Антифрикционный чугун

40 Изобретение относится к металлургии, в частности к антифрикционнымчугунам, работающим в узлах тяжелонагруженных пар трения при отрица 5тельных температурах,Цель изобретения - повышениестабильности антифрикционных свойствпри отрицательных температурах,Предложенный антифрикционный чугун 10содержит углерод, кремний, марганец,сурьму, кальций, иттрий, алюминий,нитриды ванадия и железо при следующем соотношении компонентов, мас,%:Углерод 2,8-3,6 15Кремний 2,1-3,8Марганец 0,7-1,2Сурьма 0,02-0,07Алюминий 0,01-0,03Кальций 0,02-0,06 20Нитриды ванадия 0,06-0,15Иттрий 0,002-0,01Железо ОстальноеСодержание углерода принято в соот-ветствии с практикой производстваантифрикционных чугунов с низким коэффициентом трения, а концентрациякремния ограничена пределами 2,13,8 мас.%. При повышении содержания 30кремния более 3,8 мас,% снижается дисперсность графита, уменьшаются хладостойкость, коэффициент трения,ухудшаются механические свойства иих стабильность при отрицательных тем-З 5пературах. Содержание марганца в чугуне повышено до 0,7-1,2 мас.% дляувеличения пластических свойств после термической обработки и снижениякоэффициента трения, а алюминий принят в количестве 0,01-0,03 мас.%,т.е, в количестве, не снижающем пластических свойств и оказывающем необходимый модифицирующий эффект, способствующий измельченюУ структуры и 45снижению коэффициента трения.Кальций в количестве 0,02-0,06 мас.%микролегирует матрицу, улучшает форму графита, очищает. границы зерен отнеметаллических включений, повышает 50стабильность структуры, коэффициентатрения и механических свойств при отрицательных температурах, При содержании кальция до 0,02 мас,% микролегирующий эффект проявляется слабо и существенного повышения стабильностикоэффициента трения и механическихсвойств при отрицательных температурах не достигается, Верхний предел содержания кальция ограничен,концентрацией (0,06 мас.%), выше которой возрастает количество неметаллических включений, так как кальций полностью не растворяется в металлической основе, что приводит к снижению ударной вязкости и пластичности при отрицательных температурах.Нитриды ванадия 0,06-0,15 мас.% измельчают структуру матрицы в литом состоянии и после термической обработки повышают износостойкость и стабильность механических свойств и коэффициента трения при отрицательных температурах, При концентрации нитридов ванадия до 0,06 мас,измельчение структуры и повышение износостойкости и стабильности механических свойств и коэффициента трения недостаточны, а при концентрации более 0,15 мас,% усиливаются ликвационные процессы, увеличивается 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 интервале температур. Концентрация иттрия определена экспериментально. При увеличении содержания иттрия более 0,01 мас,% увеличивается. угар металла, усиливаются процессы коагуляции и увеличивается содержание неметаллических включений по границам зерен, что снижает стабильность пластических свойств, При содержании иттрия до 0,002 мас.% снижается стабильность антифрикционных свойств.Микролегирование сурьмой в количестве 0,02-0,07 мас.% нейтрализует примеси, измельчает структуру и повышает стабильность коэффициента трения 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,% - увеличивается износ чугуна. П р и м е р. Антифрикционный чугун выплавляют дуплекс-процессом с пере-о гревом расплава до 1440-1460 С и доводкой химического состава по основным (углерод и кремний) и легирующему (марганец) компонентам в открытых электропечах и миксерах, В качестве1366549 Химический состав чугунов, мас,7. Элементы Предлагаемый Известный 1 2 3 4 5 6 Углерод 3,4 2,6 3,1 2,8 3,6 3,8 1,6 2,4 Кремний 2,6 4,0 3,8 Марганец 0,9 1,0 0,5 1,3 0,7 1,2 Сурьма 0,08 0,05 0,01 0,1 0,02 0,07 0,01 0,05 0,02 Алюминий 0,03 0,002 0,01 Церий 0,08 0,04 0,08 0,01 0,06 0,02 Кальций шихтовых материалов используют пере- дельные и литейные чугуны, чугунный и стальной лом, ферромарганец, силикокальций металлический иттрий поУф 5 рошки нитридов ванадия, металлическую сурьму, ферроалюминий и ферросилиций.Микролегирование сурьмой, силикокальцием, нитридами ванадия проводят в электропечах и миксерах, а модифи цирование алюминием и иттрием в разливочных ковшах. Заливку металла в литейные формы производят,при температуре 1350-1400 С,В табл. 1 приведены химические 15 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 снижение антифрикционных свойств при отрицательных температурах, Коэффициент трения определяют по ГОСТ 23,214-83, а общие 25 сравнительные испытания на относительную износостойкость проведены методом испытания материалов на изнашивание при ударе в условиях низких температур (ГОСТ 23.212-82). 30Общие сравнительные испытания антифрикционных чугунов проведены по ГОСТ 23.212-82.Механические свойства чугунов определяли на стандартных образцах после отпуска .при 360 С в течение 2,5 ч.Как видно из табл. 2, предлагаемый 1чугун имеет более высокий уровень механических и антифрикционных свойств и более стабильные характеристики коэффициента трения, износостойкости и противозадирньгх свойств при отрицательных температурах, чем у базового антифрикционного чугуна.Использование предлагаемого чугуна в качестве хладостойкого конструкционного материала для производства деталей, испытывающих в процессе эксплуатации высокие удельные нагрузки, значительно повышает их надежность эксплуатации и дает возможность заменить стальные литые заготовки и снизить трудоемкость изготовления антифрикционных деталей. формула изобретения Антифрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, сурьму, кальций, иттрий и железо, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стабильности его антифрикционных свойств при отрицательных температурах, он дополнительно содержит алюминий и нитриды ванадия при следующем соотношении компонентов, мас.7:Углерод 2,8 - 3,6 Кремний2, 1-3,8 Марганец 0,7-1,2 Сурьма 0,02-0,07 Кальций 0,02-0,06 Иттрий 0,002-0,01 Алюминий 0,01-0,03Нитриды ванадия 0,06-0,15 Железо Остальноеа б л и ц а 11366549 Продолжение табл. 1Химический состав чугунов, мас;Х Элементы Известный Предлагаемый 1234 ) 5 ( 6 0,3 Азот Нитриды ванадия 0,17 0,04 0,08 0,15 0,06 0,2 Титан 0,03 0,001 0,005 0,01 0,002 0,01 Иттрий 0,1 Ванадий ОстальОсталь- Осталь-. Осталь- Осталь- Остальное ное ное ное ное Железо ное Таблица 2 Показателисвойств,03 О,0,21 1,4 25 Коэффицие трения пр -20 С 32 02 0,121 0,068 7 0,35 01172 Оэ 08,4 60 30,51 6,8 0 с Временное сопротивление пр растяжении,ИПа Относительнаяизносостойкость1366549 Продолжение табл. 2 Показателисвойств Чугун звест 3 4 5 6 26,5Заказ 6778/25 Тираж 593ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4