close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15764

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.04.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 22C 37/08
C 22C 37/10
(2006.01)
(2006.01)
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ АНТИФРИКЦИОННЫЙ ЧУГУН
(21) Номер заявки: a 20101144
(22) 2010.07.26
(43) 2012.02.28
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт технологии
металлов Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Марукович Евгений Игнатьевич; Карпенко Михаил Иванович;
Щаников Владимир Михайлович;
Бадюков Михаил Сергеевич (BY)
BY 15764 C1 2012.04.30
BY (11) 15764
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) RU 2337996 C1, 2008.
RU 2318042 C1, 2008.
JP 10317093 A, 1998.
JP 2008156688 A, 2008.
SU 1178791 A, 1985.
JP 2001040447 A, 2001.
(57)
Высокопрочный антифрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец,
никель, молибден, медь, хром, магний, церий, титан, алюминий, фосфор и железо, отличающийся тем, что дополнительно содержит барий и азот при следующем соотношении
компонентов, мас. %:
углерод
3,1-3,6
кремний
1,4-2,2
марганец
0,3-0,7
никель
0,03-0,50
молибден
0,02-0,40
медь
0,02-1,50
хром
0,02-0,06
магний
0,04-0,06
церий
0,02-0,03
титан
0,21-0,55
алюминий
0,20-0,35
фосфор
0,02-0,04
барий
0,03-0,06
азот
0,02-0,04
железо
остальное.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным антифрикционным чугунам для литых изделий с повышенными упруго-пластическими и эксплуатационными свойствами, и работающих в условиях трения в паре с закаленным валом
при повышенных скоростях и удельных давлениях.
Известный высокопрочный антифрикционный чугун [1] имеет в литых заготовках
перлитно-ферритную металлическую основу с низкой твердостью (от 167 до 197 HB). Он
BY 15764 C1 2012.04.30
обладает недостаточной износостойкостью и не обеспечивает необходимой эксплуатационной стойкости в условиях трения в паре с закаленным валом. Предельные режимы их
эксплуатации при трении не превышают 12 МПа⋅м/с.
Известен также высокопрочный антифрикционный чугун [2] следующего химического
состава, мас. %:
углерод
2,4-3,5
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 аустенитную крупнозернистую структуру,
повышенные остаточные термические напряжения и высокий отбел, что вызывает необходимость проведения длительной термической обработки для повышения упругопластических и эксплуатационных свойств. После закалки в масле и отпуска при температуре 413-473 K он имеет временное сопротивление 300-380 МПа и предельный режим работы при трении 15-22 МПа ⋅ м/с.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является
высокопрочный антифрикционный чугун [3] следующего химического состава, мас. %:
углерод
3,1-3,6
кремний
2,0-2,5
марганец
0,8-1,2
никель
0,7-1,5
молибден
0,2-0,4
медь
0,6-1,5
хром
0,02-0,06
магний
0,02-0,03
церий
0,03-0,06
титан
0,03-0,55
алюминий
0,02-0,12
фосфор
0,03-0,10
кальций
0,002-0,01
железо
остальное.
Известный чугун обладает следующими механическими и эксплуатационными свойствами:
временное сопротивление,
МПа
730-761
предел текучести, МПа
270-287
предел выносливости,
МПа
207-221
ударная вязкость, Дж/см2
18-24
предельный режим при
трении, МПа ⋅ м/с
25-30
коэффициент трения
0,38-0,43.
Недостатком известного чугуна являются низкие упруго-пластические свойства, что
связано, в основном, с высокими концентрациями фосфора, марганца и никеля в чугуне и
повышенными остаточными термическими напряжениями в отливках. Высокое содержание
в структуре вермикулярного графита и недостаточное содержание графита шаровидной
формы снижают упруго-пластические и антифрикционные свойства и износостойкость
при трении с повышенными удельными давлениями.
2
BY 15764 C1 2012.04.30
Задача изобретения - повышение упруго-пластических и антифрикционных свойств
чугуна. Поставленная задача решается тем, что высокопрочный антифрикционный чугун,
содержащий углерод, кремний, марганец, никель, молибден, медь, хром, магний, церий,
титан, алюминий, фосфор и железо, дополнительно содержит барий и азот при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
3,1-3,6
кремний
1,4-2,2
марганец
0,3-0,7
никель
0,03-0,50
молибден
0,02-0,40
медь
0,02-1,50
хром
0,02-0,06
магний
0,04-0,06
церий
0,02-0,03
титан
0,21-0,55
алюминий
0,20-0,35
фосфор
0,02-0,04
барий
0,03-0,06
азот
0,02-0,04
железо
остальное.
Существенными отличиями предложенного чугуна являются дополнительное микролегирование его барием и азотом и снижение концентрации фосфора, марганца и никеля,
что существенно измельчает его микроструктуру и повышает упруго-пластические и антифрикционные свойства. 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.
Дополнительное введение бария обусловлено тем, что он является более эффективной
модифицирующей и химически активной микролегирующей добавкой, чем кальций, которая очищает границы зерен, повышает степень сфероидизации графита, однородность
структуры, упруго-пластические и антифрикционные свойства. Верхний предел концентрации бария (0,06 %) обусловлен снижением растворимости его в чугуне при более высоких концентрациях и снижением предела текучести и ударной вязкости чугуна. При
уменьшении концентрации бария менее 0,03 % ухудшается степень сфероидизации графита в структуре и снижаются антифрикционные свойства чугуна.
Введение азота обусловлено его способностью образовывать дисперсные нитриды с
легирующими элементами и химически активными металлами, которые способствуют измельчению структуры чугуна в отливках и повышению упруго-пластических и антифрикционных свойств. При содержании азота более 0,04 % увеличивается количество нитридов
по границам зерен, что снижает механические и эксплуатационные свойства. При концентрации азота до 0,02 % измельчение структуры и повышение свойств недостаточное.
Снижение содержания фосфора в чугуне до 0,02-0,04 % обусловлено существенным
влиянием на увеличение коэффициента трения, твердости и снижение упруго-пластических свойств. При снижении содержания фосфора менее 0,02 % уменьшаются жидкотекучесть, износостойкость и технологические свойства чугуна. А при увеличении его
концентрации более 0,04 % снижаются характеристики антифрикционных свойств, удароустойчивости, ударной вязкости.
Содержание магния и церия, как основных модифицирующих компонентов принято
исходя из необходимости увеличения в структуре графита шаровидной формы и опыта
производства высокопрочных антифрикционных чугунов. При этом увеличена концен3
BY 15764 C1 2012.04.30
трация основного сфероидизирующего элемента - магния до 0,04-0,06 % и снижено содержания менее химически активного элемента - церия до 0,02-0,03 %. При содержании
магния до 0,04 % и церия до 0,02 % в структуре увеличивается концентрация вермикулярного графита, а прочностные и антифрикционные свойства недостаточны, а при увеличении их содержания выше верхних пределов повышаются остаточные напряжения в чугуне
и снижаются упруго-пластические свойства.
Введение алюминия в чугун оказывает рафинирующее, микролегирующее и раскисляющее влияние, способствует повышению дисперсности структуры, механических и эксплуатационных свойств. При увеличении содержания алюминия более 0,35 % увеличивается угар, неоднородность структуры и снижаются антифрикционные свойства и
удароустойчивость. При концентрации алюминия менее 0,20 % механические, антифрикционные и эксплуатационные свойства недостаточны.
Титан введен как микролегирующая и графитизирующая добавка, снижающая коэффициент трения и термические напряжения в отливках. При его содержании менее 0,21 %
микролегирующий эффект недостаточен, а при содержании более 0,55 % снижаются предел текучести, ударная вязкость и эксплуатационная стойкость.
Содержание углерода и кремния принято исходя из опыта производства антифрикционных чугунов для отливок с мелкозернистой перлитной структурой и высокими характеристиками антифрикционных свойств, износостойкости в условиях сухого трения и
ударно-усталостной долговечности. При увеличении концентраций углерода и кремния
соответственно выше 3,6 и 2,2 % в структуре повышается содержание феррита и свободного графита, что снижает характеристики прочности, ударной вязкости, технологических
свойств и ударно-усталостной долговечности. При снижении их концентрации соответственно ниже 3,1 и 1,4 % увеличивается содержание ледебурита в структуре, повышаются
остаточные термические напряжения в отливках, снижаются коэффициент трения и удароустойчивость.
Снижение содержания марганца в чугуне до 0,3-0,7 % и никеля до 0,03-0,50 % обусловлено существенным их влиянием при более высоких концентрациях на повышение
твердости и снижение упруго-пластических свойств чугуна. При содержании марганца до
0,3 % и никеля до 0,03 % износостойкость, коэффициент трения и антифрикционные
свойства недостаточны.
Медь (0,02-1,50 %), хром (0,02-0,06 %) и молибден (0,02-0,40 %) являются основными
легирующими и упрочняющими элементами, обеспечивающими высокие параметры режимов работы при трении с высокими удельными давлениями. А при увеличении их
концентраций выше верхних пределов снижаются характеристики удароустойчивости,
ударной вязкости и ударно-усталостной долговечности. При уменьшении их концентрации менее нижних пределов существенно снижаются механические и эксплуатационные
свойства в условиях трения.
Опытные плавки чугунов проводят в индукционных тигельных печах с использованием рафинированных чушковых чугунов, чугунного и стального лома, меди М0, алюминия
A91, ферромолибдена, азотированного ферромарганца, ферротитана, силикобария и других ферросплавов. Микролегирование никелем, медью, ферромолибденом, алюминием и
ферротитаном производят после рафинирования расплава в печи, а модифицирование - в
ковше с использованием никель-магниевой лигатуры, силикобария и ферроцерия. Температура модифицированного чугуна при заливке литейных форм составляет 1400-1430 °С.
Для определения свойств чугуна заливают решетчатые, плоские и ступенчатые технологические пробы, отливки и стандартные образцы для механических испытаний по
ГОСТ 1497-84. Ударную вязкость определяют на образцах 10x10x55 мм с надрезом
0,2 мм. В табл. 1 приведены химические составы чугунов опытных плавок, а в табл. 2 механические и антифрикционные свойства.
4
BY 15764 C1 2012.04.30
Таблица 1
Компоненты
Углерод
Кремний
Марганец
Никель
Молибден
Медь
Алюминий
Хром
Магний
Церий
Титан
Кальций
Фосфор
Барий
Азот
Железо
1 (извест.)
3,4
2,2
1,1
1,1
0,3
1,1
0,07
0,03
0,03
0,05
0,5
0,007
0,05
остальное
Содержание компонентов в чугунах, мас. %
2
3
4
5
2,7
3,1
3,3
3,6
2,0
1,4
1,7
2,2
0,2
0,3
0,5
0,7
0,01
0,03
0,2
0,50
0,01
0,02
0,2
0,40
0,01
0,02
0,8
1,50
0,1
0,20
0,3
0,35
0,01
0,02
0,05
0,06
0,02
0,04
0,05
0,06
0,01
0,02
0,025
0,03
0,15
0,21
0,36
0,55
0,01
0,02
0,03
0,04
0,01
0,03
0,045
0,06
0,01
0,02
0,03
0,04
ост.
ост.
ост.
ост.
6
3,8
2,6
1
0,7
0,6
1,7
0,4
0,13
0,08
0,05
0,6
0,05
0,08
0,06
ост.
Таблица 2
Показатели свойств для чугунов составов
1 (изв.)
2
3
4
5
6
Временное сопротивление, МПа 740
741
775
810
790
764
Предел текучести, МПа
281
270
310
345
336
288
Ударная вязкость, Дж/см2
23
24
32
40
38
30
Предельный режим при трении,
28
27
38
49
46
36
МПа. м/с
Средний износ при сухом тре0,32
0,34
0,18
0,14
0,20
0,27
нии, мкм/км
Коэффициент трения
0,40
0,38
0,35
0,30
0,33
0,37
Содержание в структуре верми85
52
20
12
18
25
кулярного графита, %
Свойства чугунов
Как видно из табл. 2, предложенный чугун обеспечивает литым изделиям более высокие механические, антифрикционные и эксплуатационные свойства, чем известный.
Источники информации:
1. ГОСТ 1585-85 Чугун антифрикционный для отливок. Марки.
2. Патент Японии 57-32352, МПК C 22C 37/08, 1982.
3. Патент RU 2337996, МПК C 22C 37/10, 2008.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
101 Кб
Теги
by15764, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа