RU2096515C1

RU2096515C1 - Antifriction cast iron

Info

Publication number: RU2096515C1
Application number: RU96112445A
Authority: RU
Inventors: Г.И. Сильман
Original assignee: Брянская государственная инженерно-технологическая академия; Сильман Григорий Ильич
Priority date: 1996-06-18
Filing date: 1996-06-18
Publication date: 1997-11-20

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy. SUBSTANCE: antifriction cast iron appropriate to manufacturing parts of friction units contains (in wt %): carbon, 3.18-4.10; silicon, 1.96-3.12; manganese, 0.23-0.71; copper, 0.75-3.22; aluminum, 0.02-0.30; chromium, 0.05-0.15; magnesium, 0.01-0.005; calcium, 0.005-0.02; rare- earth metals, 0.01-0.07; titanium, 0.01-0.10; iron, the balance. EFFECT: stabilized hardness values in various-cross-section castings and reduced coefficient of friction when operating with coupled part of thermally treated steel under elevated specific loading conditions owing to increased stability of perlite structure; improved antifriction characteristics. 2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к чугунам с шаровидным графитом, используемым в узлах трения. The invention relates to the field of metallurgy, in particular to nodular cast iron, used in friction units.

Известен чугун [1] содержащий, мас. Known cast iron [1] containing, by weight.

Углерод 3-3,8
Кремний 2-3,5
Марганец 0,2-1,5
Хром 0,03-0,3
Молибден 0,03-0,5
Ванадий 0,03-0,5
Никель 0,1-2,5
Медь 0,1-0,5
Олово до 0,15
Сурьма до 0,03
Магний до 0,1
РЗМ до 0,1
Железо Остальное
К недостаткам чугуна относятся сравнительно высокий коэффициент трения, возможность формирования игольчатой структуры с ухудшением обрабатываемости резанием, нестабильность структуры и свойств отливок в нетермообработанном состоянии.Carbon 3-3.8
Silicon 2-3.5
Manganese 0.2-1.5
Chrome 0.03-0.3
Molybdenum 0.03-0.5
Vanadium 0.03-0.5
Nickel 0.1-2.5
Copper 0.1-0.5
Tin to 0.15
Antimony to 0.03
Magnesium up to 0.1
REM up to 0.1
Iron Else
The disadvantages of cast iron include a relatively high coefficient of friction, the possibility of forming a needle structure with a deterioration in machinability by cutting, the instability of the structure and properties of castings in a non-heat treated state.

Наиболее близким к предлагаемому является чугун [2]содержащий, мас. Closest to the proposed is cast iron [2] containing, by weight.

Углерод 2,8-4,2
Кремний 3,6-5,8
Марганец 0,3-0,8
Хром 0,05-0,3
Молибден 0,05-0,2
Медь 0,6-1,8
Кальций 0,005-0,02
Магний 0,01-0,05
Алюминий 0,05-0,7
РЗМ 0,01-0,07
Железо Остальное
Недостатками этого чугуна являются сравнительно высокий коэффициент трения и недостаточная износостойкость при повышенных удельных нагрузках.Carbon 2.8-4.2
Silicon 3.6-5.8
Manganese 0.3-0.8
Chrome 0.05-0.3
Molybdenum 0.05-0.2
Copper 0.6-1.8
Calcium 0.005-0.02
Magnesium 0.01-0.05
Aluminum 0.05-0.7
REM 0.01-0.07
Iron Else
The disadvantages of this cast iron are a relatively high coefficient of friction and insufficient wear resistance at high specific loads.

Изобретение направлено на снижение коэффициента трения и повышение износостойкости деталей, работающих при повышенных нагрузках, при сохранении стабильных значений твердости, соответствующих перлитной структуре. The invention is aimed at reducing the coefficient of friction and increasing the wear resistance of parts operating under increased loads, while maintaining stable hardness values corresponding to the pearlite structure.

Это достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, алюминий, хром, магний, кальций и РЗМ, дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас. This is achieved by the fact that cast iron containing carbon, silicon, manganese, copper, aluminum, chromium, magnesium, calcium and rare-earth metals additionally contains titanium in the following ratio of components, wt.

Углерод 3,18-4,10
Кремний 1,96-3,12
Марганец 0,23-0,71
Медь 0,75-3,22
Алюминий 0,02-0,30
Хром 0,05-0,15
Магний 0,01-0,05
Кальций 0,005-0,02
РЗМ 0,01-0,07
Титан 0,01-0,10
Железо Остальное
В качестве примесей в чугуне могут присутствовать фосфор (до 0,1) и сера (до 0,03%).Carbon 3.18-4.10
Silicon 1.96-3.12
Manganese 0.23-0.71
Copper 0.75-3.22
Aluminum 0.02-0.30
Chrome 0.05-0.15
Magnesium 0.01-0.05
Calcium 0.005-0.02
REM 0.01-0.07
Titanium 0.01-0.10
Iron Else
Phosphorus (up to 0.1) and sulfur (up to 0.03%) may be present as impurities in cast iron.

Состав чугуна выбран исходя из следующих соображений. The composition of cast iron is selected based on the following considerations.

По сравнению с прототипом уменьшено содержание кремния. Поскольку кремний является основным элементом -ферритизатором, то уменьшение его количества приводит к стабилизации перлитной структуры. Если содержание кремния превышает 3,12% то в структуре чугуна появляются участки феррита, что отрицательно сказывается на износостойкости чугуна и коэффициенте трения. Если же содержание кремния меньше 1,96% то в структуре чугуна (особенно в тонкостенных отливках) появляется значительное количество цементита, что приводит к резкому повышению твердости и ухудшению обрабатываемости чугуна резанием. Compared with the prototype, the silicon content is reduced. Since silicon is the main element-ferritizer, a decrease in its amount leads to stabilization of the pearlite structure. If the silicon content exceeds 3.12%, sections of ferrite appear in the structure of cast iron, which negatively affects the wear resistance of cast iron and the friction coefficient. If the silicon content is less than 1.96%, a significant amount of cementite appears in the structure of cast iron (especially in thin-walled castings), which leads to a sharp increase in hardness and deterioration of machinability of cast iron by cutting.

В составе чугуна увеличен верхний предел содержания меди (до 3,22%), что обеспечивает не только перлитизацию структуры, но и образование значительного количества включений медистой фазы, обеспечивающих снижение коэффициента трения. Увеличение содержания меди сверх 3,22% нецелесообразно, т.к. при этом увеличивается стоимость чугуна без заметного повышения свойств. Содержание меди в чугуне менее 0,75% не обеспечивает полную перлитизацию структуры и образование медистой фазы, особенно при содержании кремния на верхнем пределе, в результате чего снижаются свойства чугуна. The composition of cast iron increased the upper limit of the copper content (up to 3.22%), which provides not only perlitization of the structure, but also the formation of a significant number of inclusions of the copper phase, providing a decrease in the coefficient of friction. An increase in copper content in excess of 3.22% is impractical because at the same time, the cost of cast iron increases without a noticeable increase in properties. The copper content of cast iron of less than 0.75% does not provide complete perlitization of the structure and the formation of a copper phase, especially when the silicon content is at the upper limit, resulting in reduced properties of cast iron.

По сравнению с прототипом в предлагаемый чугун дополнительно вводится титан в виде модифицирующей присадки, обеспечивающей в сочетании с другими компонентами комплексного модификатора полное устранение отбела чугуна даже в тонкостенных отливках. Для этой цели достаточно содержание титана в заявляемых пределах. При содержании титана более 0,10% модифицирующий эффект его не усиливается, но стоимость чугуна возрастает. При содержании титана менее 0,01% его модифицирующий эффект не проявляется. Compared with the prototype, titanium is additionally introduced into the proposed cast iron in the form of a modifying additive, which, in combination with other components of the complex modifier, provides complete elimination of bleached cast iron even in thin-walled castings. For this purpose, the titanium content within the claimed limits is sufficient. When the titanium content is more than 0.10%, its modifying effect is not enhanced, but the cost of cast iron increases. When the titanium content is less than 0.01%, its modifying effect is not manifested.

Остальные компоненты содержатся в пределах, аналогичных прототипу, и их влияние не отличается от изложенного в описании прототипа. The remaining components are contained within the limits similar to the prototype, and their influence does not differ from that described in the description of the prototype.

Чугун выплавляли в индукционной тигельной печи с кислой футеровкой на шихте, состоящей из передельного чугуна, отходов углеродистой стали, электродного боя, ферросплавов (ферросилиция, ферромарганца, феррохрома), отходов электротехнической меди и алюминия. Алюминий и медь частично использованы и в составе комплексного модификатора совместно с магнием, кальцием, РЗМ, кремнием и ферротитаном. Модифицированние проводили в разливочном ковше при температуре жидкого чугуна 1380-1400^oC.Cast iron was smelted in an induction crucible furnace with an acid lining on a charge, consisting of pig iron, carbon steel waste, electrode battle, ferroalloys (ferrosilicon, ferromanganese, ferrochrome), waste electrical copper and aluminum. Aluminum and copper are partially used in the complex modifier together with magnesium, calcium, rare-earth metals, silicon and ferrotitanium. The modification was carried out in a casting ladle at a temperature of liquid cast iron 1380-1400 ^o C.

В сухих песчано-глинистых формах отливали стандартные пробы толщиной 30 мм, на которых вырезали образцы для проведения механических испытаний, металлографического анализа и испытаний на износ. Испытания на износ проводили на машине МИ-1M в условиях сухого трения по схеме вращающийся диск - неподвижная колодка. Диск контртела диаметром 50 мм изготавливали из стали 45 и термообрабатывали на твердость HRC_э 45-46. Испытания проводили при частоте вращения диска 250 об/мин с удельной нагрузкой 5 МПа. Износ определяли по потере массы образца в процессе изнашивания на пути трения 1 км. Параллельно определяли коэффициент трения (без смазки).In dry sand-clay molds, standard samples 30 mm thick were cast, on which samples were cut for mechanical tests, metallographic analysis and wear tests. Wear tests were carried out on a MI-1M machine in dry friction according to the scheme of a rotating disk - fixed block. A counterbody disk with a diameter of 50 mm was made of steel 45 and heat treated for hardness HRC _e 45-46. The tests were carried out at a disk rotation frequency of 250 rpm with a specific load of 5 MPa. Depreciation was determined by the mass loss of the sample during wear on the friction path of 1 km. In parallel, the coefficient of friction was determined (without lubrication).

Химические составы сплавов и результаты их испытаний приведены соответственно в табл.1 и 2 в сопоставлении с прототипом. The chemical compositions of the alloys and the results of their tests are given in tables 1 and 2, respectively, in comparison with the prototype.

Видно, что чугун предлагаемого состава (сплавы 1-4) отличается от прототипа более стабильными значениями твердости (соответствующими перлитной структуре) и низкими значениями коэффициента трения и интенсивности изнашивания при работе в условиях повышенных удельных нагрузок. Это позволяет рекомендовать данный чугун для изготовления деталей, работающих в узлах трения в особо тяжелых условиях (при давлениях 5 МПа и более). It can be seen that the cast iron of the proposed composition (alloys 1-4) differs from the prototype in more stable hardness values (corresponding to the pearlite structure) and low values of the friction coefficient and wear rate when working under conditions of increased specific loads. This allows us to recommend this cast iron for the manufacture of parts operating in friction units under especially severe conditions (at pressures of 5 MPa or more).

Из приведенных в табл. 1 и 2 данных видно также, что при выходе за предлагаемые пределы содержаний компонентов в чугуне (сплавы 5 и 6) наблюдается значительное отклонение значений твердости от твердости чисто перлитной структуры (за счет появления участков отбела или свободного феррита), приводящее к заметному ухудшению антифрикционных свойств (коэффициента трения) и износостойкости. From the above table. Figures 1 and 2 also show that when the contents of components in cast iron (alloys 5 and 6) are exceeded, there is a significant deviation of hardness values from the hardness of a pure pearlite structure (due to the appearance of bleached or free ferrite patches), which leads to a noticeable deterioration in antifriction properties (coefficient of friction) and wear resistance.

Источники информации. Sources of information.

1. Авт. св. ЧССР N 258910, кл. C 22С. Черная металлургия. Изв. вузов, 1980, N 11, c. 24-28. 1. Auth. St. Czechoslovakia N 258910, cl. C 22C. Ferrous metallurgy. Izv. Universities, 1980, N 11, c. 24-28.

2. Авт.св. СССР N 1752819, кл. C 22 C 37/10. 2. Auto USSR N 1752819, class C 22 C 37/10.

Claims

Anti-friction cast iron containing carbon, silicon, manganese, copper, aluminum, chromium, magnesium, calcium and rare-earth metals, characterized in that it additionally contains titanium in the following ratio of components, wt.

Carbon 3.18 4.1
Silicon 1.96 3.12
Manganese 0.23 0.71
Copper 0.75 3.22
Aluminum 0.02 0.3
Chrome 0.05 0.15
Magnesium 0.01 0.05
Calcium 0.005 0.02
RMZ 0.01 0.07
Titanium 0.01 0.1
Iron Rest