SU1366549A1 - Антифрикционный чугун - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии , в частности к составам антифрикционных чугунов, работающих в узлах т жёлого нагружени  пар трени  при отрицательных температурах. Целью изобретени   вл етс  повышение стабильности антифрикционных свойств. Предложенный чугун содержит мас.%: углерод 2,8-3,6j кремний 2,1-3,8} марганец 0,7-1,2, сурьма 0,02-0,07i алюминий 0,01-0,03; каль ций 0,02-0,06,- нитриды ванади  0,06- 0,15; иттрий 0,002-0,01, железо остальное . Использовгшие предложенного чугуна в качестве хладостойкого конструкционного материала дл  производства деталей, испытывающих в процессе эксплуатации высокие удельные нагрузки , значительно повышает их надежность эксплуатации, дает возможность заменить стальные литые заготовки и снизить трудоемкость изготовлени  аг- тифрикционных деталей. 2 табл. (Л

Description

со

О) О) СП

4;:

11

Изобретение относитс  к метйллур гии, в частности к антифрикционным чугунам, работающим в узлах т жело- нагружеиньк пар-трени  при отрицательных температурах.

Цель изобретени  - повьшение стабильности антифрикционных свойств при отрицательных температурах.

Предложенный антифрикционный чугу содержит углерод, кремний, марганец сурьму, кальций, иттрий, алюминий, - нитриды ванади  и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод Кремний Марганец Сурьма Алюминий Кальций Нитриды ванади  Иттрий Железо

2,8-3,6

2,1-3,8

0,7-1,2

0,02-0,07

0,01-0,03

0,02-0,06

0,06-0,15 0,002-0,01 Остальное

Содержание углерода прин то в с ветствии с практикой производства антифрикционных чугунов с низким кэффициентом трени , а концентраци  кремни  ограничена пределами 2,1- 3,8мас.%. При повышении содержани  кремни  более 3,8 мас.% снижаетс персность графита, уменьшаютс  хла достойкость, коэффициент трени , ухудшаютс  механические свойства и

Q

15

содержани  кальци  ограничен.концентрацией (0,06 мас.%), выше которой возрастает количество неметаллических включений, так как кальций полностью не раствор етс  в металлической основе , что приводит к снижению ударной в зкости и пластичности при отрицательных температурах.

Нитриды ванади  0,06-0,15 мас.% измельчают структуру матрицы в литом состо нии и после термической обработки повьш1ают износостойкость и стабильность механических свойств и коэффициента трени  при отрицательных температурах. При концентрации нитридов ванади  до 0,06 мас.% измельчение структуры и повышение износостойкости и стабильности механических свойств и коэффициента трени  недостаточны, а при концентрации более О,15-мас.% усиливаютс  ликвацион- ные процессы, увеличиваетс  неоднородность структуры и антифрикционных свойств чугуна.

Иттрий в количестве 0,002-0,01 мас.% улучшает форму графита, стабилизирует структуру и повышает антифрикционные свойства чугуна в широком ин- 30 тервале температур. Концентраци  иттри  определена экспериментально. При увеличении содержани  иттри  более 0,01 мас.% увеличиваетс , угар металла, усиливаютс  процессы коа0

25

их стабильность при отрицательных тем-35 гул ции и увеличиваетс  содержание пературах. Содержание марганца в чу- неметаллических включений по грани- Гуне повьш ено до 0,7-1,2 мас.% дл  увеличени  пластических свойств после термической обработки и снижени  коэффициента трени , а алюминий при- 40 НЯТ в количестве 0,01-0,03 мас.%, т.е. в количестве, не снижающем пластических , свойств и оказывающем необходимый модифицирующей эффект, способствующий измельчении структуры и 45 снижению коэффициента трени .

Кальций в количестве 0,02-0,06 мас.% микролегирует матрицу, улучшает форцам зерен, что снижает стабильност пластических свойств. При содержани иттри  до 0,002 мас.% снижаетс  стабильность антифрикционных свойст Микролегирование сурьмой в колич стве 0,02-0,07 мас.% нейтрализует п меси, измельчает структуру и повьщ1а ет стабильность коэффициента трени  и пластических свойств в широком интервале температур. Верхний предел концентрации сурьмы (0,07 мас.%) ограничен ее низкой растворимостью в чугуне, а при снижении его менее 0,02 мас.% - увеличиваетс  износ чугуна .

му графита, очищает, границы зерен от неметаллических включений, повышает 50 стабильность структуры, коэффициента трени  и механических свойств при отрицательных температурах. При содержании кальци  до 0,02 мас.% микролегицам зерен, что снижает стабильность пластических свойств. При содержании иттри  до 0,002 мас.% снижаетс  стабильность антифрикционных свойств. Микролегирование сурьмой в количестве 0,02-0,07 мас.% нейтрализует примеси , измельчает структуру и повьщ1а- ет стабильность коэффициента трени  и пластических свойств в широком интервале температур. Верхний предел концентрации сурьмы (0,07 мас.%) ограничен ее низкой растворимостью в чугуне, а при снижении его менее 0,02 мас.% - увеличиваетс  износ чугуна .

Пример,

Антифрикционньй чугун

перерующий эффект про вл етс  слабо и су- 55 гревом расплава до 1440-1460 С и до- щественного повышени  стабильности водкой химического состава по основ- коэффициента трени  и механических свойств при отрицательных температурах не достигаетс . Верхний предел

выплавл ют дуплекс-процессом с

0,

ным (углерод и кремний) и легирующему (марганец) компонентам в открытьпс электропечах и миксерах. В качестве

гул ции и увеличиваетс  содержание неметаллических включений по грани-

цам зерен, что снижает стабильность пластических свойств. При содержании иттри  до 0,002 мас.% снижаетс  стабильность антифрикционных свойств Микролегирование сурьмой в количестве 0,02-0,07 мас.% нейтрализует примеси , измельчает структуру и повьщ1а- ет стабильность коэффициента трени  и пластических свойств в широком интервале температур. Верхний предел концентрации сурьмы (0,07 мас.%) ограничен ее низкой растворимостью в чугуне, а при снижении его менее 0,02 мас.% - увеличиваетс  износ чугуна .

Пример,

гревом расплава до 1440-1460 С водкой химического состава по о

выплавл ют дуплекс-процессом с

0,

гревом расплава до 1440-1460 С и до- водкой химического состава по основ-

ным (углерод и кремний) и легирующему (марганец) компонентам в открытьпс электропечах и миксерах. В качестве

шихтовых материалов используют передельные и литейные чугуны, чугунный и стальной лом, ферромарганец, сили- кокальций, металлический иттрий, по - рошки нитридов ванади , металлическую сурьму, ферроалюминий и ферросилиций. Микролегирование сурьмой, силико- кальцием, нитридами ванади  провод т в электропечах и миксерах, а модифицирование алюминием и иттрием в разливочных ковшрх. Заливку металла в литейные формы производ т .при температуре 1350-1400 с.

В табл, 1 приведены химические составы антифрикционных чугунов опытных плавок. В табл, 2 приведены механические и антифрикционные свойства чугунов опытных плавок.

При содержании компонентов в коли- чествах, отличных от предложенного состава, наблюдалось cнIiжeниe антифрикционных свойств при отрицательных температурах. Коэффициент трени  определ ют по ГОСТ 23.214-83, а общие сравнительные испытани  на относительную износостойкость проведены методом испытани  материалов на изнашивание при ударе в услови х низких температур (ГОСТ 23,212-82),

Общие сравнительные испытани  антифрикционных чугунов проведены по ГОСТ 23,212-82,

Механические свойства чугунов определ ли на стандартных образцах после отпуска .при 360°С в течение 2,5 ч.

Как видно из табл, 2, предлагаемый чугун имеет более высокий уровень

5

5

0

механических и антифрикционных свойств и более стабильные характеристики коэффициента трени , износостойкости и противозадирных свойств при отрицательных температурах, чем у базового антифрикционного чугуна.

Использование предлагаемого чугуна в качестве хладостойкого конструкционного материала дл  производства i деталей, испытывающих в процессе эксплуатации высокие удельные нагрузки, значительно повышает их надежность эксплуатации и дает возможность заменить стальные литые заготовки и снизить трудоемкость изготовлени  антифрикционных деталей.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Антифрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, сурьму, кальций, иттрий и железо, отличающийс  тем, что, с целью повышени  стабильности его антифрикционных свойств при отрицательных температурах , он дополнительно содержит алюминий и нитриды ванади  при следующем соотношении компонентов, мае-,%:

   0

   5

   глерод

   Кремний

   Марганец

   Сурьма

   Кальций

   Иттрий

   Алюминий

   Нитриды ванади 

   Железо

   2,8-3,6

   2,1-3,8

   0,7-1,2

   0,02-0,07

   0,02-0,06

   0,002-0,01

   0,01-0,03

   0,06-0,15

   Остальное

   Т а б л и ц а 1

   Нитриды ванади 

   Титан Иттрий Ванадий Железо

   0,2

   0,01

   0.1

   Остальное

   0,06

   0,08 0,15

   0,04

   0,17

   0,002 0,005 0,01 0,001 0,03

   Осталь- Осталь- Осталь- Осталь- Остальное вое ное мое вое

   Показатели свойств

   Временное сопротивление при раст жении,МПа

   Износ,,при +20 С

   -20 .С -60°С

   Относительна  износостойкость (эталон АЧС-5)

   Коэффициент трени  при : -20°С

   Нагрузка, вызывающа  задир, МПа при

   - 20 с

   Известный 1

   330

   0,041 0,194 0,210

   1.5 .

   0,35 0,41

   2,5

   Чугун

   Предлагаемый

   i:i:i:i:i::i:i

   526

   20 542

   556

   2,7

   3,4

   334

   1,4

   514

   0,0340,023 0,0170,0860,076

   0,0400,027 0,0250,1960,064

   0,0480,033 0,0310,3180,053

   1,8

   0,0470,032 0,0280,1210,068

   0,0620,048 0,0440,1720,087

   46,8

   51,162,4

   2,8

   30,7

   Продолжение табл. 1

   0,08 0,15

   0,04

   0,17

   Таблица 2

   542

   556

   334

   514

   2,7

   3,4

   1,4

   1,8

   51,162,4

   2,8

   30,7

   Продолжение табл. 2