RU2033458C1

RU2033458C1 - Cast iron

Info

Publication number: RU2033458C1
Authority: RU
Inventors: С.В. Кочевых; Ю.П. Ситчихин; И.Н. Сухотерин; А.А. Дерябин
Original assignee: Песковский чугунолитейный завод
Priority date: 1990-10-22
Filing date: 1990-10-22
Publication date: 1995-04-20

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: cast iron containing carbon, silicon, manganese, phosphorus, rare-earth elements, magnesium, alkaline-earth elements, chrome and iron has additionally aluminium and nickel. Components of cast iron were taken at the following ratio, wt.-%: carbon 2.0-3.6; silicon 2.5-3.5; manganese 0.1-1.5; phosphorus 3.0-3.5; rare-earth elements 0.01-0.03; alkaline-earth elements 0.001-0.035; magnesium 0.02-0.06; chrome 0.04-0.5; aluminium 0.1-0.5; nickel 0.01-1.1, and iron - the rest. EFFECT: enhanced quality of cast iron. 1 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к составам чугунов, которые используются при производстве тормозных колодок. The invention relates to ferrous metallurgy, and in particular to compositions of cast irons that are used in the manufacture of brake pads.

В настоящее время одним из наиболее распространенных материалов при производстве железнодорожных тормозных колодок является чугун с повышенным содержанием фосфора, обеспечивающий хорошие эксплуатационные свойства при работе отливок на износ. Currently, one of the most common materials in the production of railway brake pads is cast iron with a high phosphorus content, which provides good performance during wear castings.

Известен чугун [1] следующего состава, мас. Углерод 2,0-3,6 Кремний 0,5-2,5 Марганец 0,4-1,5 Титан 0,08-0,2 Ванадий 0,05-0,2 Церий 0,002-0,02 Фосфор 1,0-4,0 Железо Остальное
Недостатками данного чугуна являются недостаточно высокие износостойкость и коэффициент трения при трении в области повышенных нагрузок, что связано с низким сопротивлением разрушению данного чугуна под действием сил отрыва.Known cast iron [1] of the following composition, wt. Carbon 2.0-3.6 Silicon 0.5-2.5 Manganese 0.4-1.5 Titanium 0.08-0.2 Vanadium 0.05-0.2 Cerium 0.002-0.02 Phosphorus 1.0 -4.0 Iron Else
The disadvantages of this cast iron are insufficiently high wear resistance and coefficient of friction during friction in the field of high loads, which is associated with low resistance to destruction of this cast iron under the action of separation forces.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому составу чугуна является чугун [2] содержащий, мас. Углерод 2,0-3,6 Кремний 1,8-3,5 Марганец 0,3-0,8 Фосфор 1,0-3,5 Редкоземель- ные элементы 0,005-0,05 Магний 0,02-0,06
Щелочно-зе-
мельные эле- менты 0,001-0,035 Ванадий 0,02-0,3 Хром 0,04-0,3 Железо Остальное
Недостатками данного чугуна являются недостаточно высокие коэффициент трения и его сопротивление процессам изнашивания в тяжелых условиях трения.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed composition of cast iron is cast iron [2] containing, by weight. Carbon 2.0-3.6 Silicon 1.8-3.5 Manganese 0.3-0.8 Phosphorus 1.0-3.5 Rare earth elements 0.005-0.05 Magnesium 0.02-0.06
Alkaline earth
grinding elements 0.001-0.035 Vanadium 0.02-0.3 Chromium 0.04-0.3 Iron Else
The disadvantages of this cast iron are insufficiently high coefficient of friction and its resistance to wear processes in severe friction conditions.

Целью изобретения является повышение коэффициента трения и снижение износа при давлении в трущейся системе 8 МПа. The aim of the invention is to increase the coefficient of friction and reduce wear at a pressure in the friction system of 8 MPa.

Это достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, редкоземельные элементы, магний, щелочно-земельные элементы, хром и железо, согласно изобретению дополнительно содержит алюминий и никель при следующем соотношении компонентов, мас. Углерод 2,0-3,6 Кремний 2,5-3,5 Марганец 0,1-1,5 Фосфор 3,0-3,5 РЗЭ 0,010-0,03 ЩЗЭ 0,001-0,035 Магний 0,02-0,06 Хром 0,04-0,5 Алюминий 0,1-0,5 Никель 0,01-1,1 Железо Остальное
Содержание компонентов в предлагаемом чугуне выбрано, исходя из следующих соображений. Проведенные исследования влияния атомного и электронного строения металлов на фрикционные свойства показывают, что одним из путей повышения коэффициент трения является повышение прочности когезионных связей. Это может быть достигнуто за счет повышения в межатомных связях ковалентной составляющей, что, в частности, достигается за счет увеличения в структуре количества фосфидов, силидов и алюмидов. Экспериментально также установлено, что снижение коэффициент трения происходит за счет увеличения количества цементитной составляющей в структуре чугуна. Исходя из этого, в предлагаемом чугуне выбрано заявляемое количество кремния, фосфора и введен алюминий. Наличие в чугуне алюминия в заявляемом количестве, совместно с другими компонентами обеспечивает выделение в его структуре тройной мелкозернистой фосфидной эвтектики и ферритно-перлитной металлической основы, что повышает коэффициент трения чугуна по сравнению с прототипом.This is achieved by the fact that cast iron containing carbon, silicon, manganese, phosphorus, rare earth elements, magnesium, alkaline earth elements, chromium and iron, according to the invention additionally contains aluminum and nickel in the following ratio, wt. Carbon 2.0-3.6 Silicon 2.5-3.5 Manganese 0.1-1.5 Phosphorus 3.0-3.5 REE 0.010-0.03 SCHE 0.001-0.035 Magnesium 0.02-0.06 Chrome 0.04-0.5 Aluminum 0.1-0.5 Nickel 0.01-1.1 Iron Else
The content of the components in the proposed cast iron is selected based on the following considerations. Studies of the influence of the atomic and electronic structures of metals on frictional properties show that one of the ways to increase the friction coefficient is to increase the strength of cohesive bonds. This can be achieved by increasing the covalent component in interatomic bonds, which, in particular, is achieved by increasing the amount of phosphides, silicides, and aluminides in the structure. It was also experimentally established that a decrease in the friction coefficient occurs due to an increase in the amount of cementite component in the structure of cast iron. Based on this, in the proposed cast iron, the claimed amount of silicon, phosphorus, and introduced aluminum. The presence in the cast iron of aluminum in the claimed amount, together with other components, ensures the isolation in its structure of a triple fine-grained phosphide eutectic and ferrite-pearlite metal base, which increases the friction coefficient of cast iron compared to the prototype.

Известно, что интенсивность процессов изнашивания чугунов при трении в области высоких нагрузок во многом зависит не только от их исходной структуры, но и в первую очередь от образующихся в поверхностных слоях "вторичных" структур, являющихся результатом протекания процессов закалки и отпуска. Введение в предлагаемый состав чугуна алюминия и никеля, распределяющихся преимущественно в металлической основе, способствует образованию в процессе трения в поверхностных слоях отливок метастабильной аустенитно-мартенситно-карбидной структуры в отличие от преимущественно аустенитной структуры, образующейся при трении, чугуна-прототипа. Обладая более высоким сопротивлением изнашиванию, аустенитно-мартенситно-карбидная структура обеспечивает снижение износа при повышенных нагрузках. При содержании в предлагаемом чугуне алюминия и никеля ниже заявляемых пределов не обеспечиваются повышение коэффициента трения и снижение износа в условиях трения при давлении в трущейся системе 8 МПа, так как не происходит влияния на характер образования вторичных структур при трении. При содержании этих элементов выше предлагаемого верхнего предела ухудшается форма графитовых включений, которые наряду с шаровидной формой частично выделяются в пластинчатой форме, что снижает защитное действие вторичных структур при трении и повышает износ в области высоких нагрузок. It is known that the intensity of the wear processes of cast irons during friction in the field of high loads largely depends not only on their initial structure, but primarily on the "secondary" structures formed in the surface layers that are the result of quenching and tempering processes. The introduction of the proposed composition of cast iron aluminum and nickel, distributed mainly in the metal base, promotes the formation of a metastable austenitic-martensitic-carbide structure in the surface layers of castings in contrast to the predominantly austenitic structure formed by friction, prototype cast iron. With a higher wear resistance, the austenitic-martensitic carbide structure provides reduced wear at high loads. When the content of the proposed cast iron of aluminum and nickel is lower than the declared limits, an increase in the coefficient of friction and a decrease in wear under friction at a pressure in the friction system of 8 MPa are not provided, since there is no effect on the nature of the formation of secondary structures during friction. When the content of these elements is higher than the proposed upper limit, the shape of graphite inclusions deteriorates, which, along with the spherical shape, partially stand out in the plate form, which reduces the protective effect of secondary structures during friction and increases wear in the field of high loads.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показал, что данный состав чугуна отличается от известного введением новых компонентов, а именно: алюминия и никеля. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". A comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype showed that this composition of cast iron differs from the known introduction of new components, namely aluminum and nickel. Thus, the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."

В процессе исследования заявляемого технического решения по научно-технической и патентной литературе не выявлены источники, содержащие в совокупности признаки, отличающие данное техническое решение от прототипа. In the process of researching the claimed technical solution for scientific, technical and patent literature, no sources were identified that contained in the aggregate the features that distinguish this technical solution from the prototype.

Известно введение в состав чугуна алюминия [3] обеспечившее повышение его прочности и износостойкости. It is known the introduction of aluminum in the composition of cast iron [3], which provided an increase in its strength and wear resistance.

Известно также введение в состав чугуна никеля [4] что позволило совместно с другими компонентами чугуна повысить жаропрочность, пластичность и эксплуатационные свойства. It is also known that nickel is introduced into the composition of cast iron [4], which, together with other components of cast iron, made it possible to increase heat resistance, ductility, and performance properties.

Однако введение никеля и алюминия в состав чугуна в сочетании с другими его компонентами не обеспечивает таких свойств, которые они проявляют в заявляемом решении, а именно повышение коэффициента трения и снижение износа при давлении в трущейся системе 8 МПа. However, the introduction of nickel and aluminum in the composition of cast iron in combination with its other components does not provide the properties that they exhibit in the claimed solution, namely, an increase in the friction coefficient and reduced wear at a pressure in the friction system of 8 MPa.

Таким образом, данный признак проявляет новое ранее неизвестное свойство, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия". Thus, this feature exhibits a new previously unknown property, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "significant differences".

П р и м е р. Для анализа влияния предлагаемого состава чугуна на фрикционные свойства были выплавлены чугуны заявляемого состава и состава-прототипа, представленные в таблице. Плавки проводились в 50 кг индукционной печи. Исходный химический состав чугуна был следующим, мас. 1,9-3,7 C; 1,2-1,5Si; 0,05-1,6 Mn; 2,2-3,6 P; 0,03-0,6 Cr; 0,09-0,6 Al; 0,01-1,2 Ni; Fe остальные. При разливке чугунов из печи в ковш для получения компактных форм графита проводилась его обработка комплексным модификатором ФСМ-5 (ТУ 14-5-134-86). Приготовленные из данных чугунов образцы были испытаны на трение и износ по схеме диск-колодка на установке СМЦ-2 при давлении в трущейся системе 8 МПа, что обеспечивало образование в поверхностных слоях вторичных структур. В качестве контртела использовались образцы в виде колодки из термообработанной стали У8 с твердостью 280 НВ. PRI me R. To analyze the impact of the proposed composition of cast iron on frictional properties, cast irons of the claimed composition and prototype composition were smelted, presented in the table. Smelting was carried out in 50 kg of induction furnace. The initial chemical composition of cast iron was as follows, wt. 1.9-3.7 C; 1.2-1.5Si; 0.05-1.6 Mn; 2.2-3.6 P; 0.03-0.6 Cr; 0.09-0.6 Al; 0.01-1.2 Ni; Fe the rest. When casting iron from the furnace to the ladle to obtain compact forms of graphite, it was processed using the FSM-5 complex modifier (TU 14-5-134-86). Samples prepared from these cast irons were tested for friction and wear according to the disk block scheme at the SMTs-2 installation at a pressure in the friction system of 8 MPa, which ensured the formation of secondary structures in the surface layers. Samples in the form of blocks made of heat-treated steel U8 with a hardness of 280 HB were used as a counterbody.

Как показали проведенные измерения, при содержании компонентов чугуна на нижнем и верхнем пределах (образцы N 2 и 3) обеспечиваются повышение коэффициента трения и снижение износа в области повышенной нагрузки по сравнению с прототипом. При содержании элементов ниже нижнего и выше верхнего уровня происходят резкое снижение коэффициента трения и повышение величины износа (образцы N 4 и 5). As the measurements showed, when the content of cast iron components is on the lower and upper limits (samples N 2 and 3), an increase in the friction coefficient and a decrease in wear in the area of increased load are provided compared to the prototype. When the content of elements below the lower and above the upper level there is a sharp decrease in the coefficient of friction and increase the amount of wear (samples N 4 and 5).

Использование заявляемого изобретения позволяет повысить эксплуатационные свойства отливок, работающих во фрикционных узлах трения,
снизить тормозной путь;
повысить срок службы отливок.The use of the claimed invention improves the operational properties of castings working in friction friction units,
reduce braking distance;
increase the life of castings.

Claims

CAST IRON containing carbon, silicon, manganese, phosphorus, rare earth elements, alkaline earth elements, magnesium, chromium and iron, characterized in that, in order to increase the friction coefficient and reduce wear at a pressure in the friction system of 8 MPa, it additionally contains aluminum and nickel in the following ratio of components, wt.

Carbon 2.0 3.6
Silicon 2.5 3.5
Manganese 0.1 1.5
Phosphorus 3.0 3.5
Rare earth elements 0.01 0.03
Alkaline earth elements 0.001 0.035
Magnesium 0.02 0.06
Chrome 0.04 0.5
Aluminum 0.1 0.5
Nickel 0.01 1.1
Iron Else