RU2267549C1 - Антифрикционный чугун - Google Patents
Антифрикционный чугун Download PDFInfo
- Publication number
- RU2267549C1 RU2267549C1 RU2004118167/02A RU2004118167A RU2267549C1 RU 2267549 C1 RU2267549 C1 RU 2267549C1 RU 2004118167/02 A RU2004118167/02 A RU 2004118167/02A RU 2004118167 A RU2004118167 A RU 2004118167A RU 2267549 C1 RU2267549 C1 RU 2267549C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cast iron
- content
- iron
- silicon
- tin
- Prior art date
Links
Landscapes
- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии, в частности к антифрикционным чугунам, используемым в узлах трения. Антифрикционный чугун содержит, мас.%: углерод 3,32-4,04; кремний 3,72-5,39; марганец 0,18-0,51; молибден 0,15-0,43; олово 0,03-0,12; барий 0,02-0,08; магний 0,015-0,05; кальций 0,005-0,02; алюминий до 0,01; РЗМ 0,01-0,06; железо - остальное. Содержания компонентов удовлетворяют следующим соотношениям, мас.%: П1=Si+Al+10Sn=4,93-5,70; П2=Mg+Ba+Ca+РЗМ=0,107-0,180. Техническим результатом является уменьшение коэффициента трения, твердости чугуна и износа сопряженной детали при сохранении высокой износостойкости и повышенной прочности чугуна. 2 табл.
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к чугунам с шаровидным графитом, используемым в узлах трения. Известен чугун [1], содержащий, мас.%:
Углерод | 2,89-3,80 | Барий | 0,06-0,17 |
Кремний | 2,23-3,15 | Магний | 0,02-0,05 |
Марганец | 0,26-0,73 | Кальций | 0,006-0,02 |
Медь | 0,69-2,64 | РЗМ | 0,01-0,06 |
Хром | 0,01-0,08 | Железо | остальное |
Олово | 0,04-0,10 |
Этот чугун обладает стабильной перлитной структурой при повышенной прочности и износостойкости.
Недостатками чугуна являются затрудненная прирабатываемость и повышенный износ сопряженной детали.
Наиболее близким к предлагаемому является чугун [2], содержащий, мас.%:
Углерод | 2,8-4,2 | Кальций | 0,005-0,02 |
Кремний | 3,6-5,8 | Магний | 0,01-0,05 |
Марганец | 0,3-0,8 | Алюминий | 0,05-0,7 |
Молибден | 0,05-0,2 | РЗМ | 0,01-0,08 |
Медь | 0,6-1,8 | Железо | остальное |
Хром | 0,05-0,3 |
Чугун обладает высокой прочностью и износостойкостью. За счет молибдена уменьшена склонность чугуна к ферритной хрупкости.
К недостаткам чугуна относятся сравнительно высокие значения коэффициента трения и твердости чугуна, вызывающие повышенный износ сопряженной детали.
Задача изобретения - создание в чугуне особой структуры, состоящей из двухфазного (гетерогенизированного) феррита и шаровидного графита.
Технический результат - снижение значений коэффициента трения, твердости чугуна и износа сопряженной детали при сохранении высокой износостойкости и повышенной прочности чугуна.
Это достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, молибден, магний, кальций, редкоземельные металлы (РЗМ) и железо, дополнительно содержит олово и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод | 3,32-4,04 | Барий | 0,02-0,08 |
Кремний | 3,72-5,29 | Магний | 0,015-0,05 |
Марганец | 0,18-0,51 | Кальций | 0,005-0,02 |
Молибден | 0,15-0,43 | РЗМ | 0,01-0,06 |
Олово | 0,03-0,12 | Железо | остальное |
причем параметры содержания компонентов удовлетворяют следующим соотношениям, мас.%:
П1=Si+Al+5Sn = 4,93-5,70,
П2=Mg+Ba+Ca+РЗМ = 0,107-0,180.
В качестве примесей в чугуне могут присутствовать сера (до 0,03 мас.%), фосфор (до 0,05 мас.%) и алюминий (до 0,01 мас.%).
Суть изобретения обеспечивается созданием в чугуне особой структуры, состоящей из двухфазного (гетерогенизированного) феррита и шаровидного графита. Гетерогенизация феррита происходит за счет наличия в составе чугуна необходимого содержания кремния и олова, а сфероидизация графита - достаточным количеством элементов комплексного модификатора (магния, бария, кальция и РЗМ).
Состав чугуна выбран исходя из следующих соображений.
Содержание кремния принято в интервале от 3,72 до 5,29 мас.%, что объясняется тем, что кремний должен обеспечить гетерогенизацию феррита (т.е. расслоение феррита на две фазы - углеродистый и кремнистый феррит). В свою очередь, гетерогенизированный феррит обеспечивает низкий коэффициент трения и повышенную износостойкость чугуна. При содержании кремния менее 3,72 мас.% этот эффект недостаточно стабилен. Если содержание кремния превышает 5,29 мас.%, то в структуре чугуна появляется слишком большое количество кремнистого феррита (силикоферрита), что приводит к охрупчиванию чугуна, повышению его твердости и снижению износостойкости.
Марганец относится к элементам-перлитизаторам. Способствуя образованию перлита в структуре, он повышает твердость чугуна и затрудняет решение поставленных задач, что особенно проявляется при его содержании более 0,51%. Минимальное количество марганца в чугуне, составляющее 0,18%, соответствует его содержанию в качестве технической примеси и практически не может быть уменьшено при использовании обычных шихтовых материалов.
Молибден в составе данного чугуна используется для устранения или уменьшения ферритной хрупкости, что особенно важно при структуре с гетерогенизированным ферритом. При содержании менее 0,15 мас.% молибдена эта его роль практически не проявляется, а при содержании более 0,43 мас.% происходит существенное удорожание чугуна, появляются в структуре дополнительные составляющие, повышающие его твердость.
Принятое содержание углерода обеспечивает необходимые структуру и свойства чугуна в литом состоянии. При содержании углерода менее 3,32 мас.% уменьшается степень ферритизации структуры, становится возможным образование перлита и повышение твердости. Если в чугуне содержится более 4,04 мас.% углерода, в его структуре увеличивается количество графита, причем повышается вероятность образования графитных включений неблагоприятной формы (при недостаточной степени сфероидизации), что может проявляться в снижении прочности и износостойкости чугуна.
Параметр П2, характеризующий суммарное содержание в чугуне элементов комплексного модификатора, должен быть не менее 0,107%. В противном случае степень сфероидизации графита оказывается недостаточной.
При П2>0,180% повышенный расход модификатора, удорожая чугун, не приводит к повышению его свойств, наоборот, при этом возможно даже перемодифицирование чугуна с ухудшением формы графитных включений.
Содержание магния рекомендуется в пределах 0,01-0,05 мас.%. Если остаточное содержание магния менее 0,01 мас.%, то результаты модифицирования нестабильны. Увеличение содержания магния более 0,05 мас.% нецелесообразно, так как это не повышает свойства чугуна.
Кальций играет роль десульфуратора и раскислителя, существенно уменьшая расход магния и РЗМ. В оптимальных количествах кальций способствует графитизации чугуна и уменьшает тем самым коэффициент трения. Содержание менее 0,005 мас.% кальция соответствует чугуну, не модифицированному кальцием. Слишком большой расход кальция, соответствующий остаточному содержанию более 0,02 мас.%, увеличивает количество неметаллических включений, ухудшает усвоение модификатора и снижает свойства чугуна.
РЗМ вводятся с целью нейтрализации элементов, оказывающих на графит десфероидизирующее действие (например, олово, алюминий). При содержании менее 0,01 мас.% РЗМ полная сфероидизация графита не обеспечивается. Повышение содержания РЗМ более 0,06 мас.% нецелесообразно, так как не оказывает положительного эффекта, но удорожает чугун.
Дополнительно в состав чугуна введены барий и олово. Барий вводится в виде силикобария в составе комплексного модификатора. Совместно с другими компонентами комплексного модификатора он обеспечивает глубокое рафинирование чугуна, полное устранение отбела и ферритизацию структуры чугуна даже в тонкостенных отливках. Для этого достаточно содержание бария в заявляемых пределах. При остаточном содержании бария более 0,08% его модифицирующий эффект не усиливается, но стоимость чугуна возрастает. При содержании бария менее 0,02% его влияние проявляется незначительно.
Олово введено в состав чугуна в пределах от 0,03 до 0,12%. В таком количестве олово усиливает гетерогенизацию феррита, заключающуюся в его спинодальном расслоении на углеродистый и кремнисто-оловянистый феррит. В этом отношении эффективность действия олова на порядок выше, чем у кремния. Однако при содержании в чугуне менее 0,03% олова его влияние незначительно, а увеличение его содержания сверх 0,12% заметно удорожает чугун, не влияя практически на его структуру и свойства.
Учитывая различие в эффективности влияния олова и кремния, а также влияние алюминия на ферритизацию структуры чугуна, введен параметр П1 = Si+Al + 10Sn, мас.%. Значения П1 в интервале от 4,93 до 5,70% обеспечивают эффекты ферритизации структуры чугуна и гетерогенизации феррита. При П1<4,93% эти эффекты проявляются недостаточно, что выражается как в появлении участков перлита в структуре чугуна, так и в недостаточной степени расслоения феррита. При П1>5,70% углеродистый феррит почти полностью исчезает из структуры, заменяясь кремнисто-оловянистым ферритом, что приводит к повышению хрупкости чугуна и ухудшению его триботехнических свойств.
Плавки чугуна проводили в открытых индукционных тигельных печах с кислой футеровкой на шихте, состоящей из отходов углеродистой стали, электродного боя и ферросилиция. Ферросилиций вводили в расплав при 1350-1380°С.
При переливе металла из печи в разливочный ковш проводили комплексное модифицирование чугуна "сандвич-процессом", пригружая модифицирующую смесь (состоящую из комплексной лигатуры ЖКМК, силикобария и плавикового шпата) специально отлитой чугунной решеткой. Температура модифицирования металла 1420-1450°С.
Жидкий чугун разливали в сухие песчано-глинистые формы. Отливали стандартные пробы толщиной 30 мм, из которых вырезали образцы для проведения металлографического анализа, механических испытаний и испытаний на изнашивание. Испытания на изнашивание проводили на машине СМЦ-2 в условиях сухого трения по схеме вращающийся диск - неподвижная колодка. Диск контртела диаметром 50 мм изготовлен из стали 45 и термообработан на HRCЭ 45. Испытания проводили при скорости скольжения 3,27 см/с с удельной нагрузкой 3 МПа в центре контактной площади. Износ определяли по потере массы образца и контртела в процессе изнашивания. Параллельно определяли коэффициент трения.
Химические составы сплавов и результаты их испытаний приведены в табл.1 и 2.
Чугун предлагаемого состава (сплавы 1-4) отличается от прототипа более низкими значениями твердости и коэффициента трения, обеспечивая при этом меньший износ сопряженной детали (стального контртела). Чугун обладает достаточно высокими прочностными свойствами, а по износостойкости не уступает прототипу.
При выходе за рекомендуемые пределы содержания компонентов в чугуне (сплавы 5 и 6) существенно ухудшаются его свойства (снижаются износостойкость и прочность, повышается коэффициент трения, увеличивается износ контртела).
Источники информации
1. Патент РФ №2212467, кл. С 22 С 37/10.
2. Авт. св. СССР №1752819, кл. С 22 С 37/10.
Таблица 1 | ||||||||||||||||
Сплав | Содержание элементов, мас.% | Параметры, мас.% | ||||||||||||||
С | Si | Mn | Мо | Sn | Ва | Mg | Са | РЗМ | П1 | П2 | ||||||
1 | 3,32 | 5,39 | 0,27 | 0,35 | 0,03 | 0,02 | 0,015 | 0,012 | 0,06 | 5,70 | 0,107 | |||||
2 | 3,49 | 4,67 | 0,18 | 0,40 | 0,07 | 0,08 | 0,050 | 0,020 | 0,03 | 5,38 | 0,180 | |||||
3 | 3,60 | 4,13 | 0,51 | 0,43 | 0,08 | 0,05 | 0,042 | 0,005 | 0,01 | 4,94 | 0,107 | |||||
4 | 4,04 | 3,72 | 0,34 | 0,15 | 0,12 | 0,06 | 0,038 | 0,008 | 0,04 | 4,93 | 0,146 | |||||
5 | 3,20 | 6,74 | 0,18 | 0,08 | 0,01 | 0,09 | 0,006 | 0,002 | 0,005 | 6,85 | 0,103 | |||||
6 | 4,11 | 3,03 | 0,85 | 0,69 | 0,14 | 0,01 | 0,08 | 0,025 | 0,09 | 4,44 | 0,205 | |||||
Известный* | 3,91 | 3,60 | 0,62 | 0,11 | - | - | 0,05 | 0,016 | 0,04 | 4,30 | 0,106 | |||||
* Содержится также 0,20% Cr, 0,89% Cu и 0,70% Al. | ||||||||||||||||
Таблица 2 | ||||||||||||||||
Сплав | Средние значения свойств | |||||||||||||||
Твердость НВ | Предел прочности σВ, МПа | Износ образца, мг | Износ контртела, мг | Коэффициент трения | ||||||||||||
1 | 235 | 560 | 4,5 | 2,8 | 0,40 | |||||||||||
2 | 212 | 570 | 4,5 | 2,4 | 0,38 | |||||||||||
3 | 187 | 630 | 4,9 | 2,5 | 0,37 | |||||||||||
4 | 179 | 630 | 4,4 | 2,3 | 0,40 | |||||||||||
5 | 321 | 240 | 5,2 | 3,8 | 0,52 | |||||||||||
6 | 241 | 360 | 4,8 | 3,0 | 0,48 | |||||||||||
Известный | 248 | 650 | 4,6 | 3,4 | 0,50 |
Claims (1)
- Антифрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, молибден, магний, кальций, алюминий, редкоземельные металлы (РЗМ) и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит олово и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 3,32-4,04 Кремний 3,72-5,39 Марганец 0,18-0,51 Молибден 0,15-0,43 Олово 0,03-0,12 Барий 0,02-0,08 Магний 0,015-0,05 Кальций 0,005-0,02 Алюминий До 0,01 РЗМ 0,01-0,06 Железо Остальное причем параметры содержания компонентов удовлетворяют следующим соотношениям, мас.%:П1=Si+Al+10Sn = 4,93÷5,70,П2=Mg+Ba+Ca+РЗМ = 0,107÷0,180.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004118167/02A RU2267549C1 (ru) | 2004-06-15 | 2004-06-15 | Антифрикционный чугун |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004118167/02A RU2267549C1 (ru) | 2004-06-15 | 2004-06-15 | Антифрикционный чугун |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2267549C1 true RU2267549C1 (ru) | 2006-01-10 |
Family
ID=35872560
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004118167/02A RU2267549C1 (ru) | 2004-06-15 | 2004-06-15 | Антифрикционный чугун |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2267549C1 (ru) |
-
2004
- 2004-06-15 RU RU2004118167/02A patent/RU2267549C1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2281982C1 (ru) | Чугун | |
RU2416660C1 (ru) | Износостойкий чугун | |
RU2337996C1 (ru) | Высокопрочный антифрикционный чугун | |
RU2267549C1 (ru) | Антифрикционный чугун | |
RU2365660C1 (ru) | Чугун | |
RU2581542C1 (ru) | Высокопрочный антифрикционный чугун | |
RU2409689C1 (ru) | Серый антифрикционный чугун | |
RU2365659C1 (ru) | Антифрикционный чугун | |
RU2212467C2 (ru) | Антифрикционный чугун | |
RU2096515C1 (ru) | Антифрикционный чугун | |
RU2326178C1 (ru) | Серый фрикционный чугун | |
RU2252265C1 (ru) | Экзотермическая смесь для раскисления, рафинирования, модифицирования и легирования стали | |
RU2247155C1 (ru) | Брикет, используемый при производстве чугуна (варианты) | |
RU2615409C2 (ru) | Высокопрочный антифрикционный чугун | |
SU1113422A1 (ru) | Чугун | |
SU1752819A1 (ru) | Антифрикционный чугун | |
SU1726547A1 (ru) | Сплав на основе меди | |
RU2358032C1 (ru) | Чугун | |
RU2147045C1 (ru) | Половинчатый чугун | |
SU840135A1 (ru) | Способ получени нержавеющейСТАли | |
SU1747529A1 (ru) | Чугун | |
SU1296622A1 (ru) | Высокопрочный чугун | |
SU1068527A1 (ru) | Чугун | |
RU2138576C1 (ru) | Чугун | |
SU1444388A1 (ru) | Чугун |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060616 |