 раза.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, медь, фосфор, никель, титлн, один или более элементов из группы, содержащей молиб ден, железо, отличающийся тем, что, с целью повьшения износостойкости, он дополнительно содержит сурьму, азот и кальций, а группа дополнительно содержит вольфрам при следующем соотношении компонентов,

Углерод2,9-3,4

Кремний1,4-2,0

Марганец0,81-1,4

Хром0,15-0,37

Медь0,06-0,12

Фосфор0,15-0,28

Никель0,26-0,42

Титан0,02-0,04

Сурьма0,03-0,08

Азот0,02-0,05

Кальций0,01-0,03

Один или более злемезп ов , выбранных ия группы, содержа1чий молибден и

вольфрам0,03-0,12

ЖелезоОстальное

Таблица 1

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в производстве червячных колес высоконаг- руженных редукторов. Цель изобретения - повышение износостойкостио Предложенный чугун содержит, мас.%: С 2,9-3,4; Si 1,4-2,0; Мп 0,81-1,4; Сг 0,15-0,37; Си 0,06-0,12; Р 0,15- 0,28, Ni 0,26-0,42; Ti 0,02-0,04; Sb 0,03-0,08; N 0,02-0,05; Са 6,bl- 0,03, один и более элементов, взятых из группы, содержащей Мо и W, 0,03- 0,13 и Fe остальное Дополнительный ввод в состав чугуна Sb, N и Са обес- печивает повышение износостойкости в S 1,9-2,7 раза. 2 табл. |СЛ

249 261

218 221

0,08 0,05

3,5 I ,8

97 52

2430 3260

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Никель

Сурьма

Кальций

265

269 265

270

227

235 225

235

0,03

0,04 0,05 0,03

1,2

1,5 1,8

1,3

38

27

48

25

3712

3818 3420 3876

Таблица2

Примечани е.Известный чугун содержит 0,1 мас.% ванадия

Редактор Г.Волкова

Составитель Н.Косторной Техред М.Ходанич

Заказ 3276/29

Тираж 594

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Продолжение табл.2

Корректор С.Черни

Подписное