Антифрикционный чугун

оказ совескихОциАлистических еспукли С 37/1 О; для деталей, раия при больши ГосудАРстВенный комитетпо изоБретениям и открь тияьпри Гкнт ссср ЙЕ КЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Б ря нский тех нологиче(57) Сущность изобретенияботающих в условиях тре Изобретение относится к металлургии, в частности к чугунам с шаровидным графитом, используемым в узлах трения.Известен чугун, содеожащий, мас.,1: Углерод 3-4Кремний 3,5 - 5Марганец до 0,5Хром 0,05 - 0,2 Ванадий 0,1-0,5Магний 0,02 - 0,06 Железо Остальное Этот чугун обладает повышенной иэносостойкостью и окалиностойкостью.Недостатками чугуна являются склонность к ферритной хрупкости и сравнительно высокий коэффициент трения.Наиболее близким к предлагаемому является чугун, содержащий, мас. ,;Углерод 3 - 3,8Кремний 2-3,5Марганец 0,2-1,5Хром О,ОЗ - 0,3Молибден 0,03 - 0.5Ванадий О,ОЗ - 0,5 нагрузках, Антифрикционный чугун с пониженными значениями коэффициента трения и твердости при сохранении высокой износостойкости содержит алюминий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас,00:С 2,8-4,2; Я 3,6-5,8; Мп 0,3 - 0,8; Сг 0,05 - О,З ,Мо 0,.05 - 0,2; Си 0,6-1,8; А 0,05- 0,07; Мц 0,01-0,05; Са 0.005 - 0,02; РЗМ 0,01- 0,08; Ре остальное, В литомсостоянии при твердости Н В 223-255 он имеет низкйй коэффициент трения (без смазки 1 =. 0,46 - 0,50) и высокую износостойкость (не ниже, чем у известного сплава). 2 табл. ь 0,1-2,5О, - 0,5До 0.15а До 0.03й До 0,1До 0,1Х(елезо ОстальноеЗа счет молибдена уменьшается склонностьчугуна к ферритной хрупкости. Чугун обладает высокой прочностью и износостойкостыо,К недостаткам чугуна относятся сравнительно высокий коэффициент трения, воэможность формирования игольчатойструктуры с ухудшением обрабатываемостирезанием, нестабильность структуры исвойств отливок в нетермообработанномсостоянии,Целью изобретения является снижениекоэффициента трения и твердости чугуна влитом состоянии при сохранении высокойизносостойкости.Указанная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марга20 нец, хром, молибден, медь, магний, РЗМ ижелезо, дополнительно содержит алюминий и кальций при следующем соотношениикомпонентов, мас,%:Углерод 2,8-4,2 5Кремний 3.6-5 ЯМарганец 0,3-0,8Хром 0,05 - 0,3Молибден 0,05 - 0,2Медь 0,6-1,8 10Алюминий 0,05-0,7Магний 0,01 - 0,05Кальций 0,005-0;02РЗМ 0,01 - 0,07Железо Остальное 15причем содержания компонентов должнысоответствовать следующим условиям,мас.%,П =Р+ц=428 - 599П 2 = Мп + Сг+ Сц = 1,45 - 2,31;Пз = Мя + Са + РЗМ = 0,070 - 0,106,П 1 - П 22,59.В качестве примесей в чугуне могут присутствовать сера (до 0,03 мас,%) и фосфор (доОГп мас,%), 25Состав чугуна выбран, исходя из следующих соображений.По сравнению с прототипом увеличеносодержание кремния, что объясняется тем,что кремний должен обеспечить гетерогенизацию феррита (т.е. расслоение феррита надве фазы - углеродистый и кремнистыйферрит). В свою очередь, гетерогенизированный феррит обеспечивает низкий коэффициент трения и высокую адгезионную 35износостойкость, При содержании кремнияменее 3,6 мас,% этот эффект незначителен.Если сбдержание кремния превышает 5,8мас,%, то повышенное количество силикоферрита приводит к охрупчиванию чугуна, 40повышению его твердости и снижению износостойкости,Алюминий в составе чугуна обеспечивает два эффекта: совместно с силикокальцием оказывает модифицирующий эффект, 45измельчая структуру и устраняя отбел, сбвместно с кремнием способствует формиро-.ванию структуры гетерогенизированногоферрита. Оба эти эффекта приводят к снижению коэффициента трения и стабилизируют твердость чугуна, При содержанииалюминия менее 0,05 мас,% не проявляетсязаметно ни один из этих эффектов. Слишком большое количество алюминия (более0,7 мас. ф) резко ухудшает литейные свойства сплава.Суммарное содержание кремнйя и алюминия, определяемое значением параметра П 1, должно находиться в пределах4,28 - 5,99. Если П 14,28%, то не обеспечиваются гетерогенизация ферритэ и низкий коэффициент трения. При П 15,99% повышается твердость чугуна и снижаются его антифрикционные свойства,Марганец, хром и медь относятся к элементам-перлитизаторам, Наличие отдел ьных изолированных участков перлита в ферритной структуре чугуна соответствует принципу Шарпи и повышает антифрикционные свойства, Суммарное содержание элементов-перлитизаторов, выражаемое параметром П 2, при значениях меньшее 1,45% недостаточно для формирования такой структуры, При П 22,31% увеличивается количество перлита, нарушаются пригцип Шарпи и ухудшаются свойства чу" гуна, Разница между содержаниями элементов-ферритизаторов и перл итизато ров (т,е. П 1 - П 2) должна быть не менее 2,59%. В противном случае возможно образование перлитной сетки и снижение антифрикционных свойств,Содержание марганца рекомендуется в пределах 0,3-0,8 мас.% Нижний предел соответствует содержанию марганца как технической примеси, При содержании более 0,8 мас,% (с учетом содержаний меди и хрома) марганец способствует образованию перлитной сетки, что отрицательно сказывается на свойствах чугунаХром вводится в количество 0.05 - 0,3 мас,% с целью стабилизации эвтектоидного цементита а лзолированных перлитных участках, На нижнем уровне он является техническолг примесью, При содержании более 0,3 мас,% хрома возможно выделение вторичных карбидов по границам ферритных зерен с охрупчиванием чугуна и снижением его свойств,Медь вводится с целью формирования в структуре чугуна изолированных участков перлита и включений медистой фазы, что существенно снижает коэффициент трения и увеличивает износостойкость чугуна, При содержании меди менее 0.6 мас,% слабо проявляется только первый эффект, что незначительно сказывается на свойствах чугуна, В количестве более 1,8 мас.% медь практически не приводит к дальнейшему повышению свойств чугуна, но заметно увеличивает его стоимость,Молибден в составе чугуна используют для устранения или уменьшения ферритной хрупкости, При содержании менее 0,02 мас.% молибдена эта его роль практически не проявляется, а при содержании более 0,2 час.% происходит существенное удорожание чугуна, увеличивается его прокаливаемость и повышается твердость.Принятое содержание углерода обеспечивает необходимые структуру и свойства чугуна в литом состоянии, При содержании углерода менее 2,8 мас, ф уменьшается степень ферритизации структуры, становится возможным образование перлитной сетки с возрастанием коэффициента трения, Если в чугуне содержится более 4,2 мас4 углерода, его структура становится заэвтектической, что приводит к увеличению количества графита и неблагоприятным ликвационным явлениям, проявляющимся в снижении прочности и износостойкости,Параметр Пз, характеризующий суммарное содержание в чугуне элементов комплексного модификатора, должен быть неменее 0,070 О, В противном случае степень сфероидизации графита оказывается недостаточной, При Пз0,106 О повышенныйрасход модификатора, удорожая чугун, не приводит к повышениьо его свойств, наоборот, при этом возможно даже перемодифицлрование чугуна.Содержание магния рекомендуется в пределах 0,01-0,05 мас.о, Если остаточное содержание магния менее 0,01 мас.ото результаты модифицирования нестабильны, Увеличение содержания магния более0,05 мас,нецелесообразно, так как повышает свойства чугуна.Кальций играет роль десульфуратора и раскислителя, существенно уменьшая расход магния и РЗМ, В оптимальных количествах кальцил способствует графитизации чугуна и уменьшает тем самым коэффициент трения. Содержание менее 0,005 мас,ф кальция соответствует чугуну, не модифицированному кальцием, Слишком большой расход кальция, соответствующий остаточному содержанию более 0,02 мас. Д, увеличивает количество неметаллических включения, ухудшает усвоение модификатора и снижает свойства чугуна,РЗМ вводятся с целью нейтрализации элементов, оказывающих на графит десфероидизирующее действие (алюминий, медь). При содержании менее 0,01 мас,оД РЗМ полная сфероидиэация графита не обеспечивается. Повышение содержания РЗМ (более 0,07 мас.оь) нецелесообразно, так как не оказывает положительного эффекта, но удорожает чугун.Плавки чугуна проводят в открытых индукционных тигельных печах с кислой футеровкой на шихте, состоящей из отходов углеродистой стали, электродного боя, ферросплавов (ферросилиция, ферромарганца,феррохрома, Ферромолибдена), отходов электротехнической меди и алюминия. Ферросплавы вводят в расплав при 13501380 С, После расплавления ферросплавоввводят меДь и алюминий. Алюминий частично используют и в составе комплексногомодификатора,5При переливе металла иэ печи в раэливочный ковш проводят комплексное модифицирование чугуна "сандвич-процессом",пригружая модифицирующую смесь специально отлитой чугунной решеткой, Темпера 10 тура модифицированного металла1420-1450 С,Жидкий чугун разливают в сухие песчано-глинистые формы, Отливают стандартные пфобьь толщиной 30 мм, иэ которых15 вырезают образцы для проведения металлографического анализа, механических испытаний и испытаний на износ, Испытанияна износ проводят на машине МИМ в условиях сухого трения по схеме вращающий 20 ся диск - неподвижная колодка. Л: скконтртела диаметром 50 мм изготовлен изстали 45 и термообработан на НВСэ 46. Испытания проводят при частоте вращения диска 250 об/мин с удельной нагрузкой 3 МПа.25 Износ определяют по потере массы образцав процессе изнашивания, Параллельно определяют коэффициент трения,Химические составы сплавов и результаты их испытаний приведены в табл. 1 и 2,30 Чугун предлагаемого состава (сплавы 15) отличается от прототипа сочетанием более высоких и стабильных свойств, Привыходе за пределы содержания компонентов в чугуне (сплавы 6 - 8) существенно ухуд 35 шаются его свойства (снижается и з н осостойкость, повышается коэффициент трения). Формула изобретения 40, Антифрикционный чугун, содержащийуглерод, кремний, марганец, хром, молибден, медь, магний, редкоземельные. металлыижелеэо,отличающийся тем,что, с целью снижения коэффициента трения и 45 твердости при сохранении высокой износостойкости в литом состоянии, он дополнительно содержит алюминий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас, Оо:50 Углерод 2,8-4,2Кремний 3,6-5,8 Марганец 0,3-0,8 Хром 0,05 - .0,3 Молибден 0;05-0,2 55 Медь 0,6 - 1,8Кальций 0,005-0,02 Магний 0,01 - 0,05 Алюминий 0,05 - 0,7Редкоземельныеметаллы 0,01 - 0,070,48 0,46 0,46 5 74 дактор Н. Гунько Техред М.Моргентал Корректор М. Кере Тираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открь 1 тиям 113035, МоскваЖ, Раушская наб 4/5 каз 2736 ВЯИИПИ Госу К-Т СССР изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина. 10 Железо Остальноепричем параметр содержания компонентовудовлетворяют следующим соотношениям,мас. ):