Износостойкий чугун для штампов глубокой вытяжки
Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию чугунов для штампов глубокой вытяжки. Сущность изобретения: чугун содержит элементы в следующем соотношении, мас.%: углерод 3,1-3,3; кремний 3,2-3,9; марганец 0,3-0,8; хром 3,0-3,6; медь 1,8-2,1; никель 1,1-1,9; алюминий 0,3-0,4; ванадий 0,5-0,7; железо - остальное , при соотношении суммы карбидообразующих элементов V + Cr к сумме легирующих матрицу элементов Ni+Cu+Mn+Si 0,40-0,67. Изменение количественного соотношения по С, Cr, Cu, AI, V позволяет повысить износостойкость и снизить задираемость материала штампа. 2 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)з С 22 С 37/10
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4908227/02 (22) 02,11.90 (46) 07,01.93. Бюл, М 1 (71) Днепропетровский металлургический институт и Производственное объединение
"Южный машиностроительный завод" (72) Ю.Н.Таран, В,М,Снаговский, Л.А.Воронкина, В,И,Нечипоренко, В.С.Никитченко, С,В.Саворский, В.Я.Капелянов и В.И.Бадигин (56) 1. Авторское свидетельство СССР
N 1014956, кл, С 22 С 37/00, 1983.
2. Авторское свидетельство СССР
К 1138427, кл. С 22 С 37/10, 1985. (54) ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН ДЛЯ ШТАМПОВВ ГЛУБОКОЙ ВЫТЯЖКИ
Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию чугунов для штампов глубокой вытяжки.
Известен чугун (1), содержащий следующие компоненты, мас,%:
Углерод 3,65 — 4,5
Кремний 0,8-3,0
Марганец 0,5-2,0
Хром 0,2-1,1
Ванадий 0,25 — 0,5
Титан 0,3-1,1
Железо Остальное
Недостатком известного чугуна является низкая износостойкость при использовании его для штампов.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является износостойкий чугун (2) состава, мас,%;
Углерод 2,6-2,9
Кремний 3,2-3,9
Марганец 0,3-0,8
Хром 1,5 — 2,2
„, SU ÄÄ 1786172 А1 (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию чугунов для штампов глубокой вытяжки. Сущность изобретения: чугун содержит элементы в следующем соотношении, мас.%: углерод 3,1 — 3,3; кремний 3,2 — 3,9; марганец 0,3 — 0,8; хром 3,0 — 3,6; медь 1,8 — 2,1; никель 1,1 — 1,9; алюминий
0,3-0,4; ванадий 0,5-0,7; железо — остальное, при соотношении суммы карбидообразующих элементов V+Cr к сумме легирующих матрицу элементов
Ni+Cu+Mn+Si 0,40 — 0,67, Изменение количественного соотношения по С, Cr, Cu, Al, V позволяет повысить износостойкость и снизить задираемость материала штампа, 2 табл.
Медь 0,5-1,5
Никель 0,01 — 0,6
Кальций 0,01-0,08
Алюминий 0,04 — 0,2
Ванадий 0,04 — 0,4
Железо Остал ьное
Недостатком этого чугуна является повышенная задираемость при использовании чугуна для штампов глубокой вытяжки.
Цель изобретения — повышение износостойкости и задираемости чугуна.
Указанная цель достигается тем, что чугун, включающий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, алюминий, ванадий и железо, содержит компоненты в следующих соотношениях, мас.%:
Угл ерод 3.1-3,3
Кремний 3.2-3,9
Марганец 0,3-0,8
Хром 3,0-3,6
Никель 1,8-2, 1
Медь 1,1 — 1,9
1786172
Алюминий 0,3-0,4
Ванадий 0,5-0,7
Железо остальное
В качестве примесей чугун может содержать серу в количестве до 0,03 мас. u фосфор до 0,15 мас, .
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый, состав чугуна в основном отличается от известного соотношением, . 0,40„.0,67, Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна", Анализ известных составов чугунов (1,2) показал, что вещества, введенные в чугун, известны.
Однако их сочетание не обеспечивало требуемые для штампа свойства материала, которые они проявляют в заявляемом решении, а именно сочетание долговечности и задиростойкости, Таким образом, данный состав придает чугуну новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия". Предложенное отноше(,+С.+М.+S) 040-067 выражает необходимую долю карбидных включений в легированной матрице для придания чугуну необходимых свойств, При отношении ниже значений 0,4 материал обладает низкой твердостью, низкой износостойкостью, что приводит к налипанию штампуемого материала, Это объясняется недостаточным содержанием твердой кар-, бидной составляющей.
При отношении выше значения 0,67 чугун плохо механически обрабатывается, при повышении задираемости, Пределы содержания компонентов выбраны по следующим причинам, Количество углерода выбрано таким образом, чтобы обеспечить необходимую степень эвтектичности, При снижении содержания углерода меньше 3,1 мас.7 уменьшается количество карбидов, что приводит к падению износостойкости, Увеличение содержания углерода выше 3,3 мас. переводит сплав в заэвтектический, появляются грубые включения графита, нарушающие однородность сплава, что приводит к появлению задиров при штамповке.
Наличие в чугуне хрома в количестве 3,0 мас. недостаточно для образования необходимого количества специального карбида хрома. При увеличении содержания хрома более 3,0 мас. резко возрастает износостойкость и сопротивляемость образованию задиров чугуна. Однако при
50 содержании хрома более 3,6 мас. ухудшается механическая обрабатываемость.
Присутствие в чугуне кремния является необходимым условием, позволяющим регулировать содержание в чугуне специального карбида хрома. Снижение содержания Si ниже 3,2 мас. увеличивает отбел, уменьшает количество графита, появляются грубые включения карбида, падает задиростойкость. При введении в сплав Si выше
3,9 мас. чугун становится заэвтектическим, что приводит к тем же последствиям, что и повышение углерода выше заданного, Количество марганца определено технологией плавки. Нижний предел определяется его минимальным содержанием, необходимым для связывания серы в сульфиды марганца, Рекомендуется содержание Мп не увеличивать более 0,8 мас. /, так как значительно увеличивается количество остаточного аустенита, что приводит к налипанию штампуемого материала, и падению задиростойкости.
Медь вводится в сплав как элемент повышающий жаростойкость сплава. При содержании Си ниже 1,8 мас. не оказывается влияния на повышение задиростойкости, так как при данном соотношении содержания кремния и суммы никеля и хрома не наблюдается выделение меди в виде свободных включений, Содержание меди выше 2,1 мас, экономически нецелесообразно, так как задиростойкость не увеличивается.
Никель вводится в состав сплава как аустенизатор и элемент легирующий матрицу, При количестве Ni ниже 1,1 мас,7 заметно снижается твердость и износостойкость чугуна при закалке крупных штампов из-за снижения устойчивости аустенита. Увеличение содержания Ni выше 1,9 мас, приводит к появлению участков остаточного аустенита, что понижает задиростойкость.
Алюминий вводится в чугун как раскислитель и оказывает рафинирующее и графитизирующее влияние. Снижение содержания алюминия ниже 0,3 мас. приводит к тому, что вместо карбидов хрома появляются в тонких сечениях отливки отдельные включения цементита, что понижает задиростойкость. Увеличение содержания алюминия более 0,4 нецелесообразно, что приводит к образованию плен, увеличивающих брак отливок. Увеличение содержания алюминия до 0,4 мас. позволит достичь положительного графитизирующего и модифицирующего влияния без добавок кальция и сохранить необходимый комплекс физико-химических свойств.
1786172
Таблица 1
В то же время вывод из состава чугуна кальция упрощает технологический процесс и обеспечивает повышение экономичности чугуна.
Ванадий вводится в состав чугуна как карбидообразующий элемент. При снижении содержания его ниже 0,5 появляются колонии ледебурита, так как ванадий снижает критическое содержание хрома, необходимое для замены ледебурита хромистой эвтектикой, что снижает задиростойкость.
Увеличение ванадия более заданного приводит к появлению грубых карбидных включений, снижающих задиростойкость.
Чугун выплавляли по известной технологии в индукционной печи ЛПЗ вЂ” 67 и отлиты по пять образцов каждой плавки. В качестве шихтовых материалов использовали передельный чугун, стальной лом и ферросплавы. После отжига и закалки (режимы термической обработки приведены на рис,1) проведены следующие механические испытания.
Антифрикционные свойства — износостойкость (И) и сопротивление задиру (Р) определяли по известной методике ЦНИИ
МПС на машине трения МТВ-1 с возвратнопоступательным движением и жидкой смазкой (масло М14В по ТУ 38 — 101 — 421-73).
Износостойкость определяли по потере веса образца в мГ за 100 ч работы машины, а сопротивление задиру — по величине удельного давления, вызывающего повреждение поверхностей трения образцов, резкое увеличение коэффициента трений и повышения температуры контакта.
Обрабатываемость чугуна оценивали по индексу обрабатываемости, представляющему отношение максимальной скорости резания, вызывающей разрушение резца из сплава ВК М во время токарной обработки в течение 1 ч, чугунного образца и ри глубине резания 1,5 мм и скорости подачи 0,5 мм/об (для исследуемых сплавов, к максимальной скорости резания известного чугуна).
5 Химический состав известного и предлагаемого составов чугуна и их свойства приведены в табл.1 и 2.
Анализ полученных данных свидетельствует о том, что увеличение содержания
10 углерода, хрома, меди, никеля, алюминия и изменение их соотношения приводит к увеличению износостойкости и повышен и ю задироустойчивости. Предлагаемый улучшенный состав чугуна обеспечит по15 вышение эксплуатационной стойкости штампов глубокой вытяжки в 1,5 раза. Ожидаемый экономический эффект в условиях тракторного производства составит 42,0 тыс.руб. в год.
Формула изобретения
Износостойкий чугун для штампов глубокой вытяжки, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, 25 алюминий, ванадий и железо, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения износостойкости и снижения задираемости, он содержит элементы в следующем соотношении, мас. :
30 Углерод 3,1 — 3,8
Кремний 3,2-3,9
Марганец 0,3 — 0,8
Хром 3,0-3,6
Медь 1,8 — 2,1
35 Никель 1.1 — 1,9
Алюминий 0,3 — 0,4
Ванадий 0,5-0,7
Железо остальное при отношении суммы карбидообразующих
40 элементов Сг, V к сумме легирующих матрицу элементов Ni, Cu, Мп, Si — 0,40.„0,67.
1786172
Таблица 2
15
25
Составитель Л.Воронкина
Техред М,Моргентал Корректор Т.Палий
Редактор
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 232 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
