Лигатура для чугуна

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к лигатурам для обработки износостойких чугунов, используемых для изготовления деталей тормозных устройств. Целью изобретения является повышение задиростойкости и эксплуатационных свойств чугуна. Цель достигается тем, что лигатура для чугуна, содержащая медь, алюминий, фосфор, углерод и железо, дополнительно содержит нитриды марганца, теллур, иттрий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: медь 12-20, алюминий 7-12, фосфор 10-16, нитриды марганца 12-17, теллур 6-10, иттрий 8-12, бор 2-5, углерод 0,6-1,5, железо-остальное. Использование предложенной лигатуры для легирования чугуна обеспечивает повышение предела прочности в 1,8 - 2 раза, износостойкости - в 1,9-2 раза, стойкости к задиру-в 1,4 - 1,6 раз. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (191 (Н1

А1 (б1) 4 С 22 С 35/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4359505/31-02 (22) 11.01.88 (46) 23.10.89. Бюл.№ 39 (71) Всесоюзный заочный политехнический институт (72) Б. К. Святкин, М.И. Карпенко, Е,И.Марукович, А.И.Лаврова и

Ю.Г.Сер«бряков (53) 669,15-198(088.8) (56) Авторско« свидетельство СССР № 960294, кл. С 22 С 35/00, 1982.

Авторское свид«т«льство СССР № 610878, кл. С 22 С 35/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР

¹ 711145, кл. С 2" С 35/00, 1980. (54) ЛИГАТУРА ДЛЯ ЧУГУНА (57) Изобр«тение относится к металлургии, в частности к лигатурам для обработки износостойких чугунов, исИзобрет«ни« относится к металлургии в частности к лигатурам для обработки износостойких чугунов, используемых для изгитовл«ния деталей тормозных устройств.

Цель изобретения — повышение зади ростойкости и эксплуатационных свойств чугуна.

Лигатура для чугуна, содержащая медь, алюминий, фосфор, углерод и железо, дополнительно содержит нитриды марганца, теллур, иттрий и бор при следуюцем соотношении компонентов, мас.X:

Медь 12-20

Алюминий 7-12

Фосфор 10-16

2 пользуемых для изготовления деталей тормозных устройств. Целью изобретения является повышение эадиростойкости и эксплуатационных своиств чугуна. Цель достигается тем, что лигатура для чугуна, содержащая медь, алюминий, фосфор, углерод и железо, дополнительно содержит нитриды марганца, теллур, иттрий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.Х: медь

12-20; алюминий 7-12; фосфор 10-16; нитриды марганца 12-17; теллур 6-10; иттрий 8-12; бор 2-5; углерод 0,61,5; железо — остальное. Использование предложенной лигатуры для легирования чугуна обеспечивает повышение

Ю предела прочности в 1,8-2 раза, иэносостойкости в 1,9-2 раза, стойкости к задиру в 1 4-1,6 раз. 2 табл.

С:

Нитриды марганца 12-17

Теллур 6-10

Иттрий 8-12

Бор 2-5

Углерод 0,6-1,5

Железо Остальное

Дополнительное введение в состав лигатуры нитридов марганца об«спечивает повышение стабильности иэотропной структуры чугуна, и коэффициента трения, твердости и прочности чугуна, что способству«т увелич«нию задиростойкости и эксплуатационных свойств при сухом трении. Микролегирующий эффект нитридов марганца при их содержании до 12 мас,7. н«достаточен, не обеспечивается получсни» из< троп1516504 ной структуры и повышение твердости, иэносостойкости и фрикциоипых свойств чугуна, а при концентрации нитридом марганца более 17 мас.% увеличивается содержание неметаллических включений по границам зерен, снижаются механические и фрикционные свойства.

Теллур отбеливает и измельчает структуру и повышает содержание перли 10 та, твердость, прочность, фрикционную теплостойкость и другие фрикционные свойства, но при содержании более

10 мас.% увеличивается отбел чугуна, что снижает ударную вязкость,задиростой 5 кость и коз<<><<>ициент трения, а при содержании теллура в лигатуре до

6 мас.% его I>zl»>IIIII< на прочность, твердость и фрикци,.нные свойства несущественно. 20

НтTpHH модифицирует структур < на, понижает термодинамическую активность углерода, Ilot>l:llt! Iåò степень сфероидизацип графита I! .:: ита, твердость чугуна, что поь,:«нет <ч<ханичес- 25 кие и фрикционные с»о!:!o «!.< угуна. При концентрации иттрп, <<.;,, "- и< дифицирующий э<рц>ект лиг;<т, <я, >:, цость и фрикционные свойстг<з < > » <кпе.

30 более 12 мас.% т! содержание неиетал>пг <:, "..: „:ий

B структуре, и сн><ж< : . п.!, ., " I I« I;II!: и фрикционп<ь>е свойст

Введение бор» >б>у<.л .в. ". !! << Ill!

35 ем устойчивост>«.о.: <ф><ц <е.> г! i j .>о< задиростойкост и вслед:тп><. о ния в чугуне карбоб >, >,. кой, твердой и износ . г<>йк ><. кой, чем фосф><дная, . Tt .å÷ае. ; содержании бор» » лига>ур

2 мас.%. При к >нцентj

5 мас.% карбобориды р: преимущественпо по г<..>< ы ! что снижает трещиност<.><ко.:т<,, t.«;

<< 5 ные и эксплуатацпонпые сво«< т:..

Медь в составе лигатуры об.:с.<:ч .— вает иэмельчение структуры мпкpoJIпп<о и сфероидизацию перлита метал.;!«о< к<>п

50 основы, способствует повышению твердости, износостойкости и контактной выносливости, а также предела прочности при растяжении. При конце> .Тр 3I,èè меди до 12 мас.% твердость, контактная

55 выносливость, эадиростойкость, фрикционные свойства и предел про <ности чугуна при раст яжешш недо та очны, а при концентрации меди более

20 мас.% ухудшаются технологические свойства, увеличивается ликвация, снижаются предел выносливости, износостойкость, коэффициент трения и одноpopH<>cTb структуры.

Содержание алюминия в составе лигатуры снижено до 7-12 мас.%, что способствует уменьшению его графитизирующей способности на микролегированный чугун и повышению фрикционных и механических свойств. Нижний предел содержания алюминия (7 мас.%) ограничивается повышением отбела и снижением контактной выносливости и коэффициента трения при более низких его содержаниях, а при увеличении концентрации алюминия более 12 мас.% снижается усвоение компонентов лигатуры, твердость, фрикционная теплостойкость и увеличивается содержание пластинчатого перлита в структуре чугуна.

Углерод в составе лигатуры оказывает графитизирующее вл<п<ние, снижает твердость и сопротивляемость задиру и износу, поэтому его содержание ограничено 0,6-1,5 мас.%. При увеличении содержания углерода более

1, 5 < <ас. % снижается твс1>д<> с у:::,ционная стойкость. 1 <-<1»р в составе лиг«.уры обеспечивает II >в<.<»<ение cT< lleltti > ерлитизации, твердости, износостоикости и коз<1><1:пи> t!T J трения. При концентрации фосф< р . до 10 мас,% увслнчеHIM коэфIIIII<.»гга греция, твердости и износостойк >ст>< недостаточно, а при кон> о .,!> ««« сфора более 16 мас.%

otII!;:<,> г! ся <>днородность структурЫ, у.<:,"««а:тся отдел. количество уса; р .,< опн и с>пгкаетс» фрнкцион: "ойкость. .."павки чугуна проведены <к электропечах с перегрева> 1>;:. It;t;!I!туp) выплавляют и индукционной с кваоц<итовым тиглем емкостью

30 кг. Плавку проводят в следующей после.toL ательности. Сначала под слоем д1>евесн<>гo угля расплавляют медь и раскисляют ее фосфором. После этого вводят фосфобор и, выдержав в течение

7-10 мин, вводят расчетное количество фосфора, пор<>шка нитридов марганца и алюминий. После растворения их присаживают при 1150-1200 С плавиковый шлат (0,2% от массы расплава) и за

3-5 мин до разливки при непрерывном перемешивании вводят теллур. Лигату504

Таблица 1

Содержание компонентов, мас.Х

Лигатура

Медь Алюми- Фосфор ний

Нитриды марган- Углерод Теллур Иттрий Бор Железо ца

1" (известная)

Остальное

4

0,6

35 20

12 7

10 12

17 10

20 12

l4 15

16 17

8 10

l0 12

0,8

1,5

5 1516 ру нрн 1120-1130 Ñ разливают по формам.

В табл.l приведены составы выплавленных лигатур н результаты их испыта5 ний. Лигатуру иснытывают при микропегировании фрикционного .чугуна, содержащего, мас.7.: углерод 3,2; кремний

1,8; марганец 0,7; фосфор 0,08-0,1; никель — до 0,2; серы — до 0 1- хром 10

0,04-0,08; железо — остальное.

Температура чугуна при выпуске из печи 1400-1420 С.

Механические свойства микролегиро- 15 ванных чугунов определяют по стандартным методикам на цилиндрических образцах ф 30 мм, а оценку коэффициента трения и фрикционно-износных свойств проводят на кольцевых образцах на машине 20 трения УМТ-1М в условиях установивше— гося режима трения в соответствии с известной методикой. Эксплуатационную стойкость чугунов определяют на инерционных испытательных стендах по схеме неподвижная колодка из асбоцементного материала — вращающийся цилиндр из исследуемого чугуна. Скорость вращения образцов 1,26 — 1,57 м/с, удельная нагрузка за цикл изменяется 587

6320 мПа. Удельную нагрузку и силу трения регистрируют при помощи тензометрического динамометра через усилитель УТ-Ч и осциллографа Е-117. В . качестве материала для неподвижных ко-35 лодок используют материал 6КХ-1Б с жепезнhIM суриком в к l÷ccтнt. t>ñ IíIííс го наполнитепя. Диаметр цилнндрннес кнх образцов иэ исследуемого чугуна составляет 60 мм.

Механические свойства чугунсгв нрнэ ведены в табл.2.

Как видно из табл.2, использонание предлагаемой лигатуры дпя микролегировання износостойкого чугуна обеспечивает повышение твердости, эксплуатационной стойкости и фрикционных свойств с большей степени, чем изве-. стная лигатура.

Формула ° изобретения

Лигатура для чугуна, содержащая медь, алюминий, фосфор, углерод и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения задиростойкости и эксплуатационных свойств чугуна, она дополнительно содержит нитриды марганца, теллур, иттрий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.7.:

Медь l2-20

Алюминий 7-12

Фосфор 10-16

Углерод 0,6-1,5

Нитриды марганца 12-17

Теллур 6-10

Иттрий 8-12

Бор 2-5

Железо Остальное

)516504

Таблица2

ЭксплуатациКоэффициент трения

Твердость, НВ

Относительная изЛигатура онная стойдиру, МПа ° м/с носостойKOCTb K кость, тыс. циклов перлитизации матрицы, Х

Составитель И.Бекренева

Техред Л.Олийнык Корректор И.Максимишинец

Редактор Н.Рогулич

Подписное

Тираж 576

Заказ 6351/25

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытинм при ГКНТ СГСР

113035, Мог ква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Произ воде гвенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгоро:l, .з. Гагарина, 1О!

1 (известная)

3

Предел прочности при растяжении, ИПа

265 у 230

515 290

560 312

540 298

1,25 0,19

2,41 О, 3!

2,56 0,39

2,52 0,35

Повы- Стойшение кость степе- к заll 2320 23-28

35 3180 38-46

42 3860 43-52

40 3750 41-47