Способ получения чугуна Советский патент 1992 года по МПК C21C1/00 

Изобретение относится к металлургии чугуна, в частности к способам изготовления отливок из износостойкого чугуна с ша- ровидным графитом, работающих в условиях трения, а именно для тормозных колодок.

Известен способ получения отливок, включающий выплавку высокохромистого чугуна с содержанием углерода 4,5-5,5% и его охлаждения со скоростью 1000-1400°С. Однако наличие в структуре данного чугуна повышенного количества карбидной фазы способствует резкому уменьшению коэффициента трения отливок, в результате чего они не могут быть использованы в фрикционных узлах, в частности, при изготовлении тормозных колодок.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления отливок из чугуна с шаровидным графитом, включающий расплавление шихтовых материалов, содержащих 0,005-0,05% фосфора.

перегрев расплава, ввод сфероидизаторов и графитизаторов в ковш при выпуске в него расплава, введение в расплав перед выпуском из печи легирующих аустенитобразую- щих элементов, а при выпуске в ковш перед вводом сфероидиэаторов расплав раскисляют силикокальцием 0,5-1,5% от веса металла и алюминием 1,0-1.5 от суммы содержания хрома 14--молибдена в чугуне, при этом расплав ремодифицируют первыми РЗМ.

Данный способ не обеспечивает получение отливок с высокий износостойкостью при работе в тяжелых условиях нагружения из-за низкого сопротивления чугуна процессам схватывания при трении, что ухудшает их эксплуатационные свойства.

Целью изобретения является повышение коэффициента трения и износостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем расплавление шихтовых материалов, содержащих

(Л

С

XI

XI

4

СП О

ы

фосфор, перегрев расплава, выпуск его в ковш, ввод сфероидизаторов и графитизато- ров в ковш при выпуске в него расплава и заливку форм, расплавление шихтовых материалов осуществляют с содержанием фосфора 3-4%, а модифицирование графи- тизирующей добавкой производят перед вводом сфероидизирующей добавки в количестве 10-15% от массы последней, количество которой выбирают для получения в чугуне остаточного суммарного содержания РЗМ и магния 0,04-0,1 % при их отношении 1 :(1-2).

Основными эксплуатационными свойствами при работе тормозных колодок являются повышенные фрикционные свойства (коэффициент трения) и повышенный срок службы (износостойкость). Экспериментально установлено, что введение в чугун фосфора способствует повышению его износостойкости и коэффициента трения, При этом с увеличением содержания фосфора свыше 3-4% фрикционные свойства практически не изменяются, а износостойкость чугуна снижается. В то же время проведенные исследования особенностей модифицирования высокофосфористого чугуна показали, что при наличии в расплаве более 1,2% фосфора он оказывает сильное д е глобул я ризу- ющее действие па форму графита при сфероидизирующем модифицировании, В этом случае получить правильную шаровидную форму графита в чугуне за счет увеличения количества вводимого сферой- дизирующею модификатора на основе ферросилиция с магнием не удается. Данная цель может быть достигнута при обработке высокофосфористого расплава комплексным модификатором, содержащим наряду с магнием редкоземельные элементы и обеспечивающем получение в чугуне заявляемого соотношения и суммарного содержания данных элементов. Как показали экспериментальные исследования, при суммарном содержании в чугуне РЗЭ и магния в предлагаемых пределах 0,04-0,1% и их соотношении 1:(1-2) обеспечивается получение правильной шаровидной формы графита. При остаточном содержании РЗЭ и большем содержании магния его влияние на кристаллизацию расплава способствует тому, что графит выделяется в шаровидной разорванной форме, а при соотношении РЗЭ к магнию менее 1:2 графит выделяется-в нитевидной форме. В обоих случаях происходит снижение износостойкости чугуна и эксплуатационных свойств отливок при т рении, При снижении остаточного содержания магния и РЗЭ в сумме менее 0,04% графит выделяется в гнездообразной форме, что резко снижает износостойкость чугуна, а при их содержании более 0,1 % происходит выделение структурно-свободного цементита, что резко снижает фрикционные

свойства из-за уменьшения коэффициента трения. В ходе проведенных исследований было отмечено, что форма графита и полностью перлитная металлическая основа- в чугуне достигается при обработке расплава

0 графитизирующей присадкой перед сфероидизирующей. При этом наиболее стабильные результаты по форме графита в металлической основе получены при введении графитизирующей присадки в количест5 ве 10-15% от массы сфероидизирующей. В этом случае обеспечиваются наиболее высокие эксплуатационные свойства отливок при трении. Введение графитизирующей присадки в количестве ниже нижнего преде0 ла снижает эффективность последующего сфероидизирующего модифицирования, что ухудшает форму графита и снижает эксплуатационные свойства отливок при трении. Введение графитизирующей присадки

5 в количестве более 15% от массы сфероидизирующей присадки способствует выделе- . нию в структуре чугуна свободного феррита и ухудшает степень сфероидизации графита, что снижает износостойкость.

0 Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показал, что данный способ отличается от известного тем, что расплавление шихтовых материалов осуществляется с содержанием

5 фосфора 3-4%, а модифицирование графитизирующей добавкой производят перед сфероидизирующей добавкой в количестве 10-15% от массы последней, количество которой выбирают для получения в чугуне

0 остаточного суммарного содержания РЗМ и магния 0,04-0,1 при их отношении 1:(1-2). Таким образом, заявляемый способ соот- ветствует критерию изобретения новизна.

5 В процессе исследования заявляемого технического решения по научно-технической и патентной литературе отмечено, что использование способа получения высокопрочного чугуна путем последовательного и

0 сфероидизирующего модифицирования в определенном соотношении известно. Однако при указанном способе не обеспечивается получения правильной шаровидной формы графита и повышения износостойко5 сти в области механохимического износа при использовании высокофтористого расплава, что достигается при использовании предлагаемого способа изготовления отливок. Следовательно, заявляемый признак проявляет новое, ранее неизвестное свойство. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию существенные отличия.

П р и м е р. Предлагаемый способ изготовления отливок реализован следующим образом. Плавку вели в 6-дуговой печи. Чугун имел в исходном состоянии следующий химический состав, мас.%: 3,0-3,1 С; 1,3-1,5 SI; 0,4-0,6 Мп; 2,5-3,0 Р; 0,03 S. Данный чугун перегревался до 1470-1510°С. После выдер- жки расплава в течение 10 мин он переливался в 1,5-тонный ковш, на дно которого помещались графитизирующие присадки, а затем после перемешивания сливался в разливочный 1,5-тонный ковш, на дно которого помещалась сфероидизирующая присадка в виде модификатора, содержащего 50-55% Si; 4-5% Mg; 1-4% РЗМ; 0,5-1,0 Са; Fe остальное. Сфероидизирующий модификатор вводили в количестве 15-37,5 кг, а количест- во графитизирующей присадки находилось в пределах 9-16% от количества сфероиди- зирующей присадки.

Для оценки эксплуатационной Стойкости отливок в лабораторных условиях изме- рялась величина износа образцов на установке СМЦ-2 при трении в течение 30 мин, при давлении в трущейся системе 6 МПа. Форма графита в изученных чугунах определялась при металлографическом анализе с использованием микроскопа.

Результаты металлографического анализа показали, что при предлагаемом способе получения отливок обеспечивается стабильное получение полностью перлит- ной металлической основы и графита в правильной шаровидной форме. Это обеспечивает высокие эксплуатационные свойства отливок при трении. При изменении условий способа изготовления отливок резко ухудшается форма графита и он выделяется либо в дообразной форме, либо в шаровидной разорванной. В этом случае наблюдается снижение износостойкости чугуна при трении, что отмечается увеличением величины весового износа.

Из представленных в таблице данных следует, что использование предлагаемого способа изготовления отливок по сравнению с прототипом позволит повысить срок службы тормозных колодок в 1,5-2 раза.

Формула изобретения Способ получения чугуна, преимущественно для отливок тормозных колодок, включающий расплавление шихтовых мате- риалов, содержащих фосфор, перегрев расплава, выпуск его в ковш, обработку расплава при выпуске в ковш сфероидиза- торами, содержащими магний и РЗМ, и гра- фитизаторами и заливку в формы, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента трения и износостойкости, сфероидизаторы вводят в ковш перед выпуском в него расплава в количестве, обеспечивающем получение в чугуне остаточного суммарного содержания РЗМ и магния 0,04- 0,1 % при их соотношении 1:(1-2). а графити- затор - в количестве 10-15% от массы сфероидизаторов при этом расплав выпускают с содержанием фосфора 3-4%, а обработку расплава графитизатором осуществляют перед обработкой сфероиди- затором.

Использование: получение износостойкого чугуна, преимущественно для отливок тормозных колодок. Сущность изобретения: выпуск расплава в ковш осуществляют с содержанием фосфора 3-4%, сфероидизатор вводят в ковш перед выпуском в него расплава в количестве, обеспечивающем получение в чугуне остаточного суммарного содержания РЗМ и магния 0,04-0,1 % при их г. соотношении 1:(1-2), а графитиэатор - в количестве 10-15% от массы сфероидизатора; при этом расплав сначала обрабатывают графитизатором, а потом сфероидизатором. 1 табл.