Чугун Советский патент 1992 года по МПК C22C37/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для отливок пар трения.

Цель - снижение износа, улучшение антифрикционных свойств и уменьшение склонности к адгезионному взаимодействию в условиях повышенных нагрузок и ограниченной смазки в паре с закаленной сталью твердостью 45-55 HRC при возвратно-поступательном движении.

Изобретение иллюстрируется примерами конкретного применения.

Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предложенного состава обусловлен следующим.

Содержание выбранных компонентов установлено экспериментально. Нижний предел по содержанию углерода (3,5%) и кремния (0,8% выбран, исходя из условий

удовлетворительной технологичности сплава (жидкотекучести и усадки), и обеспечивает в сплаве перлитную металлическую матрицу с количеством карбидных включений не более 3-5%. Верхний предел углерода 4,5, кремния 3,0% при наличии комплекса легирующих элементов-ниобия, фосфора, титана и хрома позволяет получить в структуре феррита не более 7% и включении графита 100 мкм.

Оптимальная сумма легирующих элементов гарантирует получение сплава с высокими эксплуатационными характеристиками предусмотренными формулой изобретения.

Соотношение фосфора и ниобия 1:4 способствует появлению в структуре сложной фосфор-ниобий-железо-эвтектики. Введение ниобия в расплав увеличивает

VJ

VI

О О

о XI

площадь занимаемой эвтектики на 19-22%. Соединения ниобия в эвтектике существенно изменяют ее структуру. В эвтектике уменьшается количество цементита. Микротвердость эвтектики уменьшается на 60- 100 Нм. При содержании ниобия и фосфора менее 0,05 и 0,15% соответственно увеличивается износ образца по отношению к контртелу. Увеличение ниобия более 0,6% и фосфора более 0,9 приводит к появлению твердых абразивных частиц на контактиру- емой поверхности и перехода режима стабильного износа в катастрофический.

Пределы содержания марганца, хрома и титана выбраны опытным путем из расчета существенного повышения свойств сплава при минимальной сумме элементов (плюс 1/2 фосфора и 2 ниобия) и экономической целесообразности увеличения степени легирования выше суммарного верхнего пре- дела (1.71%) связанной с незначительным повышением свойств материала.

Испытания на износостойкость и антифрикционные характеристики проводили на машине трения типа МТ-2М. Образец диа- метром 10 мм и высотой 20 мм перемещался по поверхности контроллера со скоростью 0,5; 2,0; 5,0 м/с. Контртелом служил диск диаметром 60 мм и толщиной 8 мм, изготовленный из стали 45 с твердостью 45-55 HRC. Испытания проводились в условиях ограниченной смазки трущихся поверхностей (2 капли/мин) и без смазки. Износ оценивали весовым методом.

Расчет коэффициента трения осуществ- лялся с помощью силы трения, которая измерялась динамометром и фиксировалась на осциллографе. Склонность сплава к адгезионному взаимодействию в условиях установившегося режима трения и процессе остановка-пуск определялась по коэффициенту трения и визуально по поверхности контртела. На оптическом микроскопе с помощью оптической сетки определяли общую площадь адгезионного переноса чугуна (образец) на поверхность контртела.

Чугун плавили в индукционной печи с кислой футеровкой емкостью 60 кг. В качестве шихты использовали литейный чугун, ферросплавы кремния (45% кремния), марганца (45%), хрома (35%), титана (45%), фосфора (14%), ниобия (15%). Расчет шихты составляли с учетом угара титана и ниобия 20-25. остальных элементов 15-10%.

Химические составы известного и предложенного чугуна и результаты испытаний уровней их свойств приведены в табл. 1 и 2. Как следует из табл. 1 и 2 дополнительный ввод в состав предложенного чугуна ниобия и уменьшение в нем содержания хрома позволили снизить износ в 1.1-1,5 раза, а также снизить склонность к адгезии и уменьшить коэффициент трения,

Фор мул а изобретения Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, фосфор и железо, отличающийся тем, что, с целью снижения износа, улучшения антифрикционных свойств и снижения склонности к адгезионному взаимодействию в условиях повышенных нагрузок и ограниченной смазки в паре с закаленной сталью твердостью 45-55 HRC при возвратно-поступательном движении, он дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод8,5-4,5

Кремний.0,8-3.0

Марганец0,5-1,5

Хром0,03-0,19

Титан0,05-0,35

Фосфор 0,15-0,90

Ниобий0,05-0,60

ЖелезоОстальное,

при этом 2(Cr + TI + 0,5-р + 2-Nb) - 0,75- -1,71%.

Таблица 1

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве отливок, работающих в условиях трения с ограниченной смазкой. Цель изобретения - снижение износа, улучшение антифрикционных свойств и уменьшение склонности к адгезионному взаимодействию в условиях повышенных нагрузок и ограниченной смазки в паре с закаленной сталью с твердостью 45-55 HRC при возвратно-поступательном движении. Новый чугун содержит, мас.% СЗ,5-4,5; SI 0,8-3,0; Мп - 0.5-1,5; Сг 0.03-0,19; Ti 0,05-0,35; Р 0,15-0.90; Nb 0,05- 0,6 и Fe - остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна 1Mb и снижение содержания Сг позволяет снизить износ в 1,1-1,5 раза, а также уменьшить коэффициент трения и склонность к адгезии. 2 табл.