RU2212467C2

RU2212467C2 - Antifriction cast iron

Info

Publication number: RU2212467C2
Application number: RU2001121638A
Authority: RU
Inventors: Г.И. Сильман; В.И. Лемешко; А.А. Тарасов; Л.Г. Серпик; С.В. Давыдов; Д.В. Новиков
Original assignee: Брянская государственная инженерно-технологическая академия; Центральный завод железнодорожной техники
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2001-08-01
Publication date: 2003-09-20

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: invention relates to cast iron with spherical graphite used in friction units. Antifriction cast iron has the following composite, wt. -%: carbon, 2.89-3.80; silicon, 2.23-3.15; manganese, 0.26-0.73; copper, 0.69-2.64; aluminum, 0.02-0.18; chrome, 0.01- 0.08; magnesium, 0.02-0.05; calcium, 0.006-0.02; rare-earth metals, 0.01-0.06; tin, 0.04-0.10; barium, 0.06-0.17; iron, the balance. Invention allows the enhancement of perlite structure, cast iron hardness and provides the possibility using cast iron in cast members with cross-section from 10 to 80 mm. EFFECT: valuable properties of cast iron. 2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к чугунам с шаровидным графитом, используемым в узлах трения. Известен чугун [1], содержащий, мас.%:
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.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to nodular cast iron, used in friction units. Known cast iron [1], containing, wt.%:
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 - Up to 0.15
Antimony - Up 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 антифрикционный чугун [2], содержащий, мас.%:
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
Недостатком этого чугуна является зависимость структуры и свойств от толщины стенки отливки. Так, например, в чугуне тонкостенной отливки (с толщиной стенки до 10 мм) появляется структурно свободный цементит с соответствующим повышением твердости и ухудшением обрабатываемости резанием. В толстостенных отливках (при толщине стенки 60-80 мм) в структуре чугуна появляется значительное количество феррита (до 30-35%), что приводит к снижению износостойкости и антифрикционных свойств чугуна.Closest to the proposed is anti-friction cast iron [2], containing, 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
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
The disadvantage of this cast iron is the dependence of the structure and properties on the wall thickness of the casting. For example, in cast iron of thin-walled castings (with a wall thickness of up to 10 mm), structurally free cementite appears with a corresponding increase in hardness and deterioration of machinability by cutting. In thick-walled castings (with a wall thickness of 60-80 mm), a significant amount of ferrite appears in the structure of cast iron (up to 30-35%), which leads to a decrease in the wear resistance and antifriction properties of cast iron.

Задача изобретения - повышение стабильности перлитной структуры и твердости чугуна. The objective of the invention is to increase the stability of pearlite structure and hardness of cast iron.

Технический результат - возможность использования чугуна в литых деталях сечением от 10 до 80 мм, работающих в тяжело нагруженных узлах трения. The technical result - the ability to use cast iron in cast parts with a cross section of 10 to 80 mm, working in heavily loaded friction units.

Это достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, алюминий, хром, магний, кальций и РЗМ, дополнительно содержит олово и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 2,89 - 3,80
Кремний - 2,23 - 3,15
Марганец - 0,26 - 0,73
Медь - 0,69 - 2,64
Алюминий - 0,02 - 0,18
Хром - 0,01 - 0,08
Магний - 0,02 - 0,05
Кальций - 0,006 - 0,02
РЗМ - 0,01 - 0,06
Олово - 0,04 - 0,10
Барий - 0,06 - 0,17
Железо - Остальное
В качестве примесей в чугуне могут присутствовать фосфор (до 0,08%) и сера (до 0,02%).This is achieved by the fact that cast iron containing carbon, silicon, manganese, copper, aluminum, chromium, magnesium, calcium and rare-earth metals, additionally contains tin and barium in the following ratio, wt.%:
Carbon - 2.89 - 3.80
Silicon - 2.23 - 3.15
Manganese - 0.26 - 0.73
Copper - 0.69 - 2.64
Aluminum - 0.02 - 0.18
Chromium - 0.01 - 0.08
Magnesium - 0.02 - 0.05
Calcium - 0.006 - 0.02
REM - 0.01 - 0.06
Tin - 0.04 - 0.10
Barium - 0.06 - 0.17
Iron - Else
Phosphorus (up to 0.08%) and sulfur (up to 0.02%) 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.

Верхний предел содержания алюминия понижен (до 0,18% вместо 0,30%), так как алюминий оказывает сильное ферритизирующее действие на структуру чугуна, особенно в толстостенных отливках. Более жестко ограничено также содержание хрома, являющегося наиболее сильным карбидообразующим элементом. The upper limit of the aluminum content is lowered (to 0.18% instead of 0.30%), since aluminum has a strong ferritizing effect on the structure of cast iron, especially in thick-walled castings. The content of chromium, which is the most powerful carbide-forming element, is also more strictly limited.

По сравнению с прототипом в предлагаемый чугун дополнительно вводится барий в виде модифицирующей присадки силикобария, обеспечивающей в сочетании с другими компонентами комплексного модификатора полное устранение отбела чугуна даже в тонкостенных отливках. Для этой цели достаточно содержание бария в заявляемых пределах. При содержании бария более 0,17% модифицирующий эффект его не усиливается, но стоимость чугуна возрастает. При содержании бария менее 0,06% его влияние проявляется незначительно. Compared to the prototype, barium is additionally introduced into the proposed cast iron in the form of a silicobarium modifying additive, which, in combination with other components of the complex modifier, completely eliminates whitened cast iron even in thin-walled castings. For this purpose, the content of barium within the claimed limits is sufficient. When the barium content is more than 0.17%, its modifying effect is not enhanced, but the cost of cast iron increases. With a barium content of less than 0.06%, its effect is not significant.

Дополнительно введено в состав чугуна олово в пределах от 0,04 до 0,1%. Микролегирующий эффект действия олова проявляется в резкой стабилизации перлитной структуры и ослаблении ферритизирующего действия кремния. При содержании в чугуне менее 0,04% олова этот эффект незначителен; увеличение содержания олова сверх 0,1% мало влияет на структуру чугуна, но увеличивает его стоимость. Совместное действие олова и бария приводит к значительной стабилизации структуры и твердости чугуна в отливках сечением от 10 до 80 мм. Additionally, tin was added to the composition of cast iron in the range from 0.04 to 0.1%. The microalloying effect of tin is manifested in a sharp stabilization of the pearlite structure and a weakening of the ferrite effect of silicon. With a content of tin less than 0.04% in cast iron, this effect is negligible; an increase in tin content in excess of 0.1% has little effect on the structure of cast iron, but increases its cost. The combined effect of tin and barium leads to significant stabilization of the structure and hardness of cast iron in castings with a cross section of 10 to 80 mm.

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 силикобарием. Модифицирование проводили в разливочном ковше при температуре жидкого чугуна 1400-1430^oС.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), electrotechnical copper and aluminum wastes. Aluminum and copper are partially used in the complex modifier together with magnesium, calcium, rare-earth metals, silicon and silicobarium. Modification was carried out in a casting ladle at a temperature of liquid cast iron 1400-1430 ^o C.

В сухих песчано-глинистых формах отливали заготовки сечением 10•10 и 80•80 мм, из которых вырезали образцы для проведения металлографического анализа и определения твердости. Химические составы сплавов и результаты анализов и испытаний приведены соответственно в табл.1 и 2 в сопоставлении с прототипом. In dry sand-clay forms, preforms with a cross section of 10 • 10 and 80 • 80 mm were cast, from which samples were cut for metallographic analysis and determination of hardness. The chemical compositions of the alloys and the results of analyzes and tests are given in table 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 без структурно свободных включений цементита и участков феррита в отливках с различной толщиной стенки. Это позволяет рекомендовать данный чугун для изготовления как тонкостенных, так и массивных деталей, работающих в узлах трения в особо тяжелых условиях (когда требуется чисто перлитная структура). 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 a pearlite structure without structurally free cementite inclusions and ferrite sections in castings with different wall thicknesses. This allows us to recommend this cast iron for the manufacture of both thin-walled and massive parts working in friction units under especially difficult conditions (when a purely pearlite structure is required).

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 свободных участков цементита или феррита). It can also be seen from the data in Tables 1 and 2 that, when the content of components in cast iron (alloys 5 and 6) is exceeded, a significant deviation of the hardness values from the hardness of a pure pearlite structure is observed (due to the appearance of free areas of cementite or ferrite).

Источники информации
1. Авт. св. ЧССР 258910, кл. С 22 С, Черная металлургия. - Изв. вузов, 1980, 11, с.24-28.Sources of information
1. Auth. St. Czechoslovakia 258910, class C 22 C, Ferrous metallurgy. - Izv. Universities, 1980, 11, pp. 24-28.

2. Патент РФ 2096515, кл. С 22 С 37/10. 2. RF patent 2096515, cl. C 22 C 37/10.

Claims

Anti-friction cast iron containing carbon, silicon, manganese, copper, aluminum, chromium, magnesium, calcium, rare-earth metals and iron, characterized in that it additionally contains tin and barium in the following ratio, wt. %:
Carbon - 2.89-3.80
Silicon - 2.23-3.15
Manganese - 0.26-0.73
Copper - 0.69-2.64
Aluminum - 0.02-0.18
Chrome - 0.01-0.08
Magnesium - 0.02-0.05
Calcium - 0.006-0.02
REM - 0.01-0.06
Tin - 0.04-0.10
Barium - 0.06-0.17
Iron - Else