close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10666

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.06.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 22C 37/00
АНТИФРИКЦИОННЫЙ ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН
(21) Номер заявки: a 20060078
(22) 2006.01.28
(43) 2007.10.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт технологии
металлов Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Карпенко Михаил Иванович;
Марукович Евгений Игнатьевич;
Карпенко Валерий Михайлович;
Сериков Кирилл Владимирович (BY)
BY 10666 C1 2008.06.30
BY (11) 10666
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) JP 57032352 A, 1982.
SU 1171554 A, 1985.
SU 1096300 A, 1984.
SU 1154366 A, 1985.
JP 02-298233 A, 1990.
JP 60-121254 A, 1985.
SU 1305192 A1, 1987.
(57)
Антифрикционный высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец,
никель, хром и железо, отличающийся тем, что дополнительно содержит алюминий, церий, кальций и нитриды титана при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
3,2-3,8
кремний
2,2-2,8
марганец
0,2-0,7
никель
0,2-0,7
хром
0,02-0,06
алюминий
0,02-0,30
церий
0,02-0,05
кальций
0,01-0,04
нитриды титана
0,01-0,25
железо
остальное.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к антифрикционным высокопрочным чугунам для ответственных литых заготовок и деталей с низкими остаточными термическими напряжениями и повышенными характеристиками износостойкости,
механических и эксплуатационных свойств.
Известен антифрикционный чугун АЧВ~2 (ГОСТ 1585-85) [1], который обеспечивает
получение в отливках перлитной структуры твердостью 167-197 НВ. Высокие остаточные
термические напряжения в литых деталях, низкие значения износостойкости и пластичности снижают эксплуатационную стойкость и надежность деталей в узлах трения. Допустимый режим его работы в условиях трения в паре с закаленным валом низкий и не
превышает 20 МПа м/с.
BY 10666 C1 2008.06.30
Известен также антифрикционный высокопрочный чугун [2], содержащий, мас. %:
углерод
3,5-3,8
кремний
0,2-2,0
марганец
0,55
магний
0,03
фосфор
0,05-0,06
сера
0,004-0,006
железо
остальное.
Этот чугун в литом состоянии имеет недостаточные характеристики твердости, износостойкости, пластичности и антифрикционных свойств; относительное удлинение не
превышает 4-8 %. В литых заготовках отмечаются повышенные термические напряжения,
что обусловлено низкой концентрацией кремния и повышенным содержанием примесей.
По технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близким к предложенному является антифрикционный высокопрочный чугун (прототип) [3] следующего химического состава, мас. %:
углерод
2,44-3,5
кремний
1,4-2,5
марганец
0,5-1,5
хром
1,0-1,7
никель
0,2-0,7
железо
остальное.
Известный чугун имеет в литых заготовках крупнозернистую аустенитную металлическую основу, для которой характерны высокие термические напряжения и низкие пластические и антифрикционные свойства, что вызывает необходимость проведения
термической обработки деталей. После закалки в масле и отпуска при температуре 413473 К он имеет следующие механические и эксплуатационные свойства:
временное сопротивление
300-380
ударная вязкость, Дж/см2
10-18
стрела прогиба, мм
4-5
износ при трении без смазки, мг/см2 гс
0,15-0,3
предельный режим работы при трении, МПа м/с
21-25
относительная износостойкость
1,1-1,2.
Существенными недостатками известного чугуна являются высокие остаточные термические напряжения в отливках и низкие характеристики дисперсности структуры, упругопластических свойств и износостойкости.
Задача изобретения - снижение остаточных термических напряжений и повышение
упругопластических свойств и износостойкости высокопрочного чугуна в отливках. Поставленная задача достигается тем, что антифрикционный высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром и железо, дополнительно содержит алюминий, церий, кальций и нитриды титана при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
3,2-3,8
кремний
2,2-2,8
марганец
0,2-0,7
никель
0,2-0,7
хром
0,02-0,06
алюминий
0,02-0,30
церий
0,02-0,05
кальций
0,01-0,04
нитриды титана
0,01-0,25
железо
остальное.
2
BY 10666 C1 2008.06.30
Основными отличиями предложенного чугуна являются дополнительное микролегирование его алюминием и нитридами титана и введение в его состав церия и кальция, которые являются модифицирующими и сфероидизирующими графит компонентами, что
существенно повышает упругопластические и эксплуатационные свойства и снижает остаточные термические напряжения в отливках. Проведенный анализ предложенного технического решения показал, что на данный момент неизвестны технические решения, в
которых были бы отражены указанные отличия. Кроме того, указанные отличия являются
необходимыми и достаточными для достижения технического результата, указанного в
задаче изобретения. Это позволяет сделать вывод о том, что данные отличия являются
существенными.
Введение алюминия обусловлено тем, что он является эффективной раскисляющей и
легирующей добавкой, повышающей однородность и дисперсность структуры чугуна в
отливках, его пластических свойств и снижающей остаточные термические напряжения.
Верхний предел концентрации алюминия (0,30 %) обусловлен снижением твердости,
прочности и износостойкостью при более высоком его содержании. При уменьшении
концентрации алюминия менее 0,02 % укрупняется структура и повышаются остаточные
термические напряжения в отливках.
Введение церия обусловлено тем, что он является сильным раскислителем и сфероидизатором графита и повышает дисперсность структуры, механические и антифрикционные свойства. При его содержании до 0,02 % механические и антифрикционные свойства
недостаточны. При увеличении концентрации церия более 0,05 % повышаются термические напряжения в литых заготовках, снижается стабильность механических и антифрикционных свойств.
Кальций - графитизирующий модификатор, очищающий границы зерен, существенно
снижающий коэффициент трения и повышающий упругопластические свойства и износостойкость в условиях трения. При содержании кальция менее 0,01 % модифицирующий
эффект, упругопластические свойства и износостойкость низкие, а при увеличении содержания кальция более 0,04 % увеличивается угар, снижаются однородность структуры
и упругопластические свойства.
Нитриды титана дополнительно введены как микролегирующие и графитизирующие
компоненты, существенно снижающие термические напряжения в отливках и коэффициент трения и повышающие дисперсность структуры и износостойкость. При их содержании до 0,01 % микролегирующий эффект, износостойкость и антифрикционные свойства
недостаточны. Повышение содержания нитридов более 0,25 % приводит к скоплению
нитридов по границам зерен, что снижает антифрикционные и механические свойства,
особенно износостойкость, относительное удлинение и ударную вязкость.
Никель измельчает и легирует структуру чугуна в отливках, повышает износостойкость, упругопластические и антифрикционные свойства, существенно не влияя на величину термических напряжений, поэтому его концентрации оставлены на прежнем уровне
(0,2-0,7 %).
Содержание основных графитизирующих элементов (углерода 3,2-3,8 % и кремния
2,2-2,8 %) и отбеливающих легирующих элементов (марганца 0,2-0,7 %, хрома 0,02-0,06 %)
принято на основании практики производства отливок из антифрикционных высокопрочных чугунов с повышенными механическими и антифрикционными свойствами непосредственно в литом состоянии.
Предлагаемый высокопрочный чугун получают следующим образом. Опытные плавки
чугунов проводили в индукционных тигельных печах с использованием литейных рафинированных чушковых чугунов, стального лома, гранулированного никеля, алюминия,
ферросилиция и других ферросплавов. Микролегирование алюминием, ферромарганцем и
измельченными брикетами нитридов титана производили после рафинирования расплава
в печи, а модифицирование церием и силикокальцием - в ковше с использованием ферроси3
BY 10666 C1 2008.06.30
лиция и силикокальция СК30. Для определения свойств чугун заливали в решетчатые и ступенчатые технологические пробы. Ударную вязкость определяли на образцах 10 × 10 × 55 мм
с надрезом 0,2 мм, а прочность и износостойкость - на цилиндрических 10 мм образцах по
стандартным методикам.
В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок, а в табл. 2 - механические и антифрикционные свойства и данные об остаточных термических напряжениях чугунов в отливках, полученных на решетчатых технологических пробах. Как видно из
табл. 2, предложенный антифрикционный чугун обладает низкими термическими напряжениями в отливках и более высокими механическими и антифрикционными свойствами,
чем известный антифрикционный чугун. Использование предложенного чугуна для изготовления узлов трения с высокими динамическими нагрузками и удельными давлениями
позволяет значительно повысить их надежность и долговечность.
Таблица 1
Содержание компонентов в чугунах, мас. %
Наименование
1
элемента
2
3
4
5
6
(Известный)
Углерод
3,2
3,1
3,2
3,5
3,8
3,9
Кремний
2,2
2,1
2,2
2,5
2,8
2,9
Марганец
1,4
0,1
0,2
0,5
0,7
0,9
Никель
0,7
0,17
0,2
0,53
0,7
0,85
Хром
1,5
0,01
0,02
0,05
0,06
0,1
Алюминий
0,01
0,02
0,21
0,30
0,5
Церий
0,01
0,02
0,03
0,05
0,1
Кальций
0,002
0,01
0,02
0,04
0,06
Нитриды титана
0,003
0,01
0,16
0,25
0,3
Железо
остальное остальное остальное остальное остальное остальное
Таблица 2
Свойства высокопрочных чугунов
Показатели
в отливках
Известный
2
3
4
5
6
Временное сопротивление, МПа
380
365 430 448 465 487
2
Ударная вязкость, Дж/см
14
23
35
42
30
28
Термические напряжения в отливках, МПа
37
21
12
9,3
7,6 13,7
Относительное удлинение, %
4,2
9,3 15,0 17,8 17,2 10,3
Относительная износостойкость
1,0
1,3
1,6
2,1
1,9
1,5
2
Износ при трении без смазки, мг/см
0,18
0,15 0,12 0,08 0,09 0,14
Предельный режим работы при трении,
22
28
32
37
38
31
МПа м/с, ГОСТ 1585-85
Источники информации:
1. ГОСТ 1585-85.
2. Высококачественные чугуны для отливок / Под ред. Александрова. - М.: Машиностроение, 1982. - С. 165.
3. Патент Японии 57 32352, МПК С 22С 37/08.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
90 Кб
Теги
by10666, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа