Чугун

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 730192 А 505 С 22 С 37/00 И ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ(71) Белорусский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 1216237, кл. С 22 С 37/00, 1986,(57) Изобретение относится к металлургии,а именно к составам материалов, применяемых в машиностроении, от которых требуИзобретение относится к литеиному производству, а именно к составам высоко- углеродистых сплавов, используемых для изготовления деталей, работающих в условиях сухого трения в режиме циклических нагрузок.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является чугун, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.0:Углерод 3,0 - 3,4 Кремний 1,6 - 2,0Марганец 0,005 - 0,04 Сурьма 0,02 - 0,10Церий 0,005 - 0,035 Олово 0,08 - 0,18Кобальт 0,1 - 0,30 Железо Остальное Ввиду наличия в составе ряда эффектив-. ных легирующих элементов чугун обладает удовлетворительными механическими и эксплуатационными свойствами. Однако использование данного сплава для изготовется повышенная окалиностойкость и фракционные свойства. Целью изобретения является повышение окалиностойкости и фракционных свойств деталей, работающих в условиях циклических нагрузок. Для достижения указанной цели в состав сплава дополнительно вводится ниобий, селен, цирконий при следующем соотношении компонентов, мас. ф: углерод 3,2-3,5; кремний 2 - 2,5; марганец 0,04-0,08; сурьма 0,09 - 0,15; церий 0,05 - 0,1; олово 0,05 - 0,1; кобальт 0,1-0,25; ниобий 0,1 - 0,25; селен 0,02 - 0,05; цирконий 0,025-0,08; железо остальное.2 табл,ления деталей, работающих в условиях высоких циклических нагрузок(тормозные барабаны, колодки), невозможно ввиду низких фрикционных свойств в процессе,торможения и недостаточной окалиностойкости.Целью изобретения является повышение окалиностойкости и фрикционных свойств чугуна, работающего в циклическихнагрузках,Для этого в состав дополнительно вводят ниобий, селен и цирконий при следующем соотношении компонентов, мас,0:Углерод 3,2 - 3,5Кремний 2,0 - 2,5 Марганец 0,04 - 0,08Сурьма 0,08 - 0,15 Церий 0,05 - 0,1 Олово 0,05 - 0,1 Кобальт 0,1 - 0,25 Ниобий 0,1 - 0,25 Селен 0,02 - 0.05 Цирконий 0,025 - 0,08 Железо ОстальноеВведение в состав чугуна ниобия, селена и циркония в указанных количествах благоприятно влияет на структуру и существенно повышает эксплуатационные свойства материала (см, табл, 1 и 2).Содержание углерода (3,2 - 3,5) и кремния (2,0 - 2,5) в комплексе с другими присутствующими элементами обеспечивает получение чугуна перлитной структуры с количеством феррита не более 2 и цементита не более 4 ф ,Нижний уровень содержания марганца (0,04 ), кобальта (0,1 ), сурьмы (0,08 ) и олова (0,05 ) способствует минимально необходимой степени легирования металлической основы, существенно повышающей эксплуатационные характеристики чугуна. При этом сурьма и олово повышают дисперсность перлита и его микротвердость, Увеличение марганца более 0,08 приводит к образованию феррита вокруг графитных включений, что повышает адгезионное взаимодействие трущихся поверхностей, Увеличение сурьмы более 0,15, и олова более 0,1 фне дает существенного повышения свойств и экономически нецелесообразно, Увеличение кобальта более 0,25 фснижает коэффициент трения чугуна.Содержание церия (0,05 - 0,1 выбрано экспериментально и гарантирует получение мелкозернистой структуры с включениями графита не более 90 мкм,Селен в количестве 0,02 - 0,05 способствует стабилизации структурных составляющих при содержании углерода и кремния на нижнем и верхнем уровнях (дисперность перлита и размеры включений графита) и фрикционных свойств чугуна, При увеличении селена более 0,05 снижается окалиностойкость чугуна за счет ликвации его по границам эвтектических зерен. При концентрации менее 0,02 фвлияние на фрикционные свойства незначительно,Ниобий при содержании более 0,1 фзаметно повышает микротвердость перлита и износостойкость чугуна. Кроме того, происходит упрочнение металлической основы сложными карбидами, При содержании ниобия более 0,25 износостойкость материала не увеличивается.Цирконий при концентрации менее 0,025 фпрактически не оказывает влияние на исследуемые свойства чугуна. Увеличение циркония более 0,08 с зкономической точки зрения неэффективно. Наилучшее действие на структуру и в первую очередь на окалиностойкость оказывает цирконий совместно с селеном.Испытания на износ проводили в условиях сухого трения скольжения на машине типа МТМ. Образец диаметром 14 мм из исследуемого чугуна перемещался по поверхности контртела из стали 45 с твердостью 52 Нйс, Величина износа оценивалась весовым методом, Режим работы пары тре ния, включение установки(начало движенияобразца), выход на заданную скорость вращения, выдержка и торможение. Данный цикл составляет 6 мин. Коэффициент трения определяется в процессе установившегося 10 движения образца относительно контртела.Испытания на окалиностойкость проводили при 840 С. Окалиностойкость оценивали по привесу образца.Технология плавки чугуна состоит из 15 расплавления литейного чугуна, ввода ферросплавов. марганца (75 Я ниобия (55 ф ), церия (40 С), ферросиликоциркония (30 кремния, 35 циркония), металлического олова (99), сурьмы (98 ) и лигатуры (селен 20 4,5, кобальт 40 , железо остальное),Ферросплавы (кроме ферроцерия) вводят в твердую шихту и плавятся вместе с литейными чугунами, ферроцерий, олово и сурьма вводятся в струю жидкого металла, 25 заполняющего раэливочный ковш. Расчетшихты составляется с учетом усвоения марганца, ниобия, циркония(87 - 92 ), кобальта и селена (80 - 90 ), церия (80 - 85), олова исурьмы (80 - 85).30 Оптимальный состав сплава содержит,мас,ф. углерода 3,35; кремния 2,25; марганца 0,06; кобальта 0,16; церия 0,07; сурьмы 0,12; олова 0,07; ниобия 0,17; селена 0,035; циркония 0,056;железа остальное.35 Сплав прошел промышленное опробование на Минском автомобильном заводе.Ожидаемый эффект от внедрения предлагаемого чугуна для изготовления тормозных барабанов составит около 300 тыс,руб.40 Формула изобретенияЧугун, содержащий углерод, кремний,марганец, сурьму, церий, олово, кобальт и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения окалиностойкости и 45 фрикционных свойств деталей, работающихв условиях циклических нагрузок, он дополнительно содержит ниобий, селен и цирконий при следующем соотношении компонентов, мас,:50 Углерод 3,2-3,5Кремний 2 - 2,5 Марганец 0,04 - 0,08Сурьма 0,09-0,15 Церий 0,05 - 0,10 55 Олово 0,05 - 0,1Кобальт 0,1 - 0,25 Ниобий 0,1 - 0,25Селен 0,02 - 0,05 Цирконий 0,025 - 0,08 Железо Остальное1730192Таблица 1Продолжение табл. 1Таблица 2Составитель Н.Косторной Редактор З.Ходакова Техред М.Моргентал Корректор О,Кундрик Заказ 1491 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101