Результат интеллектуальной деятельности: СЕРЫЙ ФРИКЦИОННЫЙ ЧУГУН

Изобретение относится к области металлургии, в частности к серым фрикционным высокофосфористым чугунам. Может использоваться для изготовления литых тормозных колодок и других деталей механизмов трения.

Известен чугун для тормозных колодок (Патент RU 2122042, МПК C22C 37/10, 1998), содержащий, мас.%:

Известный чугун обладает нестабильными характеристиками механических свойств и низкой трещиностойкостью.

Известен также серый фрикционный чугун (Патент RU 2326178, МПК C22C 37/10, 2008), содержащий, мас.%

Этот фрикционный чугун имеет недостаточные характеристики прочности и ударно-усталостной долговечности, не превышающей 10,5-12,8 тыс. циклов.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является фрикционный чугун (Патент RU 2442838, МПК C22C 37/06, 2010), содержащий, мас.%:

Предел прочности при растяжении этого чугуна составляет 250-280 МПа; твердость НВ 252-279; ударно-усталостная долговечность 13,5-17,1 тыс. циклов; коэффициент трения 6,5-6,9; трещиностойкость 3-7 трещин в пробе. При изготовлении тормозных колодок отмечается недостаточная ударно-усталостная долговечность.

Задачей данного технического решения является повышение ударно-усталостной долговечности и трещиностойкости.

Поставленная задача решается тем, что серый фрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, хром, серу, азот, бор, алюминий и железо, дополнительно содержит барий и магний, при следующем соотношении компонентов, мас%:

Существенным отличием предложенного чугуна является дополнительное введение бария и магния. Проведенный анализ предложенного решения показал, что на данный момент неизвестно техническое решение, в котором отражены указанные отличия. Кроме того, эти отличия являются необходимыми и достаточными для достижения положительного эффекта, указанного в цели изобретения. Это позволяет сделать вывод, что данные отличия являются существенными.

Дополнительное введение 0,02-0,05% бария обусловлено его химической, модифицирующей и графитизирующей способностью и значительным влиянием на дисперсность структуры металлической основы, очистку границ зерен и форму графита, что способствует повышению упругопластичных свойств чугуна, его трещиностойкости и ударно-усталостной долговечности. При концентрации бария до 0,02% модифицирующий эффект, упругопластические свойства и ударно-усталостная долговечность недостаточны. При повышении содержания бария более 0,05% увеличиваются угар, неоднородность структуры чугуна в отливках и снижаются характеристики ударной вязкости, удароустойчивости и трещиностойкости.

Введение магния в чугун в количестве 0,01-0,03% оказывает раскисляющее и модифицирующее влияние, повышает содержание в структуре сфероидизированного графита, механические и фрикционные свойства чугуна в отливках. При концентрации магния до 0,01% модифицирующий эффект, механические свойства и ударно-усталостная долговечность недостаточны, а при повышении содержания магния более 0,03% снижаются трещиностойкость, стабильность коэффициента трения и удароустойчивость.

Опытные плавки чугуна доэвтектического состава проводили в коксовых вагранках производительностью 5 т/ч с копильником. В качестве шихтовых материалов использовали литейные чугуны марок Л3 и Л5, передельный чугун марки ПЛ5, чугунный лом марок 16А и 17А, стальной лом группы 1А, ферромарганец ФМн75, доменный феррофосфор марок ФФ16 и ФФ18, феррохром ФХ800 и другие ферросплавы.

Рафинирование, раскисление и доводку чугуна по химическому составу проводили в копильнике. Модифицирование расплава производили при выпуске чугуна из копильника в разливочный ковш с использованием ферросилико-бария, порошков ферробора в составе экзотермических модифицирующих таблеток на основе кремния, магния и алюминия.

В песчано-глинистых литейных формах получали тормозные колодки типа «Ф», отливки и технологические пробы на трещиностойкость и стандартные образцы для механических и фрикционных испытаний.

В таблице 1 приведены химические составы известного и предложенного чугунов опытных плавок.

Исследование структуры (ГОСТ 3443-87), механических свойств (ГОСТ 27208-87) и эксплуатационные испытания литых изделий проведены в литом состоянии без термической обработки. Исследования на трещиностойкость проводили на звездообразных технологических пробах высотой 140 мм, а определение ударной вязкости - на образцах без надреза.

В таблице 2 приведены результаты механических и фрикционных испытаний, исследование трещиностойкости чугунов в отливках.

Как видно из таблицы 2, предложенный чугун обладает более высокими характеристиками трещиностойкости, механических и фрикционных свойств.