RU2401318C1 - Серый фрикционный чугун - Google Patents
Серый фрикционный чугун Download PDFInfo
- Publication number
- RU2401318C1 RU2401318C1 RU2009109455/02A RU2009109455A RU2401318C1 RU 2401318 C1 RU2401318 C1 RU 2401318C1 RU 2009109455/02 A RU2009109455/02 A RU 2009109455/02A RU 2009109455 A RU2009109455 A RU 2009109455A RU 2401318 C1 RU2401318 C1 RU 2401318C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cast iron
- properties
- resistance
- friction
- iron
- Prior art date
Links
Landscapes
- Braking Arrangements (AREA)
Abstract
Изобретение относиться к металлургии, в частности к серым фрикционным чугунам для литых тормозных колодок, барабанов, дисков, вкладышей и других деталей механизмов трения. Чугун содержит, мас.%: углерод 2,8-3,6; кремний 0,7-1,2; марганец 0,4-1,1; фосфор 0,51-1,5; сера 0,02-0,15; азот 0,002-0,01; алюминий 0,002-0,01; хром 0,02-0,015; кальций 0,002-0,007; железо - остальное. Чугун имеет высокую абразивную стойкость, трещиностойкость и фрикционные свойства. 2 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к разработке составов серого фрикционного чугуна с высокой абразивной стойкостью для изготовления тормозных колодок, барабанов, дисков, вкладышей и других деталей механизмов трения.
Известен серый износостойкий чугун для вкладыша поршневого насоса в качестве фрикционного материала (патент Великобритании GB №902111, кл. С7А, 1962), содержащий, мас.%:
Углерод | 2,0-3,5 |
Кремний | 1,0-3,0 |
Марганец | 0-1,5 |
Хром | 0-0,4 |
Фосфор | 0-0,5 |
Сера | 0-0,3 |
Железо | Остальное |
Известный чугун имеет низкий коэффициент трения, абразивную износостойкость и недостаточные механические свойства.
Известен также серый износостойкий чугун (патент Японии №55-5575, МПК С22С 37/06, 1980), содержащий, мас.%:
Углерод | 2,8-3,2 |
Кремний | 1,2-1,7 |
Марганец | до 0,1 |
Фосфор | 0,2-0,6 |
Хром | 0,2-0,6 |
Сера | до 0,2 |
Железо | Остальное |
Этот чугун обладает недостаточными фрикционными свойствами и низким пределом прочности при изгибе. Коэффициент трения чугуна не превышает 0,45-0,50.
Наиболее близким к предложенному по достигаемому эффекту является серый фрикционный чугун (патент РФ №2326178, МПК С22С 37/10, 2008) следующего химического состава, мас.%:
Углерод | 2,9-3,5 |
Кремний | 1,3-2,0 |
Марганец | 0,3-0,8 |
Фосфор | 1,0-1,5 |
Сера | 0,02-0,15 |
Азот | 0,002-0,01 |
Алюминий | 0,002-0,01 |
Железо | Остальное |
Этот чугун обеспечивает литым изделиям преимущественно перлитную
металлическую основу и следующие механические и фрикционные свойства:
Передел прочности при изгибе, МПа | 445-490 |
Твердость, НВ | 241-279 |
Средний износ при сухом трении, мг/г·с | 19-20 |
Фрикционная теплостойкость, % | 118-125 |
Ударно-усталостная долговечность, тыс. циклов | 10,5-12,8 |
Недостатком чугуна является повышенная склонность к трещинообразованию, что снижает ударно-усталостную долговечность и фрикционную теплостойкость.
Задачей данного технического решения является повышение трещиностойкости, ударно-усталостной долговечности и фрикционной теплостостойкости.
Поставленная задача решается тем, что серый фрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, азот, алюминий и железо, дополнительно содержит хром и кальций, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод | 2,8-3,6 |
Кремний | 0,7-1,2 |
Марганец | 0,4-1,1 |
Фосфор | 0,51-1,5 |
Сера | 0,02-0,15 |
Азот | 0,002-0,01 |
Алюминий | 0,002-0,01 |
Хром | 0,20-0,15 |
Кальций | 0,002-0,007 |
Железо | Остальное |
Существенным отличием предложенного чугуна является снижение в его составе содержания кремния и дополнительное введение хрома и кальция, что способствует измельчению литой структуры чугуна и повышению трещиностойкости и фрикционных свойств.
Проведенный анализ предложенного технического решения показал, что на данный момент не известны технические решения, в которых были бы отражены указанные отличия. Кроме того, указанные признаки являются необходимыми и достаточными для достижения положительного эффекта, указанного в цели изобретения. Это позволяет сделать вывод о том, что данные отличия являются существенными.
Снижение содержания в чугуне кремния до 0,7-1,2% обусловлено тем, что он является сильным графитизирующим элементом, снижающим дисперсность структуры, ее однородность, трещиностойкость, ударно-усталостную долговечность и упруго-пластические свойства чугуна в отливках. Верхний предел концентрации кремния (1,2%) обусловлен снижением дисперсности перлита, трещиностойкости, ударной вязкости, предела прочности при изгибе и стрелы прогиба при более высоких его концентрациях. При уменьшении концентрации кремния менее 0,7% повышаются отбел, склонность к трещинам и остаточным термическим напряжениям в отливках, что приводит к снижению ударно-усталостной долговечности, упруго-пластических и эксплуатационных свойств литых фрикционных изделий.
Дополнительное введение хрома обусловлено его значительным влиянием на повышение фрикционной теплостойкости и износостойкости.
Содержание хрома в чугуне ограничено 0,15%, т.к. при более высоких его концентрациях увеличивается содержание в структуре карбидов хрома, снижаются коэффициент трения, однородность структуры, трещиностойкость и повышаются термические напряжения в отливках, что снижает упруго-пластические и эксплуатационные свойства. При концентрации хрома менее 0,02% его микролегирующий эффект недостаточен и характеристики твердости, фрикционной теплостойкости, износостойкости и эксплуатационной стойкости литых фрикционных изделий низкие.
Марганец при содержании от 0,4 до 1,1% повышает трещиностойкость, фрикционную теплостойкость и упруго-пластические свойства чугуна. При увеличении концентрации марганца более 1,1% усиливается его карбидообразующее влияние на структуру, снижаются ударно-усталостная долговечность и коэффициент трения, повышаются остаточные термические напряжения и отбел в литых изделиях. При концентрации марганца до 0,4% снижаются дисперсность и однородность структуры, трещиностойкость, ударная вязкость, упруго-пластические и другие свойства чугуна.
Фосфор в чугуне в количестве 0,51-1,5% повышает дисперсность структуры, трещиностойкость, коэффициент трения, упруго-пластические свойства и обуславливает основные фрикционные свойства в литых изделиях. Верхний предел концентрации фосфора ограничен 1,5%, т.к. при более высоких концентрациях увеличиваются остаточные термические напряжения в отливках и снижаются дисперсность и однородность структуры, фрикционная теплостойкость, термостойкость, характеристики предела прочности при изгибе. При содержании фосфора до 0,51% снижаются характеристики твердости, износостойкости, коэффициента трения и других фрикционных свойств.
Сера является поверхностно-активным элементом, усиливающим карбидообразующую способность хрома и марганца. Содержание серы в чугуне ограничено концентрацией 0,1%, так как при более высоких ее концентрациях увеличивается содержание в структуре мелких сульфидов в виде межзеренных прослоек, которые снижают однородность структуры и упруго-пластические свойства и повышают остаточные термические напряжения в отливках, что снижает эксплуатационные свойства. Нижний предел концентрации серы (0,02%) обусловлен отсутствием шихтовых материалов с низкой концентрацией серы, необходимостью усложнения процесса плавки и внепечной обработки. При этом при концентрации серы менее 0,02% ее поверхностная активность в Fe-C-Si-P-сплаве низкая и характеристики твердости, износостойкости и эксплуатационной стойкости литых фрикционных изделий недостаточны.
Дополнительное введения кальция (0,002-0,007%) обусловлено его высокой модифицирующей эффективностью и поверхностной активностью, который в этих количествах обеспечивает очистку границ зерен, повышение пластических свойств, трещиноустойчивости, стойкости в условиях теплосмен и сухого трения. Его содержание обусловлено пределами, обеспечивающими получение дисперсной и однородной структуры в отливках, высокого предела прочности при изгибе и необходимых эксплуатационных и механических свойств. При его содержании до 0,002%о не обеспечивается полная очистка границ зерен, а также стабильность структуры в процессе эксплуатации. При увеличении концентрации кальция более 0,007% снижаются фрикционная теплостойкость, эксплуатационные свойства и увеличивается его угар.
Введение алюминия в количестве 0,002-0,01% раскисляет и микролегирует расплав, измельчает структуру и способствует повышению трещиностойкости, фрикционной и термической стойкости, вязкости разрушения при сохранении эксплуатационных прочностных свойств. При концентрации его до 0,002% микролегирующий и раскисляющий эффекты его недостаточны, а свойства чугуна в отливках нестабильны.
При содержании его более 0,01% снижаются коэффициент трения, ударно-усталостная долговечность и трещиностойкость чугуна.
Содержание углерода (2,8-3,6%) и азота (0,002-0,07%) принято в обычных концентрациях, используемых при производстве серых фрикционных чугунов. При увеличении содержания углерода более 3,6% и азота более 0,01% снижаются механические и фрикционные свойства, а при их концентрации менее нижних пределов повышается содержание ледобурита в структуре, увеличивается отбел и снижаются трещиностойкость и ударно-усталостная долговечность.
Опытные плавки серых чугунов проведены в вагранках производительностью 5 т/ч с четырехтонным копильником без подогрева с использованием в качестве шихтовых металлических материалов чушковых литейных и передельных чугунов марок 16А и 17А, феррофосфора ФФ16, высокоуглеродистого феррохрома, феррмарганца ФМн78Н, возврата собственного производства и других ферросплавов. Микролегирование и модифицирование проводили с использованием алюминотермических таблеток и силикокальция непосредственно в литейном ковше при температуре 1300-1350°С. Заливку расплава производили в песчано-глинистые формы для получения тормозных вагонных колодок, фрикционных накладок, ступенчатых и решетчатых технологических проб, звездообразных проб на трещиностойкость и цилиндрических образцов для механических испытаний диаметром 30 мм. В табл.1 приведены химические составы чугунов опытных плавок.
Ударную вязкость определяли на образцах 10×10×55 мм без надреза, трещиностойкость - на звездообразных пробах высотой 140 мм, а прочностные свойства - на стандартных образцах без использования операций термической обработки в соответствии с ГОСТ 1497-84. Средний износ получен при испытании в условиях ударно-абразивного изнашивания в соответствии с требованиями с ГОСТ 23.207-79.
В табл.2 приведены механические и фрикционные свойства известного и предложенного чугунов в отливках.
Как видно из табл.2, предложенный серый чугун обладает более высокими характеристиками фрикционной теплостойкости, трещиностойкости и эксплуатационных свойств.
Таблица 1 | ||||||
Компоненты | Содержание компонентов в чугунах, мас.% | |||||
1 (Изв.) | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
Углерод | 3,33 | 2,7 | 2,8 | 3,1 | 3,6 | 3,7 |
Кремний | 1,47 | 0,5 | 0,7 | 1,0 | 1,2 | 1,2 |
Марганец | 0,64 | 0,24 | 0,4 | 0,9 | 1,1 | 1,2 |
Фосфор | 1,12 | 0,32 | 0,51 | 1,3 | 1,5 | 1,7 |
Сера | 0,12 | 0,01 | 0,02 | 0,08 | 0,15 | 0,17 |
Азот | 0,005 | 0,001 | 0,002 | 0,006 | 0,01 | 0,013 |
Алюминий | 0,008 | 0,001 | 0,002 | 0,005 | 0,01 | 0,012 |
Хром | - | 0,012 | 0,02 | 0,09 | 0,15 | 0,21 |
Кальций | - | 0,001 | 0,002 | 0,005 | 0,007 | 0,02 |
Железо | Остальное | Остальное | Остальное | Остальное | Остальное | Остальное |
Таблица 2 | ||||||
Показатели | Свойства фрикционных чугунов в отливках | |||||
1 (изв.) | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
Предел прочности при изгибе, МПа | 455 | 407 | 465 | 480 | 472 | 436 |
Твердость, НВ | 253 | 287 | 257 | 269 | 267 | 249 |
Средний износ при сухом трении, мг/гс | 16 | 12 | 10 | 9 | 11 | 18 |
Трещиностойкость, мм |
32 | 30 | 24 | 18 | 16 | 25 |
Фрикционная теплостойкость, % | 120 | 124 | 132 | 141 | 136 | 128 |
Ударно-усталостная долговечность, тыс.циклов | 12,5 | 11,4 | 14,3 | 15,8 | 15,2 | 13,7 |
Коэффициент трения | 0,63 | 0,58 | 0,66 | 0,68 | 0,69 | 0,60 |
Ударная вязкость, Дж/см2 | 7,8 | 6,2 | 10,4 | 12,6 | 11,8 | 9,4 |
Claims (1)
- Серый фрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, азот, алюминий и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хром и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 2,8-3,6 кремний 0,7-1,2 марганец 0,4-1,1 фосфор 0,51-1,5 сера 0,02-0,15 азот 0,002-0,01 алюминий 0,002-0,01 хром 0,02-0,015 кальций 0,002-0,007 железо остальное
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009109455/02A RU2401318C1 (ru) | 2009-03-16 | 2009-03-16 | Серый фрикционный чугун |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009109455/02A RU2401318C1 (ru) | 2009-03-16 | 2009-03-16 | Серый фрикционный чугун |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2401318C1 true RU2401318C1 (ru) | 2010-10-10 |
Family
ID=44024867
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009109455/02A RU2401318C1 (ru) | 2009-03-16 | 2009-03-16 | Серый фрикционный чугун |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2401318C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2648501C2 (ru) * | 2011-11-25 | 2018-03-26 | Роберт Бош Гмбх | Тормозной диск |
-
2009
- 2009-03-16 RU RU2009109455/02A patent/RU2401318C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2648501C2 (ru) * | 2011-11-25 | 2018-03-26 | Роберт Бош Гмбх | Тормозной диск |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102058171B1 (ko) | 다원 합금화 된 고강도 내마모성 강철 및 열간 압연판의 제조 방법 | |
RU2452786C1 (ru) | Износостойкий чугун | |
RU2281982C1 (ru) | Чугун | |
RU2401318C1 (ru) | Серый фрикционный чугун | |
RU2337996C1 (ru) | Высокопрочный антифрикционный чугун | |
CN109609835B (zh) | 一种高强韧耐磨球墨铸铁及其制备工艺和应用 | |
RU2401316C1 (ru) | Износостойкий чугун | |
RU2318903C1 (ru) | Чугун с вермикулярным графитом | |
RU2513363C1 (ru) | Высокопрочный антифрикционный чугун | |
RU2234553C1 (ru) | Износостойкий чугун | |
RU2448184C2 (ru) | Износостойкий чугун | |
RU2533631C1 (ru) | Износостойкий чугун | |
RU2326178C1 (ru) | Серый фрикционный чугун | |
RU2611624C1 (ru) | Высокопрочный легированный антифрикционный чугун | |
RU2442838C2 (ru) | Серый фрикционный чугун | |
RU2365660C1 (ru) | Чугун | |
US8202375B2 (en) | Temperature-stable cast iron alloy and use of said alloy | |
RU2581542C1 (ru) | Высокопрочный антифрикционный чугун | |
RU2615409C2 (ru) | Высокопрочный антифрикционный чугун | |
RU2352675C1 (ru) | Высокопрочный антифрикционный чугун | |
RU2409689C1 (ru) | Серый антифрикционный чугун | |
RU2376101C1 (ru) | Комплексная экзотермическая смесь | |
RU2514360C1 (ru) | Серый фрикционный чугун | |
RU2718843C1 (ru) | Высокопрочный легированный антифрикционный чугун | |
RU2744600C1 (ru) | Износостойкая сталь |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140317 |