RU2442838C2 - Grey cast iron - Google Patents
Grey cast iron Download PDFInfo
- Publication number
- RU2442838C2 RU2442838C2 RU2010113235/02A RU2010113235A RU2442838C2 RU 2442838 C2 RU2442838 C2 RU 2442838C2 RU 2010113235/02 A RU2010113235/02 A RU 2010113235/02A RU 2010113235 A RU2010113235 A RU 2010113235A RU 2442838 C2 RU2442838 C2 RU 2442838C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cast iron
- friction
- iron
- cast
- aluminum
- Prior art date
Links
Landscapes
- Braking Arrangements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к серым высокофосфористым чугунам для литых тормозных колодок, барабанов и устройств для изготовления литых деталей фрикционных и других механизмов трения.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to gray phosphor cast iron for cast brake pads, drums and devices for the manufacture of molded parts of friction and other friction mechanisms.
Известные серые чугуны СЧ 18 и СЧ 20 (ГОСТ 1412-85) имеют в литых заготовках ферритно-перлитную структуру и низкие характеристики предела прочности при изгибе и твердости (170…241 НВ) и недостаточную стойкость в условиях фрикционного и ударно-абразивного изнашивания, поэтому все реже используются для изготовления тормозных колодок грузовых вагонов, во фрикционных механизмах трения.The well-known gray cast iron SCh 18 and SCh 20 (GOST 1412-85) have a ferrite-pearlite structure and low characteristics of flexural strength and hardness (170 ... 241 HB) and insufficient resistance under frictional and impact-abrasive wear in cast billets less and less used for the manufacture of brake pads for freight cars, in friction friction mechanisms.
Известен также серый износостойкий чугун (патент США №3423250, кл. 148-2, 1970), содержащий, мас.%:Also known is gray wear-resistant cast iron (US patent No. 3423250, CL 148-2, 1970), containing, wt.%:
Известный износостойкий чугун содержит большое количество карбидообразующих элементов (Мо, V, W, Сr и Мn), имеет в отливках высокий отбел и большие остаточные термические напряжения (65…90 МПа). Это снижает предел прочности при изгибе, стрелу прогиба, трещиностойкость, упругопластические свойства чугуна в отливках и эксплуатационную стойкость литых деталей в условиях динамических нагрузок, фрикционного и ударно-абразивного изнашивания. Литые тормозные колодки и другие фрикционные детали из этого чугуна склонны к искрению при торможении и используются только после длительной термической обработки (отжига).Known wear-resistant cast iron contains a large number of carbide-forming elements (Mo, V, W, Cr and Mn), has high bleaching in castings and large residual thermal stresses (65 ... 90 MPa). This reduces the tensile strength in bending, the arrow of the deflection, crack resistance, elastoplastic properties of cast iron in castings and the service life of cast parts under dynamic loads, frictional and impact-abrasive wear. Cast brake pads and other friction parts from this cast iron are prone to arcing during braking and are used only after prolonged heat treatment (annealing).
Наиболее близким решением, выбранным в качестве прототипа, является серый фрикционный чугун (патент RU №2326178, МПК С22С 37/10, 2008), следующего химического состава, мас.%:The closest solution, selected as a prototype, is gray friction cast iron (patent RU No. 23232178, IPC C22C 37/10, 2008), the following chemical composition, wt.%:
Предел прочности чугуна при изгибе составляет 445…490 МПа, твердость чугуна в отливках - 241…279 НВ, фрикционная теплостойкость - 118-125%, средний износ при сухом трении - 12…20 мг/г.с и коэффициент трения - 0,61…0,65.The bending strength of cast iron is 445 ... 490 MPa, the hardness of cast iron in castings is 241 ... 279 HB, frictional heat resistance is 118-125%, the average wear during dry friction is 12 ... 20 mg / g and the friction coefficient is 0.61 ... 0.65.
Однако отмечается недостаточная ударно-усталостная долговечность чугуна в литых фрикционных изделиях (10,5…12,8 тыс. циклов), что увеличивает склонность чугуна тормозных колодок железнодорожного подвижного состава и тормозных барабанов к появлению трещин на рабочих поверхностях в процессе эксплуатации.However, insufficient shock and fatigue durability of cast iron in cast friction products (10.5 ... 12.8 thousand cycles) is noted, which increases the tendency of cast iron of brake pads of railway rolling stock and brake drums to cracks on working surfaces during operation.
Задачей данного технического решения является повышение ударно-усталостной долговечности и фрикционной теплостойкости чугуна в литых изделиях.The objective of this technical solution is to increase the shock-fatigue life and frictional heat resistance of cast iron in cast products.
Поставленная задача решается тем, что серый фрикционный чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, азот, алюминий и железо, дополнительно содержит хром и бор при следующем соотношении, мас.%:The problem is solved in that the gray friction cast iron containing carbon, silicon, manganese, phosphorus, sulfur, nitrogen, aluminum and iron, additionally contains chromium and boron in the following ratio, wt.%:
Проведенный анализ предложенного технического решения показал, что на данный момент неизвестны технические решения, в которых были бы отражены указанные отличия. Кроме того, указанные признаки являются необходимыми и достаточными для достижения положительного эффекта, указанного в цели изобретения. Это позволяет сделать вывод о том, что данные отличия являются существенными.The analysis of the proposed technical solution showed that at the moment there are no technical solutions in which these differences would be reflected. In addition, these signs are necessary and sufficient to achieve the positive effect indicated in the purpose of the invention. This allows us to conclude that these differences are significant.
Дополнительное введение хрома в количестве 0,01…0,08% обусловлено существенным влиянием его на фрикционную теплостойкость, износостойкость, ударно-усталостную долговечность и прочностные свойства. При содержании хрома до 0,01% износостойкость, ударно-усталостная долговечность и фрикционная теплостойкость недостаточны. При увеличении содержания хрома более 0,08% снижаются однородность структуры, трещиностойкость и коэффициент трения.The additional introduction of chromium in an amount of 0.01 ... 0.08% is due to its significant effect on frictional heat resistance, wear resistance, shock fatigue durability and strength properties. When the chromium content is up to 0.01%, wear resistance, shock fatigue life and frictional heat resistance are insufficient. With an increase in the chromium content of more than 0.08%, the uniformity of the structure, crack resistance, and friction coefficient decrease.
Дополнительное введение бора оказывает модифицирующее влияние на структуру, повышая дисперсность структуры и трещиностойкость чугуна, механические и фрикционные свойства. При концентрации бора до 0,002% дисперсность структуры, твердость, трещиностойкость недостаточны. При концентрации бора более 0,01% снижаются характеристики стабильной структуры из-за образования карбидов, трещиностойкость и коэффициент трения.An additional introduction of boron has a modifying effect on the structure, increasing the dispersion of the structure and crack resistance of cast iron, mechanical and frictional properties. At a boron concentration of up to 0.002%, the dispersion of the structure, hardness, and crack resistance are insufficient. At a boron concentration of more than 0.01%, the characteristics of the stable structure are reduced due to the formation of carbides, fracture toughness, and friction coefficient.
Содержание углерода и кремния принято исходя из опыта производства фосфористых фрикционных чугунов с высокими характеристиками износостойкости и фрикционной теплостойкости. При увеличении концентрации углерода и кремния более 3,5% и 2,0% соответственно в структуре повышается содержание феррита и свободного графита, что снижает характеристики твердости, фрикционной теплостойкости и износостойкости. При снижении их концентрации менее 2,8% и 0,8% соответственно увеличивается неоднородность структуры из-за образования карбидов и ледебурита, что снижает трещиностойкость, ударно-усталостную долговечность и коэффициент трения.The carbon and silicon contents are based on experience in the production of phosphorous friction cast irons with high characteristics of wear resistance and frictional heat resistance. With an increase in carbon and silicon concentrations of more than 3.5% and 2.0%, respectively, the content of ferrite and free graphite in the structure increases, which reduces the characteristics of hardness, frictional heat resistance, and wear resistance. With a decrease in their concentration of less than 2.8% and 0.8%, the heterogeneity of the structure increases due to the formation of carbides and ledeburite, which reduces crack resistance, impact fatigue life and friction coefficient.
Марганец в количестве 0,3…0,8% микролегирует структуру чугуна в отливках, повышая твердость, износостойкость, фрикционную теплостойкость и эксплуатационные свойства. При концентрации его более 0,8% увеличивается отбел структуры, снижаются коэффициент трения, трещиностойкость и ударно-усталостная долговечность. При концентрации марганца менее 0,3% повышается содержание феррита в структуре, снижаются характеристики твердости, износостойкости и эксплуатационных свойств.Manganese in an amount of 0.3 ... 0.8% microalloys the structure of cast iron in castings, increasing hardness, wear resistance, frictional heat resistance and performance properties. At a concentration of more than 0.8%, the bleaching of the structure increases, the coefficient of friction, crack resistance and shock-fatigue durability decrease. At a manganese concentration of less than 0.3%, the ferrite content in the structure increases, and the characteristics of hardness, wear resistance, and operational properties decrease.
Фосфор и сера при концентрациях более 1,5% и 0,15% соответственно снижают механические свойства, фрикционные и эксплуатационные свойства чугуна в литых изделиях. Нижний предел концентрации серы обусловлен невозможностью при ваграночной плавке в чугунолитейных цехах, производящих тормозные колодки и другие фрикционные изделия, практически выплавлять чугун с более низким ее содержанием. При концентрации фосфора менее 1,0% снижаются показатели твердости, износостойкости, коэффициент трения и других фрикционных свойств.Phosphorus and sulfur at concentrations of more than 1.5% and 0.15%, respectively, reduce the mechanical properties, frictional and operational properties of cast iron in cast products. The lower limit of sulfur concentration is due to the impossibility of practically melting cast iron with its lower content during cupola melting in iron foundries producing brake pads and other friction products. When the concentration of phosphorus is less than 1.0%, the indicators of hardness, wear resistance, friction coefficient and other frictional properties are reduced.
В связи с дополнительным введением в чугун хрома и бора, являющихся нитридообразующими элементами, содержание азота в чугуне повышено до 0,012…0,03%. При концентрации азота более 0,03% снижаются характеристики трещиностойкости, ударно-усталостной долговечности и эксплуатационных свойств, так как нитриды начинают скапливаться по границам зерен. При концентрации азота менее 0,012% снижаются коэффициент трения, износостойкость и ударно-усталостная долговечность.In connection with the additional introduction of chromium and boron into cast iron, which are nitride-forming elements, the nitrogen content in cast iron is increased to 0.012 ... 0.03%. At a nitrogen concentration of more than 0.03%, the characteristics of crack resistance, impact fatigue life and operational properties decrease, since nitrides begin to accumulate along grain boundaries. At a nitrogen concentration of less than 0.012%, the coefficient of friction, wear resistance and impact fatigue life are reduced.
Алюминий оказывает модифицирующее и раскисляющее влияние, также связывает азот в нитриды, повышая дисперсность и однородность структуры, механические и фрикционные свойства. При увеличении содержания алюминия более 0,01% снижаются трещиностойкость и фрикционные свойства. При концентрации алюминия менее 0,002% модифицирующий эффект, трещиностойкость и фрикционные свойства снижаются.Aluminum has a modifying and deoxidizing effect, also binds nitrogen to nitrides, increasing the dispersion and uniformity of the structure, mechanical and frictional properties. With an increase in aluminum content of more than 0.01%, crack resistance and frictional properties decrease. At an aluminum concentration of less than 0.002%, the modifying effect, crack resistance and frictional properties are reduced.
Опытные плавки чугуна доэвтектического состава проводили в коксовых вагранках производительностью 5 т/ч с копильником. В качестве шихтовых материалов использовали передельный чугун марки ПЛ2, литейные чугуны Л3 и Л5, чугунный лом марок 16А и 17А, стальной лом группы 1А, ферромарганец ФМн75, доменный феррофосфор марок ФФ16 и ФФ18 и высокоуглеродистый феррохром марки ФХ800. При выпуске чугуна из копильника в разливочные ковши производили наномодифицирование чугуна порошком ферробора в составе экзотермических таблеток на основе алюминия и оксида железа. Заливку модифицированного чугуна с температурой 1300…1350°С производили в литейные песчано-глинистые формы для получения технологических проб, образцов для механических и фрикционных испытаний, тормозных колодок типа «Ф» и других фрикционных изделий.Experimental melts of cast iron of pre-eutectic composition were carried out in coke ovens with a capacity of 5 t / h with a piggy bank. As the charge materials, we used cast iron of the PL2 grade, cast iron L3 and L5, cast iron scrap of grades 16A and 17A, steel scrap of group 1A, ferromanganese FMN75, blast furnace phosphor of the FF16 and FF18 grades and high carbon ferrochrome of the ФХ800 brand. When cast iron was discharged from the piggy bank into casting ladles, nanomodification of cast iron was carried out using ferroboron powder in the composition of exothermic tablets based on aluminum and iron oxide. Modified cast iron with a temperature of 1300 ... 1350 ° C was poured into sand and clay foundry molds to obtain technological samples, samples for mechanical and friction tests, "F" type brake shoes and other friction products.
В табл.1 приведены химические составы известного и предложенного серых фрикционных чугунов опытных плавок.Table 1 shows the chemical compositions of the known and proposed gray friction cast irons of experimental melts.
Механические (ГОСТ 27208-87) и фрикционные испытания проведены на цилиндрических стандартных образцах в литом состоянии без термической обработки по общепринятым методикам. Исследования микроструктуры проводили в соответствии с ГОСТ 3443-87, а трещиностойкости - на звездообразных технологических пробах.Mechanical (GOST 27208-87) and friction tests were carried out on cylindrical standard samples in a molten state without heat treatment according to generally accepted methods. Microstructure studies were carried out in accordance with GOST 3443-87, and crack resistance - on star-shaped technological samples.
В табл.2 приведены результаты механических и фрикционных испытаний, исследования структуры и трещиностойкости чугуна в отливках.Table 2 shows the results of mechanical and friction tests, studies of the structure and crack resistance of cast iron in castings.
Как видно из табл.2, предложенный серый фрикционный чугун обеспечивает литым изделиям более высокие фрикционные свойства, трещиностойкость и ударно-усталостную долговечность, чем известный.As can be seen from table 2, the proposed gray friction cast iron provides cast products with higher frictional properties, crack resistance and shock fatigue durability than the known one.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010113235/02A RU2442838C2 (en) | 2010-04-05 | 2010-04-05 | Grey cast iron |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010113235/02A RU2442838C2 (en) | 2010-04-05 | 2010-04-05 | Grey cast iron |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010113235A RU2010113235A (en) | 2011-10-10 |
| RU2442838C2 true RU2442838C2 (en) | 2012-02-20 |
Family
ID=44804792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010113235/02A RU2442838C2 (en) | 2010-04-05 | 2010-04-05 | Grey cast iron |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2442838C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2514360C1 (en) * | 2012-12-19 | 2014-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" | Gray friction iron |
| RU2552820C2 (en) * | 2013-10-11 | 2015-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" (МИИТ) | Friction gray cast iron |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1065493A1 (en) * | 1982-10-18 | 1984-01-07 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Cast iron |
| SU1686025A1 (en) * | 1989-12-25 | 1991-10-23 | Всесоюзный Заочный Политехнический Институт | Phosphorous cast iron |
| RU2122042C1 (en) * | 1997-06-26 | 1998-11-20 | Акционерное общество закрытого типа "Научно-технический центр по исследованиям в горном деле" | Cast iron for brake blocks |
| DE102004010916A1 (en) * | 2004-03-05 | 2005-09-22 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Cast iron material with lamellar-, vermicular- or globular graphite formation used in making e.g. cylinder sleeves comprises carbon, silicon, aluminum and iron |
| RU2326178C1 (en) * | 2006-10-20 | 2008-06-10 | Ярославский государственный технический университет | Grey friction cast iron |
-
2010
- 2010-04-05 RU RU2010113235/02A patent/RU2442838C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1065493A1 (en) * | 1982-10-18 | 1984-01-07 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Cast iron |
| SU1686025A1 (en) * | 1989-12-25 | 1991-10-23 | Всесоюзный Заочный Политехнический Институт | Phosphorous cast iron |
| RU2122042C1 (en) * | 1997-06-26 | 1998-11-20 | Акционерное общество закрытого типа "Научно-технический центр по исследованиям в горном деле" | Cast iron for brake blocks |
| DE102004010916A1 (en) * | 2004-03-05 | 2005-09-22 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Cast iron material with lamellar-, vermicular- or globular graphite formation used in making e.g. cylinder sleeves comprises carbon, silicon, aluminum and iron |
| RU2326178C1 (en) * | 2006-10-20 | 2008-06-10 | Ярославский государственный технический университет | Grey friction cast iron |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2514360C1 (en) * | 2012-12-19 | 2014-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" | Gray friction iron |
| RU2552820C2 (en) * | 2013-10-11 | 2015-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" (МИИТ) | Friction gray cast iron |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010113235A (en) | 2011-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105483508B (en) | Alloy vermicular graphite cast iron for railway vehicle brake disc and smelting method thereof | |
| CN101748338B (en) | High-strength cast steel for coupler of railway vehicle and manufacturing method thereof | |
| RU2419666C1 (en) | Wear resistant iron | |
| RU2442838C2 (en) | Grey cast iron | |
| US20150004048A1 (en) | Cast iron and brake part | |
| KR20080102567A (en) | Brake drum composition | |
| RU2452786C1 (en) | Wear resistant cast iron | |
| RU2416660C1 (en) | Wear resistant iron | |
| RU2337996C1 (en) | High-strength antifrictional cast iron | |
| CN1644748A (en) | High-sulphur abrasion-resistant casting steel and production thereof | |
| RU156056U1 (en) | TRUCK WAGON SLIDER CAP | |
| RU2533631C1 (en) | Wear proof cast iron | |
| RU2326178C1 (en) | Grey friction cast iron | |
| RU2514360C1 (en) | Gray friction iron | |
| RU2376101C1 (en) | Complex exothermal mixture | |
| RU2581542C1 (en) | High-strength antifriction iron | |
| RU2552820C2 (en) | Friction gray cast iron | |
| RU2409689C1 (en) | Grey bearing cast iron | |
| CN104258922B (en) | A kind of jaw crusher high-chromium alloy abrasion-proof backing block | |
| RU2401318C1 (en) | Gray friction pig iron | |
| RU2451099C1 (en) | Wear-resistant cast iron | |
| RU2615409C2 (en) | High-strength antifriction cast iron | |
| CN102586698A (en) | Axletree steel and heat treatment method thereof | |
| RU2454294C1 (en) | Complex exothermic mixture | |
| RU2448823C2 (en) | Ferromagnetic charge for arc pad welding machine parts made from iron-carbon alloys |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120406 |