close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY13451

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 13451
(13) C1
(19)
(46) 2010.08.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН
(21) Номер заявки: a 20090112
(22) 2009.01.29
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт технологии
металлов Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Марукович Евгений Игнатьевич; Карпенко Михаил Иванович; Бевза Владимир Федорович;
Груша Владимир Петрович (BY)
BY 13451 C1 2010.08.30
C 22C 37/00
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) SU 1627580 A1, 1991.
SU 1827395 A1, 1993.
BY 10946 C1, 2008.
JP 60121254 A, 1985.
DT 2428821 A1, 1975.
SU 1694682 A1, 1991.
JP 01127646 A, 1989.
(57)
Износостойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, кобальт, кальций и железо, отличающийся тем, что дополнительно содержит ванадий и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
2,8-3,1
кремний
0,3-0,7
марганец
0,7-1,0
хром
11,5-15,0
никель
0,05-0,25
молибден
0,12-0,55
кобальт
0,03-0,21
кальций
0,02-0,05
ванадий
0,51-1,20
алюминий
0,002-0,010
железо
остальное.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к разработке составов белого легированного чугуна с высокой ударно-абразивной стойкостью для изготовления
тормозных дисков, пуансонов прессов и броневых плит мельниц.
Известен белый износостойкий чугун ЧГ7Х4 (ГОСТ 7789-82) [1], используемый для
таких отливок, имеет в литых заготовках крупнозернистую аустенитную металлическую
основу с низкой микротвердостью и обладает низкими характеристиками прочности
(150…180 МПа), износостойкости, трещиностойкости и эксплуатационной стойкости (на
уровне литейных сталей 40ХЛ и 45ХЛ и ниже, чем при изготовлении из стали ШХ15).
Известен также износостойкий чугун с высокой микротвердостью металлической матрицы (Марукович Е.И., Карпенко М.И. Износостойкие сплавы. - М.: Машиностроение,
2005. - С. 103) [2], содержащий, мас. %:
BY 13451 C1 2010.08.30
углерод
2,85
кремний
0,70
марганец
0,98
хром
12,0
молибден
2,6
железо
остальное.
Известный чугун имеет недостаточные упруго-пластические свойства, предел выносливости при изгибе, трещиностойкость и стойкость при ударных нагрузках и в условиях
ударно-абразивного изнашивания.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному является износостойкий чугун (а.с. СССР 1627580, МПК С 22С 37/10 // БИ № 6. 1991 (прототип) [3] следующего химического состава, мас. %:
углерод
2,75-3,10
кремний
0,8-1,1
марганец
0,7-1,3
хром
13,5-17,5
никель
0,3-1,0
молибден
1,3-2,6
цирконий
0,09-0,6
кобальт
0,08-0,28
кальций
0,02-0,05
теллур
0,002-0,03
железо
остальное.
Известный чугун имеет в литых заготовках аустенитную металлическую основу и
следующие механические и эксплуатационные свойства:
предел выносливости при изгибе, МПа
300-380
твердость НВ
341-390
ударно-абразивная износостойкость, мг/м2·ч
12,6-16,6
стрела прогиба, мм
9,0-11,2
трещиностойкость чугуна в отливках, мм
35-41
контактно-усталостная долговечность, тыс. циклов
175-192
долговечность работы броневых плит, пуансонов и тормозных
дисков (эталон сталь ШХ15), %
135-150.
Недостатком известного износостойкого чугуна является низкая контактноусталостная долговечность. В отливках пуансонов, броневых плит и тормозных дисков он
обладает крупнозернистой структурой с высокой концентрацией крупных карбидов и цементита, что снижает ударную вязкость (до 3…7 Дж/см2), трещиностойкость и эксплуатационную долговечность. Эти недостатки особенно отмечаются при высоком содержании в
чугуне хрома и других карбидообразующих элементов (молибдена и теллура). Снижение
контактно-усталостной долговечности также связано с высокой концентрацией в чугуне
графитизирующих элементов (кремния и циркония), ослабляющих металлическую основу
и снижающих ее твердость.
Задача изобретения - повышение контактно-усталостной долговечности, ударной вязкости, трещиностойкости и эксплуатационной долговечности.
Поставленная задача решается тем, что износостойкий чугун, содержащий углерод,
кремний, марганец, хром, никель, молибден, кобальт, кальций и железо, дополнительно
содержит ванадий и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
2,8-3,1
кремний
0,3-0,7
марганец
0,7-1,0
хром
11,5-15,0
2
BY 13451 C1 2010.08.30
никель
0,05-0,25
молибден
0,12-0,55
кобальт
0,03-0,21
кальций
0,02-0,05
ванадий
0,51-1,20
алюминий
0,002-0,010
железо
остальное.
Проведенный анализ предложенного технического решения показал, что на данный
момент неизвестны технические решения, в которых были бы отражены указанные отличия. Кроме того, указанные признаки являются необходимыми и достаточными для достижения положительного эффекта, указанного в цели изобретения. Это позволяет
сделать вывод о том, что данные отличия являются существенными.
Дополнительное введение ванадия обусловлено его высоким упрочняющим и легирующим влиянием на структуру чугуна в отливках, на повышение дисперсности структуры,
трещиностойкости, механических и эксплуатационных свойств. При увеличении содержания ванадия более 1,20 % увеличиваются количество цементита и неоднородность
структуры и снижаются контактно-усталостная долговечность, ударная вязкость и эксплуатационные свойства. При концентрации ванадия менее 0,51 % трещиностойкость, дисперсность структуры, механические и эксплуатационные свойства недостаточны.
Хром в износостойком чугуне является основным легирующим элементом и при содержании 11,5-15,0 % повышает предел выносливости при изгибе, твердость, ударноабразивную износостойкость, контактно-усталостную долговечность и дисперсность
структуры. При увеличении концентрации хрома более 15 % снижается однородность
структуры, повышается содержание в структуре карбидов хрома, что снижает предел
выносливости при изгибе, ударную вязкость и ударно-усталостную долговечность. При
концентрации хрома до 11,5 % твердость, теплостойкость, ударно-абразивная износостойкость и эксплуатационные свойства недостаточны.
Дополнительное введение алюминия в чугун оказывает раскисляющее и модифицирующее влияние, повышая дисперсность структуры, трещиностойкость, механические и
эксплуатационные свойства.
При увеличении содержания алюминия более 0,010 % увеличивается его угар, повышается неоднородность структуры и снижаются твердость, предел выносливости при изгибе, ударная вязкость и ударно-усталостная долговечность. При концентрации алюминия
менее 0,002 % модифицирующий эффект, ударно-абразивная износостойкость, механические и эксплуатационные свойства низкие. Содержание углерода и кремния принято исходя из опыта производства износостойких чугунов для отливок преимущественно с
мелкозернистой структурой и высокими характеристиками износостойкости в условиях
сухого трения и ударно-усталостной долговечности. При увеличении концентраций углерода и кремния соответственно выше 3,1 и 0,7 % в структуре повышается содержание
перлита и графита, увеличивается ее неоднородность, что снижает характеристики прочности, твердости, ударно-усталостной долговечности и износостойкости. При снижении
их концентрации соответственно ниже 2,8 и 0,3 % повышаются остаточные термические
напряжения в отливках и снижаются удароустойчивость, предел выносливости при изгибе, ударная вязкость и ударно-усталостная долговечность.
Верхние пределы концентрации никеля и кобальта, влияние которых на структуру и
свойства чугуна аналогичны, снижены соответственно до 0,25 и 0,21 %, так как при более
высоком их содержании снижаются удароустойчивость, предел выносливости при изгибе,
ударная вязкость и ударно-усталостная долговечность. При их концентрации соответственно менее 0,05 и 0,03 % твердость, прочность, ударно-усталостная долговечность и
износостойкость снижаются значительно и недостаточны.
3
BY 13451 C1 2010.08.30
Снижение содержания молибдена в чугуне до 0,12…0,55 % обусловлено существенным влиянием его при более высоких концентрациях на снижение трещиностойкости,
ударной вязкости, коэффициента трения, ударно-усталостной долговечности и износостойкости чугуна. При содержании молибдена до 0,12 % твердость, прочность, ударноусталостная долговечность и износостойкость недостаточны.
Содержание кальция в чугуне оставлено в прежних оптимальных пределах (0,020,05 %), так как он является эффективной модифицирующей добавкой, улучшающей форму границ зерен и дисперсность структуры, трещиностойкость, ударную вязкость и ударно-усталостную долговечность. Теллур и цирконий снижают стабильность и дисперсность
структуры, трещиностойкость, ударную вязкость и ударно-усталостную долговечность,
поэтому они не вошли в состав предложенного чугуна.
Верхний предел концентрации марганца снижен до 1,0 %, так как при более высоких
концентрациях усиливается его отбеливающее и карбидообразующее влияние на структуру, что снижает предел выносливости при изгибе, ударную вязкость, трещиностойкость и
ударно-усталостную долговечность. При снижении концентрации марганца менее 0,7 %
повышается содержание в структуре перлита и снижаются дисперсность структуры, механические и эксплуатационные характеристики чугуна в отливках.
Опытные плавки чугуна доэвтектического состава производили в тигельных индукционных печах. В качестве шихтовых материалов использовали передельные чугуны марок
ПЛ1 и ПЛ2, литейные чугуны Л3 и Л5, чугунный лом марок 16А и 17А, стальной лом
группы 1А, ферромарганец ФМн 75, никель НПЗ, углеродистый феррохром. При выпуске
чугуна в стопорный ковш температура металла составляла 1480…1500 °С. Экзотермические таблетки на основе алюминия и измельченный силикокальций вводили на дно ковша
перед заливкой чугуна. Заливку модифицированного чугуна с температурой 1430-1350 °С
производили на установках непрерывного литья намораживанием конструкции ИТМ НАН
Беларуси для изготовления тормозных дисков канатных машин для свивки корда, пуансонов для прессов по производству силикатного кирпича и других износостойких отливок. В
сухие жидкостекольные формы и литейные формы из пластичных самотвердеющих смесей, отверждаемых феррохромовым шлаком, отливали технологические пробы на трещиностойкость и термические напряжения, а также образцы для механических и
фрикционных испытаний. В табл. 1 приведены химические составы известного и предложенного чугунов опытных плавок.
Таблица 1
Содержание компонентов в чугунах, мас. %
Компоненты
1 (изв.)
2
3
4
5
6
Углерод
2,83
2,6
2,8
3,0
3,1
3,7
Кремний
0,97
0,2
0,3
0,5
0,7
1,1
Марганец
0,85
0,5
0,7
0,6
1,0
1,3
Хром
16,7
11,2
11,5
14,7
15,0
16,3
Молибден
2,1
0,1
0,12
0,38
0,55
0,62
Никель
0,92
0,02
0,05
0,17
0,25
0,31
Кобальт
0,25
0,01
0,03
0,15
0,21
0,23
Кальций
0,04
0,01
0,02
0,04
0,05
0,07
Ванадий
0,46
0,51
0,76
1,20
1,3
Алюминий
0,001
0,002
0,005
0,010
0,012
Железо
остальное остальное остальное остальное остальное остальное
Трещиностойкость определяли на звездообразных технологических пробах высотой
140 мм по общей длине трещин, а остаточные термические напряжения - на решетчатых
технологических пробах. Механические (по ГОСТ 27208-87) испытания проведены на
стандартных образцах в литом состоянии без термической обработки по общепринятым
4
BY 13451 C1 2010.08.30
методикам, а стендовые испытания - в условиях ударно-абразивного износа и сухого
фрикционного трения в сопряжении с тормозными колодками из политетрафторэтилена.
Исследования микроструктуры чугунов показали, что при использовании составов 3, 4
и 5 в стандартных образцах и отливках тормозных дисков и пуансонов дисперсность
структуры металлической основы и карбидов была выше, чем в известном чугуне.
Результаты механических, технологических и эксплуатационных испытаний износостойкого чугуна в отливках приведены в табл. 2.
Таблица 2
Свойства фрикционных чугунов для составов
Показатели
1 (изв.)
2
3
4
5
6
Предел выносливости при
375
386
412
433
450
407
изгибе, МПа
Твердость, НВ
368
365
441
461
475
278
2
Ударная вязкость, Дж/см
6,3
9
21
32
28
19
Трещиностойкость, мм
37
35
28
24
21
32
Контактно-усталостная дол187
182
212
235
232
210
говечность, тыс. циклов
Ударно-абразивная износо13,4
12,3
11,2
10,7
9,6
11,6
стойкость, мг/м2·ч
Повышение долговечности
145
130
165
188
212
170
(эталон-сталь ШХ15), %
Средний износ при сухом
326
323
318
265
251
335
трении, мг/гс
Как видно из табл. 2, предложенный износостойкий чугун обеспечивает литым изделиям высокую контактно-усталостную долговечность и более высокие механические и
эксплуатационные свойства, чем известный.
Источники информации:
1. ГОСТ 7789-82.
2. Марукович Е.И., Карпенко М.И. Износостойкие сплавы. - М.: Машиностроение. 2005. - С. 103.
3. А.с. СССР 1627580, МПК С 22С 37/10 // БИ № 6. - 1991.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
98 Кб
Теги
by13451, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа