Спосіб термічної обробки чавуну з кулястим графітом - патент Україна 2449043 - Макаренко
Винахід відноситься до металургії, зокрема способів термічної обробки чавунів з кулястим графітом. Може використовуватись для отримання виробів із високими експлуатаційними властивостями. Термічної обробки піддають чавун, що містить, мас.%: вуглець 3,0-3,4; кремній 1,8-2,3; марганець 0,3-0,5; нікель 0,6-1,2; молібден 0,3-0,7; мідь 0,3-0,7; магній 0,04-0,09; сірка 0,01-0,02; фосфор 0,06-0,08; залізо - інше, при сумарному вмісті елементів (Mn, Ni, Mo, Cu) в інтервалі 1,7-2,4%. Першу нормалізацію чавуну проводять повітря від температур 940-960°C і витримки 1,5-2,5 години. Другу нормалізацію проводять шляхом нагрівання до температур 790-810°C зі швидкістю 100-200°C/год, з витримкою 1,5-2,0 години та охолодження струменем стисненого повітря. Після цього здійснюють відпустку при температурі 250-300°C з витримкою 2-4 години. Отриманий чавун має дрібнозернисту однорідну мікроструктуру, високі пластичні властивості, ударну в'язкість та зносостійкість. 3 табл., 1 ін.
Винахід відноситься до металургії, зокрема до способів термічної обробки чавунів з кулястим графітом, і може бути використане для отримання виробів з високими властивостями міцності і пластичними, ударної в'язкістю і зносостійкістю.
Відомий спосіб [1] отримання в чавуні з кулястим графітом бейнітної структури з литого стану. Формування бейнітної структури забезпечується з допомогою раціонального легування чавуну. Чавун містить компоненти у наступному співвідношенні (в мас.%):
Спосіб має певні недоліки: нерівномірність охолодження не забезпечує однорідність структури перерізу виливків, що мають складну конфігурацію; використання дорогих легуючих елементів підвищуєсобівартість виробів; вироби, що мають бейнітну структуру з литого стану, мають погану оброблюваність.
Найбільш близьким до пропонованого хімічного складу чавуну є спосіб отримання аустенітно-бейнітного чавуну з кулястим графітом після безперервного охолодження з подальшою відпусткою, а також після нормалізації із уповільненим охолодженням у піску. Для цього використовується чавун наступного хімічного складу (мас.%):
Найбільш близьким за технічними рішеннями, обраними як прототип для термічної обробки, є спосіб [4], що включає подвійну нормалізацію і відпустку, при цьому першу нормалізацію проводять при 820-880°C, другу - при 810-850°C, а відпустку при 600-650°C. Спосіб має такі недоліки. Висока відпустка призводить до підвищення крихкості виробів із чавуну, зниження пластичності, міцності та зносостійкості. Використання приблизно однакового температурного інтервалу нагріву на аустенітизацію при подвійній нормалізації не призводить до якісних структурних змін, а лише до кількісних змін розміру зерна.
Метою винаходу є розробка способу термічної обробки чавуну з кулястим графітом для отримання в ньому бейнітної матриці, яка забезпечує виробам високу міцність, пластичність, зносостійкість та ударну в'язкість.
Це досягається тим, що термічній обробці піддають чавун з кулястим графітом, що містить, мас.%:
Це забезпечує одержання в чавуні з кулястим графітом бейнітної металевої матриці. Така мікроструктура відрізняється високою міцністю, пластичністю, зносостійкістю і підвищеною в'язкістю, в результаті вироби з чавуну мають високу експлуатаційну стійкість.
Кремній у чавуні є основним графітизуючимелементом. При концентрації понад 2,3% через зворотну евтектичну ліквацію формуються феритні облямівки навколо графітових включень. При вмісті кремнію менше 1,8% можливий розвиток подвійної (змішаної) ліквації кремнію. Сегрегація призводить до формування різнорідної металевої матриці, що несприятливо впливає на властивості чавуну після термічної обробки.
Молібден у чавуні забезпечує отримання бейнітної структури при безперервному охолодженні та підвищує бейнітну прожарюваність. Підвищення вмісту вище за встановлену межу призводить до формування карбідів, що зменшує показники механічних властивостей. Зменшення концентрації молібдену в чавуні сприяє формуванню перліту в металевій матриці чавуну.
Мідь використовується для підвищення прожарювання чавуну та отримання перлітної структури після першої нормалізації.
Комплексне легування Mn, Ni, Mo і Cu підвищує стійкість аустеніту у верхній температурній області його трансформації, що дозволяє уникнути безперервного охолодження появи в кінцевій структурі продуктів перлітного перетворення. При середній товщині стінки виробу, що перевищує 30 мм, сумарна концентрація легуючих елементів (Mn, Ni, Mo та Cu) у чавуні витримується на верхній межі 2,4%.
Першу нормалізацію виробів здійснюють від температур 940-960°C, що забезпечує отримання охолодження на спокійному повітрі перлітної структури. Зазначена температура та витримка виробів сприяють гомогенізації аустеніту та його насичення вуглецем за рахунок часткового розчинення графітових включень. Час витримки варіюється в залежності від товщини стінки та конфігурації виробу. Для виробів з великою товщиною стінки рекомендується триваліша витримка. Збільшення температури та часу витримкипонад встановлене призводить до зростання зерна аустеніту, що несприятливо позначається на подальшому перетворенні, в результаті якого в структурі можлива поява фериту.
Друга нормалізація забезпечує отримання бейнітної структури у чавуні. Нагрів на аустенітизацію зі швидкістю 100-200°C/год здійснюється до температур 790-810°C, він забезпечує трансформацію перліту в аустеніт та подрібнення зерна аустеніту. Підвищення температури та часу витримки призводить до появи фериту у міжкритичному інтервалі евтектоїдного перетворення. Такий пробейнітний ферит знижує міцність та зносостійкість чавуну. Охолодження виробів від температур аустенітизації здійснюється струменем стисненого повітря, що дозволяє отримати бейнітну структуру, минаючи перлітне перетворення.
Відпустка проводиться для зняття внутрішньої напруги при температурах 250-300°C, протягом 2-4 годин. Помітних структурних змін за температур відпустки немає. При нагріванні вище 300°C після відпустки можлива поява відпускної крихкості, що знижує пластичні властивості та ударну в'язкість чавуну.
Технічний результат, що реалізується при здійсненні винаходу, полягає в отриманні заготовок зі структурою чавуну, що складається з графітних включень кулястої форми і бейнітної матриці, які при оптимальному поєднанні, що забезпечується термічною обробкою і складом сплаву, дозволяють підвищити рівень міцності і пластичних властивостей. Вироби, отримані цим способом, відрізняються стабільністю властивостей перерізу і можуть широко використовуватися для отримання деталей в різних галузях машинобудування.
Спосіб може бути здійснений з використанням наступних технологічних прийомів та засобів.
Плавку чавуну здійснюють у плавильнихелектропечах, легування чавуну (Si, Mn, Mo, Ni, Cu) проводять відповідними феросплавами в печі за 10-15 хв до випуску металу, а його модифікування - магнійсодержащими лігатурами при зливі розплаву в ківш. Виливки одержують шляхом заливання рідкого чавуну в піщані форми. Після охолодження та вибивання виливки з форм при необхідності піддають механічній обробці. Вироби нагрівають у камерних електричних або газових печах для аустенітизації та відпустки. При першій нормалізації після вилучення з печі вироби охолоджують на спокійному повітрі до температури навколишнього середовища. Під час другої нормалізації використовують промислові вентилятори прискорення охолодження виробів. Після другої нормалізації виробу відпускають з витримкою в печі при заданих температурах і подальшим охолодженням на повітрі.
приклад. В індукційній електропечі розплавляли шихтові матеріали та отримували легований чавун з різним хімічним складом. При температурі розплаву 1390-1420°C його зливали в ківш, який попередньо засипали 2% від маси розплаву магнійсодержащую лігатуру ФСМг-7 (ТУ 14-5-134-86). Циліндричні виливки 35×380 мм одержували в піщано-глинистих формах. Після охолодження їх виготовляли зразки для механічних і металографічних досліджень. Хімічний склад досліджуваних чавунів представлено таблиці 1.