АНТИФРИКЦИОННЫЙ ЧУГУН
BEARING CAST IRON

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления отливок тормозных дисков.
Известен «Антифрикционный чугун для крупногабаритных отливок» по патенту №2221072 от 10.10.2002 г., содержащий (в мас.%):
углерод
2,9-3,5
кремний
0,9-1,5
марганец
0,5-1,0
медь
0,05-1,55
никель
0,02-0,3
хром
0,08-0,3
сера
0,02-0,08
фосфор
0,15-0,5
олово
≤0,1
железо
остальное
Недостатками известного «Антифрикционного чугуна для крупногабаритных отливок» являются недостаточная трещиностойкость, недостаточная износостойкость при содержании углерода и кремния в указанных диапазонах, появление отбела (выделение свободного цементита) при концентрации хрома более 0,12%; хладноломкость при содержании фосфора более 0,10%; незначительное влияние содержания никеля и хрома в указанных диапазонах на механические свойства и износостойкость антифрикционного чугуна; отрицательное влияние хрома на теплофизические характеристики антифрикционного чугуна, в частности на его теплопроводность. Однако известный антифрикционный чугун может быть принят за прототип.
Цель изобретения - повышение трещиностойкости, повышение износостойкости, устранение отбела (свободного цементита), хладноломкости антифрикционного чугуна.
Для достижения указанной цели чугун содержит (в мас.%):
углерод
3,40-3,65
кремний
1,30-1,49
марганец
0,5-0,7
медь
0,3-0,6
никель
≤0,13
хром
≤0,12
сера
0,09-0,13
олово
0,08-0,12
фосфор
≤0,1
железо
остальное
Содержание углерода 3,40-3,65 (в мас.%) и кремния 1,30-1,49 (в мас.%) позволяют сохранить прочностные характеристики антифрикционного чугуна, а содержание свободного углерода в виде графита, играющего роль твердой смазки, позволяет повысить износостойкость, увеличить теплопроводность и, как следствие, трещиностойкость. Данные результаты изменения механических свойств могут быть получены при введении следующих легирующих элементов: марганца 0,5-0,7 (в мас.%), меди 0,3-0,6 (в мас.%) и серы 0,09-0,13 (в мас.%). При соединении марганца с серой происходит образование пластичных и тугоплавких сульфидов.
В табл.1 приведены химический состав, механические свойства и износостойкость предлагаемого антифрикционного чугуна, в табл.2 - результаты испытаний на трещиностойкость тормозных дисков из предлагаемого антифрикционного чугуна.
Таблица 1
Состав, %вес.
σ<sub>в</sub>(ср), МПа
НВ<sub>ср</sub>
I*, мм
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Сu
3,59
1,46
0,64
0,034
0,13
0,12
0,13
0,53
299
205
0,068
Норматив
≥255
190-240
*) Результаты линейного износа получены при стендовых натурных испытаниях
Таблица 2
Параметры оценки результатов испытаний опытных тормозных дисков
Биение, мм
ТРЕЩИНЫ
До испытания
После испытания
Изменение
Длина ≤10 мм (наличие)
длина >10 мм (количество)
Максимальная длина, мм (количество)
сквозные трещины (количество)
Допустимые результаты
-
-
+0,070
Сетка поверхност-ных трещин
нет
10
нет
Диск №1
Наружная сторона
0,129
0,142
+0,013
Небольшое кол-во очень тонких поверхностных трещин; расположены на середине дорожки трения диска по дуге ~ 90° - ширина полосы рассеяния трещин до ~ 7 мм.
Нет
~3,5 (одна)
нет
Внутренняя сторона
0,129
0,126
-0,003
Видимых трещин нет
нет
-
нет
Диск №2
Наружная сторона
0,110
0,127
+0,017
Видимых трещин нет
нет
-
нет
Внутренняя сторона
0,114
0,112
-0,002
Видимых трещин нет
нет
-
нет
Антифрикционный чугун был получен следующим образом. Выплавку проводили в индукционной среднечастотной печи. Шихту готовили из литейного чугуна Л1; лома стального марок 1А, 2А, 8А-10А; возврата от нирезиста ЧП16Д7ГХШ; меди катодной, медных отходов, меди без полуды и пайки марок Мок, М1к, М2к, Моок, M1; феррохрома марок ФХ800А, Б; ФХ850А, Б; FeCr70C70Si2, FeCr60C70Si2; ферромарганца марок ФМн70, ФМн78, ФМн88; ферросеры ФСу30, ФСу25, ФСу35; олова марки 01 и графита искусственного измельченного марки ГИИ-А. Все шихтовые материалы, кроме олова и ферросеры, подавали в завалку. Ферросеру вводили в жидкий металл за 10-12 минут до выпуска антифрикционного чугуна из печи, а олово - за 2-3 минуты до выпуска. Разливку антифрикционного чугуна производили в песчано-глинистые формы.