Залізовуглецевий антифрикційний сплав

Залізовуглецевий антифрикційний сплав на основі заліза, що містить вуглець, кремній, марганець, сірку, який відрізняється тим , що він до датково містить кальцій, титан та алюміній при співвідношенні Mn S не більш ніж 3 1 при наступному співвідношенні компонентів, мас % Вуглець 1,10-1,60 Кремній 0,80-1,30 Марганець 0,20-1,00 Кальцій 0,01-0,30 Титан 0,05-0,30 Винахід відноситься до області металурги, зокрема, до залізовуглецевих антифрикційних сплавів для виготовлення натискуючих гайок гвинтових пар,"башмаків, втулок і вкладишів ПІДШИПНИКІВ ковзання прокатних станів, кар'єрних екскаваторів і іншого прничометалурпйного і машинобудівного обладнання" Відомий ливарний сплав на основі заліза, (авторське свідчення №1011722, кл МКИ С22С38/60, бюл №14, 1982р) маючий наступний ХІМІЧНИЙ склад, мас % Вуглець 1,20-1,40 Кремній 1,20-1,40 Марганець 0,40-0,60 Сірка 0,20-0,50 Кальцій 0,005-0,04 Залізо основа Найбільш близьким по технічній суті сплаву, який пропонується, є ливарний сплав на основі заліза (Авт св №226174, кл МКИ С22С38/60, бюл 1968г), маючий наступний ХІМІЧНИЙ склад, мас % Вуглець 0,90-1,10 Кремній 1,40-1,60 Марганець 0,40-0,60 Сірка 0,25-0,50 Фосфор до 0,06 Хром до 0,05 Залізо основа Даний сплав володіє відносно низькими фізико-механічними властивостями і ЗНОСОСТІЙКІСТЮ при задовільних антифрикційних вла стивостях і не може працювати при високому питомому тиску на контактних поверхнях тертя ковзання, при тимчасових перервах в подачі мастила Метою винаходу є удосконалення ливарного сплаву на основі заліза шляхом зміни КІЛЬКІСНОГО складу основних компонентів вуглецю, Марганця, кремнію і додатковим модифікуванням титаном, сілікокальцієм, плавиковим шпатом (CaF), алюмінієм, кремнієм і сіркою (комплексний модифікатор), в подальшому KM, що приводить до зменшення коефіцієнта тертя, зниження зносу виробу і підвищенням фізико-механічних властивостей Поставлена задача вирішується тим, що відомий ливарний сплав на основі заліза, утримуючий вуглець, кремній, марганець додатково містить кальцій, титан та алюміній при співвідношенні Mn S не більш ніж 3 1, при наступних змістах елементів, мас % Вуглець 1,10-1,60 Кремній 0,80-1,30 Марганець 0,20-1,00 Кальцій 0,01-0,30 Титан 0,05-0,30 АЛЮМІНІЙ 0,06-0,10 Сірка Залізо 0,15-0,60 основа АЛЮМІНІЙ 0,06-0,10 Сірка 0,15-0,60 Залізо основа Ознаками, що відрізняють залізовуглецевий сплав, що заявляється від прототипу, присутність титана і алюмінію ю 00 ю 58975 Вказаний склад сплаву забезпечує рівномірний розподіл графітних і сульфідних включень, що сприяє поліпшенню його механічних і антифрикційних властивостей і, ВІДПОВІДНО, підвищує ЗНОСОСТІЙКІСТЬ і несучу здатність при терті важконагружених деталей вузлів тертя-ковзання прничометаллурпйного обладнання Необхідність вмісту в сплаві компонентів у вище приведених співвідношеннях зумовлені наступними обставинами Вуглець - нижня межа концентрації забезпечує формування необхідної КІЛЬКОСТІ графітних включень, без використання додаткових ускладнюючих технологію спеціальних прийомів Верхня межа концентрації зумовлена відсутністю зростання антифрикційного і фізико-механічних властивостей Кремній - нижня межа концентрації забезпечує формування однорідного графітізированного сплаву, верхній рівень концентрації обмежений можливістю утворення великих графітних включень і формуванню графітних колоній Марганець - нижня межа змісту, зумовлений вимогам обмеження і зменшення можливості утворення сульфіду заліза (FeS), що гальмує процес утворення графітних включень, перешкоджаючи створенню додаткової змазки у вузлах тертяковзання, і усунення "налипання" Верхня межа зумовлена збільшенням КІЛЬКОСТІ перліта, що різко знижує пластичність і ударну в'язкість Кальцій - нижня межа змісту забезпечує початок утворення графіту кулевидної форми При ЗМІСТІ кальцію вище верхньої межі, в структурі сплаву утвориться цементит і, отже, знижуються механічні властивості Сірка - нижня межа змісту забезпечує підвищення механічних властивостей за рахунок поліпшення форми графіту При співвідношенні Mn S-0,8 3,0 утворяться сульфіди Марганця (MnS), що зменшують тертя і знос пари тертя Верхня межа зумовлена зниженням МІЦНОСТІ І пластичності сплаву, утворенню тріщин при високих температурах Титан - підвищує механічні властивості сплаву, подрібнюючи структуру твердого розчину, підвищує його корозійну СТІЙКІСТЬ Добавка титана 0,090,3% сприяє утворенню міцних нерозчинних карбідів, які нарівні з карбідами заліза і нітридами титана сприймають питомий тиск При ЗМІСТІ титана 0,09-0,3% спостерігається максимально високі механічні властивості При ЗМІСТІтитана менше за 0,09% знижуються механічні властивості Збільшення змісту титана вище за 0,3%, утворяться тверді сульфіди титана, що приводить до підвищення твердість сплаву і його охрупчуванню АЛЮМІНІЙ - є активним розкислювачем і модифікатором сплаву, глобулізатором неметалічних включень і виведення їх в шлак При ВМІСТІ алюмінію 0,06-0,1 у відливках практично немає ливарних вад у вигляді газових раковин, підвищуються антикорозійні властивості і спостерігається щільна однорідна структура Проведений пошук по науково-технічних і патентних джерелах інформації і вибраний з переліку аналогів прототип, дозволив виявити вище приведені ознаки в технічному рішенні, що пропонується Отже, технічне рішення, що пропонується "Залізовуглецевий антифрикційний сплав" задовольняє критерію винаходу - "новизна" Проведений додатковий аналіз відомих технічних рішень для визначення в них ознак, схожих з ознаками відмітної частини формули технічного рішення, що заявляється показав, що ці ознак не знайдені серед відомих рішень Отже, технічне рішення, що заявляється задовольняє критерію винахід "винахідницький рівень" Приклади конкретного виконання Для отримання складу сплаву, що пропонується підготовлюються п'ять сумішів інградіентів (Таблиця 1 ) Плавку залізовуглецевого антифрикційного сплаву здійснювали в індукційній тигельній печі ЛПЗ-57 з кислою футіровкою За три-п'ять хвилин до випуску металу, вводили добавку алюмінію в розплав, KM (титан- сірка- плавиковий шпатсіліко-кальцій), давали в заздалегідь розігрітий ківш, перед випуском металу У якості шихти використали наступні матеріали (див табл 2) Температура плавки становила 1450-1500°С Потім заливали стандартні технологічні проби ДЗОмм, для дослідження фізикомеханічних властивостей і визначення їх ХІМІЧНОГО складу сплавів Випробування механічних властивостей зразків з сплавів, що пропонуються проводили після термічної обробки Випробовування на розтягнення проводили по ГОСТ 1497-84 на циліндричних зразках діаметром 10мм з розрахунковою довжиною 50мм Випробовування на знос проводилися по схемі "диск по диску" тертям котіння на машині МІ-1М при нормальній температурі і постійному навантаженні ЮОкгс Зразки обвішуються до і після випробувань Визначення ударної в'язкості проводять по ГОСТ 9454-78 Твердість сплавів (НВ) вимірювалася по ГОСТ 9012-59 на твердомірі Брінель моделі ТШ-2М при кімнатній температурі Сплав, що пропонується розроблений авторами і випробуваний на ряді гірничо-збагачувальних і металургійних комбінатів, наприклад, на Північному ГЗК, ЦГЗК, Південному ГЗК, НТЗ їм Карла Лібкнехта і т д Отже, пропонуємий "Залізовуглецевий антифрикційний сплав" відповідає критерію "Промислове застосування" 58975 Таблиця 1 Хімичний склад № п/ п Механічні властивості С Si Mn S Ca Ті Cr Al 1 2 3 4 5 1,10 1,25 1,43 1,52 1,60 0,80 0,95 1,12 1,24 1,30 0,20 0,51 0,73 0,84 1,00 0,15 0,29 0,41 0,50 0,60 0,010 0,042 0,120 0,190 0,300 0 05 0,08 0,12 0,21 0,30 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 6 7 8 1,20 1,30 1,40 1,40 1,30 1,40 0,40 0,50 0,60 0,20 0,35 0,50 0,005 0,020 0,040 кг/мм 45,0 51,5 69,3 70,5 55,1 2 5% Ак кг/см 2 Ктр 5,4 6,0 8,4 8,2 7,3 4,9 6,2 7,0 7,1 6,3 0,025 0,030 0,012 0,011 0,014 62,0 51,0 48,0 47,0 49,6 8,0 6,5 5,0 6,0 5,0 4,0 0,10 0,09 0,06 120,0 80,0 60,0 Відомий сплав 0,1 0,1 0,1 68 0 64,0 60,0 Таблиця 2 № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 Найменування матеріалів, марка Лом сталі 2А Чавун Ферромарганець ФМн-70 Ферросіліцій АЛЮМІНІЙ Сілікокальцій Титан ТГ-110 Сірка Комп'ютерна верстка М Мацело ГОСТ, ТУ 2787-88 4832-80 4755-91 1415-80 1583-89 4762-80 17746-72 ТУ Контролюючі елементи в матеріалах Вуглець, марганець, кремній Вуглець, кремній, марганець Вуглець, марганець Вуглець, кремній АЛЮМІНІЙ Кальцій, кремній Титан Сірка Підписано до друку 05 09 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна