RU2019572C1

RU2019572C1 - Process for manufacturing castings for brake blocks of gray iron

Info

Publication number: RU2019572C1
Application number: RU92014729A
Authority: RU
Inventors: И.К. Кульбовский; Ю.В. Игнатенко; Н.Ф. Коряков; А.Н. Поддубный
Original assignee: Кульбовский Иван Кузьмич
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1994-09-15

Abstract

FIELD: manufacture of castings of gray iron. SUBSTANCE: liquid iron is poured into metallic molds at 1250-1320 C, the ratio of the components being as follows (wt % ): 2.8-3.6 carbon; 0.8-2.0 silicon; 0.4-1.2 manganese; 0.3-0.8 phosphorus; 0.03-0.10 calcium; 0.02-0.10 barium; 0.02-0.10 aluminium; and iron, the balance. The use of the claimed process provides manufacture of castings of gray iron having an improved hardness of HB-304-HB 309 and wear resistance uniformly all over the portion thereof and at low cost thereof. EFFECT: improved properties of the castings.

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу получения отливок из серого чугуна с повышенной твердостью, которые могут использоваться в качестве быстроизнашивающихся деталей, например тормозных колодок, для железнодорожного транспорта. The invention relates to metallurgy, in particular to a method for producing castings of gray iron with increased hardness, which can be used as wearing parts, for example brake shoes, for railway transport.

Известен серый чугун для тормозных колодок железнодорожного транспорта следующего химического состава, мас.%: Углерод 2,8- 3,6 Кремний 1,2-2,0 Марганец 0,3-0,9 Фосфор 1,0-3,5 Сера До 0,15 Железо Остальное
Чугун имеет твердость НВ 187-НВ 285.Known gray cast iron for brake pads of railway transport of the following chemical composition, wt.%: Carbon 2.8-3.6 Silicon 1.2-2.0 Manganese 0.3-0.9 Phosphorus 1.0-3.5 Sulfur Do 0.15 Iron Else
Cast iron has a hardness of HB 187-HB 285.

Недостатками этого чугуна являются: неравномерная твердость во всех частях отливок, что снижает их износостойкость; повышенная хрупкость отливок из-за высокого содержания фосфора, что требует применения в них стальных каркасов; повышенная стоимость; изготовление отливок осуществляется в песчано-глинистых формах. The disadvantages of this cast iron are: uneven hardness in all parts of the castings, which reduces their wear resistance; increased fragility of castings due to the high phosphorus content, which requires the use of steel frames in them; increased cost; castings are made in sandy-clay forms.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является чугун следующего химического состава, мас. % : Углерод 2-3,6 Кремний 0,05-2,5 Марганец 0,2-1,5 Титан 0,005-0,7 Фосфор 1-4 Ванадий 0,05-2,0 Алюминий 0,05-2,0 Медь 0,01-1,0 Железо Остальное
Чугун имеет твердость НВ 263-НВ 440.Closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result is cast iron of the following chemical composition, wt. %: Carbon 2-3.6 Silicon 0.05-2.5 Manganese 0.2-1.5 Titanium 0.005-0.7 Phosphorus 1-4 Vanadium 0.05-2.0 Aluminum 0.05-2.0 Copper 0.01-1.0 Iron Else
Cast iron has a hardness of HB 263-HB 440.

Недостатками этого чугуна являются: неравномерная твердость во всех частях отливок, что снижает их износостойкость; повышенная хрупкость отливок из-за высокого содержания в чугуне фосфора, что требует применения в них стальных каркасов; очень высокая твердость отдельных частей отливок (НВ 440), характерная для белого чугуна, что будет являться причиной повышенного износа колес при торможении и не допускается по условиям эксплуатации железнодорожного транспорта; отсутствие возможности выплавлять в вагранках чугун такого состава, что ограничивает его применение; высокая стоимость из-за высокого содержания доpогих легирующих элементов (ванадий, титан, медь, фосфор, алюминий); изготовление отливок осуществляется в песчано-глинистых формах. The disadvantages of this cast iron are: uneven hardness in all parts of the castings, which reduces their wear resistance; increased fragility of castings due to the high content of phosphorus in cast iron, which requires the use of steel frames in them; very high hardness of individual parts of the castings (HB 440), characteristic of white cast iron, which will cause increased wear of the wheels during braking and is not allowed under the operating conditions of railway transport; the inability to melt cast iron in cupolas of such a composition that limits its use; high cost due to the high content of expensive alloying elements (vanadium, titanium, copper, phosphorus, aluminum); castings are made in sandy-clay forms.

Задачей изобретения является получение отливок из серого чугуна с повышенной твердостью равномерного во всех их частях, обеспечивающей повышенную равномерную их износостойкость, и низкой стоимостью, в частности, используемых в качестве тормозных колодок железнодорожного транспорта. The objective of the invention is to obtain castings from gray cast iron with increased hardness uniform in all their parts, providing increased uniform wear resistance, and low cost, in particular, used as brake pads of railway transport.

Указанная задача достигается тем, что отливки изготовляются путем заливки в металлическое формы жидкого чугуна при 1250-1320^оС следующего химического состава, мас.%: Углерод 2,8-3,6 Кремний 0,8-2,0 Марганец 0,4-1,2 Фосфор 0,3-0,8 Сера До 0,1 Кальций 0,02-0,1 Барий 0,02-0,1 Алюминий 0,02-0,1 Железо Остальное
Заявленный способ получения отливок выбран по следующим причинам.This task is achieved in that the castings are made by pouring in the metal molds of molten cast iron at 1250-1320 ^about With the following chemical composition, wt.%: Carbon 2.8-3.6 Silicon 0.8-2.0 Manganese 0.4- 1.2 Phosphorus 0.3-0.8 Sulfur Up to 0.1 Calcium 0.02-0.1 Barium 0.02-0.1 Aluminum 0.02-0.1 Iron Other
The claimed method for producing castings is selected for the following reasons.

Заливка жидкого чугуна в металлические формы обеспечивают высокую скорость его кристаллизации и высокую скорость охлаждения отливок, что приводит к измельчению их структуры и увеличению содержания в ней перлита равномерно по всему их сечению, способствующих повышению твердости и износостойкости равномерно во всех их частях. Pouring molten iron into metal forms provides a high rate of its crystallization and a high cooling rate of the castings, which leads to a refinement of their structure and an increase in the content of perlite in it uniformly over their entire cross section, contributing to an increase in hardness and wear resistance uniformly in all their parts.

Однако при этом одновременно создаются и благоприятные условия для образования структуры белого чугуна в отдельных частях отливок, поэтому для избежания этого необходимо выбирать соответствующий химический состав чугуна и температуру его заливки. Исследованиями установлено влияние элементов химического состава и температуры заливки жидкого чугуна на структуру отливок при заливке его в металлические формы, на основе которого выбран его оптимальный химический состав и оптимальная температура заливки, обеспечивающие в них структуру серого чугуна и повышенную твердость. Увеличение температуры заливки жидкого чугуна в металлические формы приводит к их разогреву, что снижает скорость отвода ими тепла и тем самым снижает скорость его кристаллизации, что при определенном химическом составе обеспечивает получение структуры серого чугуна в отливках и снижает их твердость, снижение же температуры заливки способствует получению структуры белого чугуна в отливках и повышению их твердости. Верхний предел температуры заливки (1320^оС) выбран из условия достижения необходимой твердости отливок, а нижний (1250^оС) - из условия предотвращения образования структуры белого чугуна в них.However, at the same time, favorable conditions are also created for the formation of the structure of white cast iron in individual parts of castings, therefore, to avoid this, it is necessary to choose the appropriate chemical composition of cast iron and the temperature of its casting. Studies have established the influence of elements of the chemical composition and pouring temperature of liquid cast iron on the structure of castings when pouring it into metal molds, on the basis of which its optimal chemical composition and optimum pouring temperature are selected, which ensure the structure of gray cast iron and increased hardness in them. An increase in the temperature of pouring liquid cast iron into metal forms leads to their heating, which reduces the rate of heat removal by them and thereby reduces the rate of its crystallization, which, with a certain chemical composition, provides the structure of gray cast iron in castings and reduces their hardness, while lowering the pouring temperature helps to obtain the structure of white cast iron in castings and increase their hardness. The upper limit of the fill temperature (1320 ^C) is selected from the conditions for achieving the required hardness of the castings, and the lower (1250 ° ^C) - the condition of preventing the formation of white iron structure therein.

Углерод при повышении его содержания способствует получению структуры серого чугуна и снижению его твердости, а при снижении - повышению его твердости, а при определенном пониженном содержании - образованию структуры белого чугуна. Carbon with an increase in its content helps to obtain the structure of gray cast iron and a decrease in its hardness, and with a decrease, an increase in its hardness, and with a certain reduced content, the formation of a structure of white cast iron.

Верхний предел содержания углерода (3,6%) выбран из условия достижения необходимой твердости отливок, а нижний (2,8%) - из условия предотвращения образования структуры белого чугуна в них. The upper limit of carbon content (3.6%) is selected from the condition of achieving the necessary hardness of the castings, and the lower (2.8%) is chosen from the condition of preventing the formation of the structure of white cast iron in them.

Кремний при повышении его содержания способствует получению структуры серого чугуна и снижению его твердости, а при снижении - повышению его твердости, и при определенном пониженном содержании - образованию структуры белого чугуна. Верхний предел содержания кремния (2,0%) выбран из условия достижения необходимой твердости отливок, а нижний (0,8%) - из условия предотвращения образования структуры белого чугуна в них. Silicon with an increase in its content contributes to the formation of the structure of gray cast iron and a decrease in its hardness, and when reduced, an increase in its hardness, and with a certain lower content, the formation of a structure of white cast iron. The upper limit of the silicon content (2.0%) is selected from the condition of achieving the necessary hardness of the castings, and the lower (0.8%) - from the condition of preventing the formation of the structure of white cast iron in them.

Марганец при повышении его содержания способствует повышению твердости отливок, но при определенном повышенном содержании способствует образованию в них структуры белого чугуна. Manganese with an increase in its content contributes to an increase in the hardness of castings, but at a certain high content it contributes to the formation of white cast iron structure in them.

Верхний предел содержания марганца (1,2%) выбран из условия получения повышенной твердости отливок без образования в них структуры белого чугуна, а нижний (0,4%) - из условия внесения его шихтовыми материалами при выплавке чугуна без использования ферромарганца. The upper limit of the manganese content (1.2%) is selected from the condition of obtaining increased hardness of the castings without the formation of white cast iron in them, and the lower (0.4%) from the condition of adding it with charge materials in the smelting of cast iron without the use of ferromanganese.

Фосфор при повышении его содержания способствует повышению твердости и износостойкости отливок, но при определенном повышенном содержании способствует повышению их хрупкости. Верхний предел содержания фосфора (0,8%) выбран из условия получения повышенной твердости и износостойкости отливок без увеличения их хрупкости, а нижний (0,3%) - из условия достижения необходимой твердости и износостойкости отливок. Phosphorus with an increase in its content contributes to an increase in the hardness and wear resistance of castings, but at a certain high content it contributes to an increase in their fragility. The upper limit of the phosphorus content (0.8%) is selected from the condition of obtaining increased hardness and wear resistance of the castings without increasing their fragility, and the lower (0.3%) - from the condition of achieving the necessary hardness and wear resistance of the castings.

Сера в принятых пределах ее содержания не оказывает влияния на свойства отливки, поэтому заявленное ее содержание обусловлено ее содержанием в используемых шихтовых материалах. Барий, кальций и алюминий при увеличении их содержания способствуют получению структуры серого чугуна и предотвращению образования структуры белого чугуна в отливках, но снижают их твердость. Наиболее эффективным является их совместное влияние на структуру и свойства отливок при получении их заливкой жидкого чугуна в металлические формы, для чего их совместно вводили в жидкий чугун с модифицирующей смесью при сливе металла в ковш. Верхний предел содержания каждого из них (0,1%) выбран из условия достижения необходимой твердости отливок, а нижний (0,02% ) - из условия предотвращения образования структуры белого чугуна в них. При раздельном использовании каждого из этих элементов их расход выше, а эффективность воздействия ниже. Sulfur within the accepted limits of its content does not affect the properties of the casting, therefore, its declared content is due to its content in the used charge materials. Barium, calcium and aluminum with an increase in their content contribute to the structure of gray cast iron and prevent the formation of a structure of white cast iron in castings, but reduce their hardness. The most effective is their joint influence on the structure and properties of castings when they are obtained by pouring liquid cast iron into metal molds, for which they were jointly introduced into liquid cast iron with a modifying mixture when the metal is drained into the ladle. The upper limit of the content of each of them (0.1%) is selected from the condition of achieving the necessary hardness of the castings, and the lower (0.02%) from the condition of preventing the formation of the structure of white cast iron in them. With the separate use of each of these elements, their consumption is higher, and the impact efficiency is lower.

Новым в предлагаемом способе является получение отливок из серого чугуна путем заливки жидкого чугуна данного химического состава в металлические формы при 1250-1320^оС, что способствует повышению их твердости и износостойкости равномерно во всех частях их, без образования структуры белого чугуна.The novelty of the proposed method is to obtain a gray iron castings by pouring molten iron at a given chemical composition of metal molds at 1250-1320 ^{° C,} thereby increasing their hardness and wear resistance uniformly in all their parts, without the formation of a white iron structure.

Анализ изобретений по изобретательному уровню, в сравнении с известными в науке и технике решениями, показал, что оно отличается от них тем, что в известных способах для достижения повышенной твердости и износостойкости отливок используют чугун с высоким содержанием фосфора и наличием в его составе значительного количества таких легирующих элементов, как титан, ванадий, хром, никель, медь и другие, при этом отливки получают путем заливки металла в песчано-глинистые формы, что не способствует увеличению их твердости. The analysis of inventions according to the inventive step, in comparison with the solutions known in science and technology, showed that it differs from them in that in the known methods, cast iron with a high phosphorus content and the presence of a significant amount of such iron is used in the known methods to achieve high hardness and wear resistance of the castings alloying elements like titanium, vanadium, chromium, nickel, copper and others, while castings are obtained by pouring metal into sand-clay forms, which does not increase their hardness.

При осуществлении изобретения могут быть получены следующие технические результаты:
а) повышается твердость отливок до 14%, достигается равномерная твердость во всех частях их и исключается образование структуры белого чугуна в них;
б) повышается до 13% относительная износостойкость отливок и достигается равномерная износостойкость во всех частях их;
в) в 2,2-2,8 раза снижается стоимость материалов для изготовления отливок;
г) представляется возможность выплавлять чугун в любых плавильных агрегатах, что способствует широкому использованию способа.When carrying out the invention, the following technical results can be obtained:
a) the hardness of castings is increased to 14%, uniform hardness is achieved in all parts of them and the formation of the structure of white cast iron in them is excluded;
b) the relative wear resistance of castings increases to 13% and uniform wear resistance is achieved in all parts of them;
c) the cost of materials for the manufacture of castings is reduced 2.2-2.8 times;
d) it is possible to melt cast iron in any smelting units, which contributes to the widespread use of the method.

П р и м е р. Чугун предлагаемого химического состава выплавляли в вагранке или электропечи из шихтовых материалов, состоящих из чушкового чугуна, стального и чугунного лома, ферросилиция, ферромарганца и феррофосфора. При сплаве жидкого чугуна из плавильной печи в ковш под струю металла вводили модифицирующую смесь, содержащую силикокальций, силикобарий и алюминий, которые вносили в жидкий чугун соответствующее количество кальция, бария и алюминия. Жидкий чугун из ковша заливали в металлические формы при 1250-1320^оС и получали отливки тормозных колодок для железнодорожного транспорта. Химический сосав, температура заливки, твердость, относительная стоимость и износостойкость полученных отливок и их сравнение с прототипом приведены в таблице.PRI me R. Cast iron of the proposed chemical composition was smelted in a cupola or electric furnace from charge materials consisting of pig iron, steel and cast iron scrap, ferrosilicon, ferromanganese and ferrophosphorus. When alloying molten iron from a smelting furnace, a modifying mixture containing silicocalcium, silicobarium, and aluminum was introduced into a ladle under a stream of metal, which introduced the corresponding amount of calcium, barium, and aluminum into molten iron. Liquid cast iron from the ladle was poured into metal molds at 1250-1320 ^о С and castings of brake pads for railway transport were obtained. Chemical sucking, pouring temperature, hardness, relative cost and wear resistance of the obtained castings and their comparison with the prototype are shown in the table.

Из таблицы видно, что отливки, полученные предлагаемым способом, обладают повышенной твердостью и износостойкостью равномерно во всех частях их и низкой стоимостью. The table shows that the castings obtained by the proposed method have increased hardness and wear resistance evenly in all parts of them and low cost.

Claims

METHOD FOR PRODUCING CASTINGS FOR BRAKE SHOES FROM GRAY IRON, including smelting, modification and casting in metal molds, characterized in that casting is carried out at 1250 - 1320 ^o C cast iron of the following chemical composition, wt.%:
Carbon 2.8 - 3.6
Silicon 0.8 - 2.0
Manganese 0.4 - 1.2
Phosphorus 0.3 - 0.8
Calcium 0.02 - 0.1
Barium 0.02 - 0.1
Aluminum 0.02 - 0.1
Iron Else