Зносостійка графітизована сталь

Реферат: Винахід належить до металургії. Заявлено зносостійку графітизовану сталь, яка містить: мас.%: вуглець 1,1-1,3, кремній 2,2-2,4, марганець 0,2-0,4, мідь 0,7-0,9, алюміній 0,22-0,25, сірка ≤0,03, фосфор ≤0,03, залізо - решта. Технічний результат: висока зносостійкість в умовах сухого тертя по металу. UA 107305 C2 (12) UA 107305 C2 UA 107305 C2 5 10 15 20 25 30 35 Винахід належить до металургії, а саме до складу економно легованих графітизованих сталей, які застосовуються в різних галузях машинобудування, металургії та ін. Відома графітизована сталь [1], яка містить, мас. %: вуглець 1,2-2,0 кремній 1,8-2,2 марганець 0,3-0,5 алюміній 0,4-0,6 хром 0,4-0,6 мідь 0,15-0,3 залізо решта. Недоліком цього матеріалу є велика кількість вуглецю і низький вміст міді та кремнію, що не забезпечує високої зносостійкості даного матеріалу в умовах сухого тертя метал по металу. Найбільш близьким за сукупністю ознак до корисної моделі, що заявляється, є зносостійка графітизована сталь "ЭИ336" [2], яку вибрано за прототип, та містить, мас. %: вуглець 1,5-1,65 кремній 0,75-0,9 марганець 0,2-0,4 мідь 0,4-0,6 нікель ≤0,2 хром ≤0,08 сірка ≤0,03 фосфор ≤0,03 залізо решта. Недоліком цього матеріалу є велика кількість вуглецю і низький вміст міді, кремнію, та відсутність алюмінію, що не забезпечує високої зносостійкості даного матеріалу в умовах сухого тертя метал по металу. В основу винаходу поставлено задачу розробки хімічного складу графітизованої сталі, який буде забезпечувати високу зносостійкість деталей з неї, що працюють в умовах сухого тертя метал по металу. Поставлена задача вирішується зниженням рівня вуглецю, підвищенням рівня міді і кремнію та додатковим введенням алюмінію в зносостійку графітизовану сталь, яка містить вуглець, мідь, кремній, марганець, залізо, та відрізняється тим, що має наступне співвідношення компонентів, % мас.: вуглець 1,1-1,3 кремній 2,2-2,4 марганець 0,2-0,4 мідь 0,7-0,9 алюміній 0,22-0,25 сірка ≤0,03 фосфор ≤0,03 залізо решта. Саме таке співвідношення елементів забезпечує досягнення нового технічного результату одержання графітизованої сталі, що буде забезпечувати високу зносостійкість деталей, що працюють в умовах сухого тертя метал по металу. Досягнення результату відбувається за рахунок наявності оптимальної кількості вуглецю, кремнію, міді та алюмінію в графітизованій сталі. Вуглець забезпечує необхідну високу твердість сплаву в цілому, а також необхідний вміст графітної фази, яка виконує роль природного мастила і попереджує появу задирок і схоплювання в умовах сухого тертя метал по металу. Кремній - основний елемент, який сприяє графітизації, він також підвищує твердість і зносостійкість сталі за рахунок твердорозчинного зміцнення. Мідь сприяє підвищенню міцності, твердості і зносостійкості сплаву за рахунок твердорозчинного і дисперсійного механізмів зміцнення та підвищенню теплопровідності і термостійкості - важливих властивостей для деталей, які працюють в умовах сухого тертя метал по металу. Алюміній сприяє компактизації і рівномірності розподілу графітових включень у структурі. Вміст вуглецю до 1,1 % не забезпечує необхідної твердості сплаву, що призводить до низької зносостійкості. Вміст вуглецю більше 1,3 % призводить до надлишку графітових включень у структурі, а також до погіршення компактності їх форми, що викликає різке зниження механічних властивостей. Вміст кремнію до 2,2 % не забезпечує достатньої графітизації сплаву, що призводить до 1 UA 107305 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 необхідності застосування тривалого і енергоємного графітизуючого відпалу. Вміст кремнію більше 2,4 % погіршує компактність графітових включень, що призводить до зниження зносостійкості. Вміст міді до 0,7 % не забезпечує достатньої кількості надлишкової міді в об'ємі зерна, що призводить до низької зносостійкості за рахунок недостатніх міцності, теплопровідності і термостійкості. Вміст міді більше 0,9 % підвищує теплопровідність і термостійкість, але призводить до погіршення форми графітових включень, виділенню надлишкової мідистої фази на межах розділу фаз, і, як наслідок, викликає різке зниження міцності сплаву. Вміст алюмінію до 0,22 % не забезпечує модифікуючого ефекту, що призводить до зниження зносостійкості. Вміст алюмінію більше 0,25 % практично не впливає на модифікуючий ефект, що ніяк не відображається на зносостійкості сплаву. Таким чином, нові ознаки при взаємодії з відомими ознаками забезпечують виявлення нових технічних властивостей - розроблено хімічний склад графітизованої сталі, які працюють в умовах сухого тертя метал по металу. Це забезпечує заявленій сукупності ознаквідповідності критерію "новизна" та призводить до нових технічних результатів. Аналоги, які містять ознаки, що відрізняються від прототипу, не знайдені, рішення явним чином не випливає з рівня техніки. Виходячи з вищевикладеного можна зробити висновок, що запропоноване технічне рішення задовольняє критерію "Винахідницький рівень". Для експериментальної перевірки пропонованого складу матеріалу було виготовлено зносостійку графітизовану сталь. Виплавку дослідних сплавів проводили в 60-ти кілограмовій індукційній печі з основною футеровкою. Необхідні концентрації вуглецю отримували шляхом легування рідкого сплаву в печі чавуном Л5. Необхідні концентрації кремнію і міді отримували шляхом присадки в піч феросиліцію ФС65 та електротехнічної міді М1. При цьому розплав модифікували в ковші силікокальцієм, феросиліцієм і алюмінієм. Розливання рідкого металу вели в сухі піщано-глинисті форми, у яких отримували циліндричні злитки, з яких потім виготовляли зразки для хімічного аналізу та випробовувань на зносостійкість. Результати дослідження наведені у таблиці. Випробування на зносостійкість в умовах сухого тертя ковзання метал по металу проводили з використання машини тертя МІ -1 (диск по диску) при наступних режимах: діаметр випробувального зразка та контртіла - 40 мм, матеріал контртіла - сталь 40Х (гартування, -1 низький відпуск), навантаження на пару тертя - 500 Η, частота обертання контртіла - 615 хв , -1 частота обертання зразка - 400 хв , лінійна швидкість проковзування зразка відносно контртіла - 27 м/хв. Про зносостійкість матеріалу судили за втратою маси зразків, яку визначали зважуванням на аналітичних вагах з точністю до 0,0002 г через 15, 30, 60 і 90 хвилин випробувані. Аналіз проведених досліджень показав, що використання запропонованого матеріалу дозволяє одержувати деталі, які будуть забезпечувати високу зносостійкість в умовах тертя метал по металу, а також дозволяє зробити висновок про відповідність критерію "Промислова придатність". Таблиця Хімічний склад № Вихідна сировина Хімічний склад, мас. % С Si Μn Сu Αl 1 аналог Сr 1,2-2,0 1,8-2,2 0,3-0,5 0,15-0,3 0,4-0,6 0,4-0,6 1,52 прототип 0,75-0,9 0,2-0,4 0,4-0,6 ≤0,08 1,65 3 1,0 2,1 0,1 0,6 0,205 4 1,1 2,2 0,2 0,7 0,220 Дослідний 5 1,2 2,3 0,3 0,8 0,235 матеріал 6 1,3 2,4 0,4 0,9 0,250 7 1,4 2,5 0,5 1,0 0,265 45 2 Відносна зносоFe стійкість решта 1 Ni S, P ≤0,2 ≤0,03 решта 1,2 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 решта решта решта решта решта 1,1 1,5 1,7 2 1 UA 107305 C2 5 Джерела інформації: 1. Пат. 56689 А Україна, МПК (2006.01) С22С 38/34. Термостійка графітизована сталь [Текст] / О.Б. Колотілкін (UA); заявник і патентовласник Запорізьк. нац. техн. ун-т. - № 2002086795; заявл. 16.08.2002; опубл. 15.05.2003, Бюл. № 5. 2. Коровина Г.В. Литая графитизированная сталь [Текст] / Г.В. Коровина - Свердловск: Машгиз, 1959. - 39 с. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 Зносостійка графітизована сталь, яка містить вуглець, мідь, кремній, марганець, залізо, яка відрізняється тим, що додатково містить алюміній при такому співвідношенні, мас. %: вуглець 1,1-1,3 кремній 2,2-2,4 марганець 0,2-0,4 мідь 0,7-0,9 алюміній 0,22-0,25 сірка ≤0,03 фосфор ≤0,03 залізо решта. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3