Чавун

Чавун, що містить вуглець, кремній, марганець, алюміній, мідь, рідкоземельні елементи і залізо, відрізняється тим, що він додатково містить іттрій, олово, цинк і ніобій при наступному співвідношенні компонентів мас%: 29830 бофази: графіт + e-бронза. Концентрація міді нижче 10,0% не забезпечує стабільності отримання в структурі необхідної кількості високомідистої фази, а мідь, що знаходиться в твердому розчині внаслідок ефекту поверхневої сегрегації, акумулюється на робочій поверхні тертя і різко підвищує коефіцієнт тертя. Для усунення цього явища потрібно застосовувати спеціальне мастило, що утворює з міддю трибоплівку ("сервовитна"). При збільшенні вмісту міді понад 14,0% підсилюється схильність її до утворення різко вираженої зони ліквації. Запропонований діапазон концентрації міді (10-14,0%) забезпечує ціленаправлене регулювання кількісного співвідношення металічної матриці і трибофаз, що дозволяє здійснювати свідоме управління процесом формування стійкості проти спрацювання і антифрикційних характеристик у виливках. Вміст рідкоземельних металів у запропонованому чавуні збільшено по верхній межі з 0,3% до 0,38%, що гарантує при модифікуванні отримання графіту кулястої форми, яка може деградувати під впливом високих концентрацій Аl, Sn і Zn. Перевищення кількості рідкоземельних елементів (РЗЕ) понад 0,38% сприяють забрудненню чавуну пленами. Вміст рідкоземельних елементів менше 0,08% приводить до утворення в чавуні великої кількості вермикулярного графіту. Введення іттрію від 0,10 до 0,15% підсилює модифікуючу дію. Запропонований чавун виплавляють в індукційній печі ЛПЗ 67 або ИСТ 0,06. В якості шихтових матеріалів використовують чавун, стальний і кольоровий брухт з відомим складом і стандартизовані метали (Al, Cu, V), феросплави, а також модифікатори. Отримують чавун шля хом окремих плавок чавун у і мідного сплаву з наступним змішуванням розплавів в ковші, що потребує наявності двох плавильник агрегатів. Приведені ливарні технології рівнозначні по кінцевому результату розплаву. Чавун розливається в сухі пісчані форми. Термообробку здійснюють згідно приведеного режиму: ізотермічне гартування від температури аустенізації 860°С, температура аустемперінга 350°-400°С. Після витримки 2,0-2,5 год. охолоджують на повітрі або замочують у воді. Ме ханічні властивості на рівні відомих марок високоміцних чавунів: межа витривалості sв³400-500 МПа, HRC 32-34. Запропонований чавун наділений підвищеною деформаційною здатністю: при холодному пресуванні залишкова деформація ³25-30%, приведене напруження ³600-700 МПа. Для визначення фізико-механічних властивостей використовують стандартні методики. Дослідні і відомі сплави піддають випробуванню в умовах тертя ковзання на машинах різних конструкцій з одинаковою схемою робочих органів: вал-вкладка (зразок). Умови випробування: тиск в зоні контакту Р=2,5 МПа, швидкість ковзання V=1 м/с, середовище - вода (1-3), масло (4,5) - И-20А, ДСТУ 20799-75. Хімічний склад і результати випробування приведені в таблиці. Аналіз отриманих даних свідчить про те, що запропонований чавун в умовах тертя ковзання має в 1,3-1,7 рази більшу стійкість проти спрацювання у водному середови завдання вирішується наступним чином. У відомому чавуні, який містить вуглець, кремній, марганець, алюміній, мідь, РЗМ і залізо згідно запропонованого винаходу, чавун додатково містить іттрій, олово, цинк і ніобій при наступному співвідношенні компонентів мас.%: вуглець 1,85-3,85 алюміній 4,5-6,5 мідь 10,0-14,0 марганець 0,25-0,45 кремній 0,15-0,45 рідкоземельні елементи 0,08-0,38 іттрій 0,1-0,15 олово 3,0-6,0 цинк 1,5-2,5 ніобій 0,05-0,10 залізо решта. В якості постійних домішок присутні: фосфор (0,01-0,20%), сірка (0,01-0,015%), марганець (0,250,45%) і кремній (0,15-0,45%). Сутність пропозиції заключається в зміні співвідношення концентрації алюмінію, міді, РЗМ, а також доповнення вмісту олова, цинку, ніобію і іттрію. Вибір граничних меж компонентів обумовлений наступним. Діапазон концентрації вуглецю змінений: замість 2,8-3,68% запропоновано 1,83,85%, що є оптимальним, оскільки узгоджується з впливом великих кількостей Cu, Al, Sn і Zn на розчинність його в розплаві і дозволяє отримати чавуни біля евтектичного і доевтектичного складу. Це забезпечує задовільні ливарні характеристики, в першу чергу - рідкотекучість, а також сприяє покращенню антифрикційних характеристик за рахунок первинних кристалів графіту к улястої форми. Межі вмісту алюмінію в розробленому ливарному сплаві змінені з 1,0-4,2 на 4,5-6,5%. Нижня межа алюмінію забезпечує високий рівень графітизуючої здатності елементу в Fе-С сплавах і сприяє утворенню в структурі металічної матриці евтектоїда (Ф+Fе3 АlС) замість перліту (Ф+Fе3С). Обидва ефекти проявляють позитивний вплив на процес формування стійкості проти спрацювання і сприяють набуванню чавуном більш високих антифрикційних характеристик. При вмісті 1,0-4,2% Аl отримання структури із спеціальним евтектоїдом неможливе. При підвищенні концентрації алюмінію більше 6,5% чавун набуває крихкості в зв'язку із утворенням половинчатої структури, в склад якої входить первинний карбід Fе3АlС. Вміст міді в запропонованому сплаві збільшено з 1,5-8,0% до 10-14%, що забезпечує оптимальність та високі параметри стійкості проти спрацювання і антифрикційності. Нижня границя міді гарантує початок перевищення рівня розчинності її в Fe-C сплавах і сприяє утворенню трибофази на основі міді, в склад якої можуть входити практично всі компоненти чавуну (крім вуглецю), а також такі добавки, як олово і цинк. Фактично високомідиста фаза в таких сплава х відповідає природі (e-бронз) (Мікророзподіл елементів оцінювався з точністю до 5-го знаку на площі 1,5 мкм 2 з допомогою рентгенівського мікроаналізатора ІХА 733 "Jeol" яп.) (див. таблицю). По суті структура чавун у являє собою конгломерат із металічної матриці, що містить мідь і три 2 29830 щі, а в умовах змащування в 3-4. Коефіцієнт тертя знижується, відповідно, в 1,8-2,5 і 4-5 рази. Економічна доцільність запропонованого сплаву по відношенню до відомих сплавів, визначається можливостями заміни бронз, пористих матеріалів (порошкових) і спеціальних пластмас, виготовлення яких пов'язане з використанням дефіцитних, а часом і дорогих вихідних матеріалів. Крім цього характерною особливістю розробленого чавуну являється простота технологічного циклу виготовлення деталей і доступність її здійснення в умовах ливарних дільниць участків і цехів машинобудівних заводів. На основі досліджень стійкості проти спрацювання, антифрикційності і механічних властивостей виплавлених чавунів встановлено, що в порівнянні з прототипом, запропонований чавун володіє більш високим рівнем комплексу властивостей. Чавуни, склад яких виходить за граничні межі, мають незадовільні властивості в комплексі, що визначають належність їх до стійких проти спрацювання і антифрикційних матеріалів. Таблиця C Si Mn Al Cu РЗЭ V Ti Sb Sn Zn Nb Y Інтенсивність спрацювання Ig, (г/км)*10 -3 Коефіцієнт тертя f Вміст компонентів, мас. % Відомий Запро нований 3,4 0,6 0,8 3,5 7,8 0,2 0,4 0,5 0,2 4,5 0,20 1 2 3 4* 5* 1,9 2,8 3,8 3,2 3,4 0,45 0,40 0,42 0,15 0,20 0,25 0,30 0,40 0,45 0,35 5,5 4,6 4,8 5,0 5,4 10,2 12,0 13,8 8,5 9,2 0,10 0,30 0,38 0,30 0,22 3,0 4,5 5,8 5,6 5,9 1,5 2,2 2,5 2,0 2,3 0,05 0,08 0,10 0,08 0,10 0,11 0,13 0,10 0,15 0,12 3,28 2,80 2,60 1,40 1,20 0,12 0,10 0,06 0,05 0,04 Склад * із змащенням. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3