close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14279

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.04.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 22C 37/00
СЕРЫЙ ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН ДЛЯ ОТЛИВОК
(21) Номер заявки: a 20091245
(22) 2009.08.19
(43) 2011.04.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт технологии металлов Национальной
академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Марукович Евгений Игнатьевич; Карпенко Михаил Иванович; Бадюкова Светлана Михайловна (BY)
BY 14279 C1 2011.04.30
BY (11) 14279
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) JP 51-31617, 1976.
BY 10946 C1, 2008.
SU 1339160 A1, 1987.
JP 59173239 A, 1984.
BY 5870 C1, 2004.
SU 1788984 A3, 1993.
EP 120120 A1, 1984.
DE 4438073 A1, 1996.
(57)
Серый износостойкий чугун для отливок, содержащий углерод, кремний, марганец,
фосфор, хром, серу и железо, отличающийся тем, что дополнительно содержит молибден, никель и азот при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
2,8-3,6
кремний
0,3-0,9
марганец
0,5-0,9
фосфор
0,05-0,50
хром
0,02-0,10
сера
0,02-0,10
молибден
0,15-0,50
никель
0,05-0,30
азот
0,02-0,06
железо
остальное.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к серым износостойким
чугунам, применяемым в литом состоянии в тормозных дисках, барабанах и для изготовления других литых деталей механизмов трения.
Известные серые чугуны СЧ18 и СЧ20 (ГОСТ 1412-85) имеют в литых заготовках
феррито-перлитную структуру и низкие характеристики предела прочности при изгибе и
твердости (170-241 НВ) и недостаточную стойкость в условиях фрикционного и ударноабразивного изнашивания, поэтому все реже используются в механизмах трения и тормозных устройствах.
Известен также серый износостойкий чугун (патент США № 3423250, класс 148-2,
1970), содержащий, мас. %:
BY 14279 C1 2011.04.30
углерод
1,7-3,8
кремний
менее 2,5
марганец
менее 1,0
хром
менее 2,0
молибден
менее 2,0
вольфрам
менее 1,0
ванадий
менее 1,0
железо
остальное.
Известный износостойкий чугун содержит большое количество карбидообразующих
(Mo, V, W, Cr и Mn) элементов, имеет в отливках высокий отбел и большие остаточные
термические напряжения (65-90 МПа). Это снижает предел прочности при изгибе, стрелу
прогиба и упруго-пластические свойства чугуна в отливках и эксплуатационную стойкость литых деталей в условиях динамических нагрузок, фрикционного и ударноабразивного изнашивания. Литые фрикционные детали из этого чугуна используются
только после длительной термической обработки (отжига).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является серый износостойкий чугун для отливок (Патент Японии № 55-5575, МПК C 22C 37/06, 1982) следующего химического состава, мас. %:
углерод
2,8-3,2
кремний
1,2-1,7
марганец
до 1,0
хром
0,2-0,6
фосфор
0,2-0,6
сера
до 0,3
железо
остальное.
Известный чугун имеет в отливках преимущественно перлитную металлическую основу с включениями пластинчатого графита длиной от 120 до 250 мкм, цементита (до
5 %), карбидов хрома и фосфидной эвтектики. Он обеспечивает фрикционным отливкам
повышенные механические характеристики прочности, твердости (181-260 НВ) и ударноабразивной износостойкости (Иср. = 250-370 мг/гс).
Однако в литых заготовках из этого чугуна отмечаются высокие остаточные термические напряжения (25-40 МПа), повышенная склонность к отбелу и низкие характеристики
дисперсности структуры и упруго-пластических свойств, что снижает эксплуатационную
стойкость и надежность фрикционных изделий. Ударно-усталостная долговечность чугуна в отливках не превышает 5,5-6,0 тыс. циклов.
Задачей данного технического решения является снижение остаточных термических
напряжений чугуна в отливках и повышение дисперсности структуры и упругопластических свойств.
Поставленная задача решается тем, что серый износостойкий чугун для отливок, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, хром, серу и железо, дополнительно содержит молибден, никель и азот при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
2,8-3,6
кремний
0,3-0,9
марганец
0,5-0,9
фосфор
0,05-0,50
хром
0,02-0,10
сера
0,02-0,10
молибден
0,15-0,50
никель
0,05-0,30
азот
0,02-0,06
железо
остальное.
2
BY 14279 C1 2011.04.30
Существенными отличиями предложенного чугуна являются снижение в его составе
содержания основного карбидообразующего компонента - хрома - с 0,2-0,6 до 0,020,10 мас. %, введение элементов (молибдена, никеля и азота), измельчающих структуру и
повышающих упруго-пластические свойства, а также уменьшение концентрации кремния,
являющегося сильным графитизирующим элементом, с 1,2-1,7 до 0,3-0,9 мас. %. Оптимизация состава чугуна по содержанию графитизирующих и карбидообразующих элементов
существенно повышает упруго-пластические свойства чугуна и снижает остаточные термические напряжения в отливках, и повышает эксплуатационные свойства, в частности
ударно-усталостную долговечность.
Проведенный анализ предложенного технического решения показал, что на данный
момент не известны технические решения, в которых были бы отражены указанные отличия. Кроме того, указанные отличия являются необходимыми и достаточными для достижения положительного эффекта, указанного в цели изобретения. Это позволяет сделать
вывод о том, что данные отличия являются существенными.
Снижение содержания в чугуне кремния до 0,3-0,9 % обусловлено тем, что он является сильным графитизирующим элементом, снижающим дисперсность структуры, ее однородность и упруго-пластические свойства чугуна в отливках. Верхний предел
концентрации кремния (0,9 %) обусловлен повышением дисперсности перлита и снижением ударной вязкости, предела прочности при изгибе и стрелы прогиба при более высоких его концентрациях. При уменьшении концентрации кремния менее 0,3 % повышаются
отбел и остаточные термические напряжения в отливках, что приводит к снижению упруго-пластических и эксплуатационных свойств литых фрикционных изделий. Углерод также является графитизирующим элементом, но он в меньшей степени влияет на величину
остаточных термических напряжений чугуна в отливках и его упруго-пластические свойства при приведенных концентрациях, поэтому верхний предел его содержания повышен
до 3,6 %.
Дополнительное введение молибдена в количестве 0,15-0,50 % обусловлено его существенным влиянием на измельчение дисперсности структуры, повышение упругопластических и фрикционных свойств чугуна в отливках. При его содержании до 0,15 %
упруго-пластические и фрикционные свойства недостаточны, а при его увеличении более
0,50 % увеличивается отбел и остаточные термические напряжения, что снижает эксплуатационную стойкость отливок.
Никель (0,05-0,30 %) и азот (0,02-0,06 %) способствуют повышению дисперсности
структуры, снижают остаточные термические напряжения в литом металле, что способствует повышению упруго-пластических свойств чугуна. При их содержании менее нижних пределов упруго-пластические свойства чугуна в отливках недостаточны. При
увеличении концентрации никеля более 0,30 % снижаются характеристики износостойкости и фрикционных свойств. Увеличение содержания азота более 0,06 % снижает стабильность структуры и эксплуатационных свойств.
Содержание хрома в чугуне ограничено концентрацией 0,10 %, так как при более высоких его концентрациях увеличивается содержание в структуре карбидов хрома, снижаются дисперсность и однородность структуры и повышаются термические напряжения в
отливках, что снижает упруго-пластические и эксплуатационные свойства. При концентрации хрома менее 0,02 % его микролегирующий эффект недостаточен и характеристики
твердости, износостойкости и эксплуатационной стойкости литых фрикционных изделий
низкие.
Марганец при содержании от 0,5 до 0,9 % повышает дисперсность структуры и упруго-пластические свойства чугуна. При увеличении концентрации марганца более 0,9 %
усиливается его карбидообразующее влияние на структуру и повышаются остаточные
термические напряжения и отбел в литых изделиях. При концентрации марганца до 0,5 %
3
BY 14279 C1 2011.04.30
снижаются дисперсность и однородность структуры, ударная вязкость и другие характеристики упруго-пластических свойств чугуна.
Фосфор в чугуне в количестве от 0,05 до 0,50 % повышает дисперсность структуры,
упруго-пластические свойства и обусловливает основные фрикционные свойства в литых
изделиях. Верхний предел концентрации фосфора ограничен 0,50 %, так как при более
высоких концентрациях увеличиваются остаточные термические напряжения в отливках и
снижаются дисперсность и однородность структуры, термостойкость, характеристики
предела прочности при изгибе и ударной вязкости. При содержании фосфора до 0,05 %
снижаются литейные свойства чугуна, его износостойкость и фрикционные свойства.
Плавку чугуна проводят в открытых индукционных печах с использованием стального
лома группы 1А, передельного чугуна ПЛ2, доменного феррофосфора марок ФФ16 и
ФФ18, чугунного лома 16А, полуфабрикатного никеля НПЗ, ферромолибдена ФМо2, азотированного ферромарганца ФМн75Н и феррохрома. Температура выпуска чугуна из
электропечи - 1450-1480 °С.
В табл. 1 приведены составы чугунов опытных плавок.
Таблица 1
Наименование
Содержание компонентов в серых чугунах, мас. %
компонентов
1 (изв.)
2
3
4
5
6
Углерод
3,1
2,7
2,8
3,1
3,6
3,8
Кремний
1,6
0,3
0,9
0,6
0,3
0,2
Марганец
0,92
0,4
0,5
0,7
0,9
1,2
Фосфор
0,54
0,02
0,05
0,32
0,50
0,6
Молибден
0,11
0,15
0,35
0,50
0,7
Хром
0,51
0,01
0,02
0,06
0,10
0,12
Никель
0,02
0,05
0,12
0,30
0,6
Сера
0,22
0,018
0,02
0,05
0,10
0,16
Азот
0,01
0,02
0,03
0,06
0,72
Железо
остальное остальное остальное остальное остальное остальное
Остаточные термические напряжения определяли на решетчатых технологических
пробах, а исследования структуры чугуна в отливках и образцах - в соответствии с ГОСТ
3443-87. Для определения ударной вязкости использовали образцы без надреза (ГОСТ
9454-78). Механические (по ГОСТ 27207-87), усталостные (по ГОСТ 2306-78) испытания
и определение износостойкости проведены на стандартных образцах в литом состоянии
без проведения их термической обработки.
В табл. 2 приведены результаты исследования микроструктуры, механических и эксплуатационных испытаний.
Таблица 2
Характеристика микроструктуры чугуна в образУдарноТерми- СредПредел
Ударная цах диаметром 30 мм по усталостная
ческие
ний
прочности
ГОСТ 3443-87
Чугун
вязкость,
долговечнапря- износ,
при изгибе,
Дж/см3 дисперсность графит и
ность, тыс.
жения, Иср.,
МПа
циклов
МПа
мг/гс
матрицы (пер- фосфидная
лита)
эвтектика
1
ПГд 180
390
16,5
ПД 1,8
5,5-6,0
28
275
(изв.)
ФЭд 250
ПГд 90
2
412
22,7
ПД 1,4
6,0-6,5
26
243
ФЭд 1000
ПГд 45
3
510
24,1
ПД 1,0
7,5-8,5
18
220
ФЭд 650
4
BY 14279 C1 2011.04.30
Продолжение таблицы 2
Характеристика микроструктуры чугуна в образУдарноПредел
Ударная цах диаметром 30 мм по усталостная
прочности
ГОСТ 3443-87
Чугун
вязкость,
долговечпри изгибе,
3
Дж/см дисперсность графит и
ность, тыс.
МПа
циклов
матрицы (пер- фосфидная
лита)
эвтектика
ПГд 25ПД 0,34
435
26,5
ПГд 45
8,5-10
ПД 0,5
ФЭд 650
ПД 0,5ПГд 45
5
428
24,9
8,0-9,5
ПД 1,0
ФЭд 400
ПГд 90
6
417
23,2
ПД 1,4
6,5-7,0
ФЭд 1000
Терми- Средческие
ний
напря- износ,
жения, Иср.,
МПа
мг/гс
11
196
12
185
21
231
Как видно из табл. 2, предложенный износостойкий чугун имеет в отливках более
дисперсную микроструктуру, низкие остаточные термические напряжения и более высокие упруго-пластические свойства.
Источники информации:
1. ГОСТ 1412-85.
2. Патент США 3423250, класс 148-2, 1970.
3. Патент Японии 55-5575, МПК C 22C 37/06, 1982.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
98 Кб
Теги
by14279, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа