СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТБЕЛЕННЫХ ИЗНОСОСТОЙКИХ ОТЛИВОК Российский патент 2013 года по МПК B22D27/00 

Изобретение относится к металлургии литейного производства, в частности к разработке способа получения отбеленной износостойкой отливки.

Известен «Способ получения отливок автомобильных распредвалов» [1]. Недостатком данного способа является недостаточная глубина отбела на носиках кулачков и наличие цементита в опорных шейках. Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является «Способ получения отбеленных износостойких отливок» [2].

Недостатком данного способа является низкая эффективность его применения при вводе гипса в печь.

Технической задачей данного изобретения является исключение ввода серосодержащих веществ в шихту печи, т.к. металл в печи является базовым в том числе и для получения высокопрочного чугуна (с низким содержанием серы до 0,02%) с шаровидным графитом.

Технический результат достигается совместным вводом гипса и ферромарганца в ковш.

Аналогов, содержащих отличительные признаки предлагаемого технического решения, не обнаружено.

На «ГАЗе», в условиях литейной цеха были проведены опытные сравнительные плавки получения распредвалов известным и предложенным способами. Чугун выплавляли в дуговой печи с кислой футеровкой. В качестве шихты использовали чушковые передельные чугуны, возврат чугуна СЧ21, отходы стали, ферросилиций, ферромарганец, феррохром и коксик.

Металл перегревали в печи до 1520°С, выливали в передаточный ковш, а из него - в 3 заливочных ковша. Заливка форм распредвалов велась при 1360-1420°С тремя вариантами: 1 вариант - с добавкой гипса в печь, 2 вариант - с добавкой гипса в ковш и 3 вариант - с добавкой гипса вместе с ферромарганцем в ковш.

В таблице 1 приведены химсоставы распредвалов с различным количеством введенных добавок гипса.

В таблице 2 приведены твердости кулачков, величины чистого отбела на кулачках, твердости опорных шеек и их микроструктура в зависимости от разного способа введенного в чугун гипса. Серосодержащее вещество - гипс попробовали ввести в ковш. Усвоение серы было небольшим (таблица 1, 230-470%) по сравнению с вводом в печь (400-800%). При совместном вводе в ковш гипса и ферромарганца усвоение серы увеличилось и стало 370-730%. В таблице 2 приведены механические свойства и структура - твердость и величина отбела кулачков выше у предлагаемого способа, чем у известного, что повышает износостойкость кулачков распредвала по новому способу. В структуре опорной шейки известного способа имеется цементит. В опорной шейке предлагаемого способа цементита и феррита нет. Структура стабильно-перлитная и твердость выше, что повышает и их износостойкость. Как видно из таблиц 1 и 2, совместный ввод гипса и ферромарганца в ковш дает максимальный положительный эффект: увеличение усвоения серы в ковше (варианты 2-5, таблица 1 предлагаемого способа), увеличение отбеленного слоя со стороны холодильников(варианты 2-5, таблица 2 предлагаемого способа) и исключение «отбела» в центральной части отливки распредвала.

Поскольку усвоение серы в известном способе, в ковше, ниже, чем в печи (как видно из таблицы 1), вариант ввода одного гипса в ковш в таблице 2 уже не рассматривается.

Ввод 0,08% гипса с ферромарганцем в ковш (вариант 1 предлагаемого способа) дает недостаточную величину отбела на носиках кулачков распредвала. Начиная с 0,1% до 0,8% гипса, введенного с 3% ферромарганца в ковш, получается стабильно нормированная величина отбела на носиках кулачков и полностью отсутствует цементит в опорных шейках (варианты 2-5).

Ввод 0,9% гипса с ферромарганцем в ковш является уже излишним, т.к. приводит к появлению цементита в опорных шейках и завышенной их твердости (вариант 6, таблица 2). Добавка ферромарганца меньше 3% (вариант 7 таблиц 1 и 2) уменьшает твердость отбеленного слоя кулачка и опорной шейки (по сравнению с вариантом 6). Увеличение ферромарганца свыше 3% (вариант 8 таблиц 1 и 2) увеличивает твердость опорной шейки с появлением цементита в ее структуре. Таким образом, ввод 0,1-0,8% гипса вместе с 3% ферромарганца в ковш дает самый оптимальный положительный эффект, увеличение твердости и глубины отбеленного слоя со стороны холодильника и исключение отбела в центральной части элементов отливки.

Таблица 1 Способ получения отливок Вариант № Химанализ, % Увеличение серы, % Количество гипса, % Совместно, в ковш: (гипс + FeMn 70), % С Si Мn Сr Р S В печь В ковш исходный 3,81 1,75 1,02 0,32 0,075 0,012 - - - - Известный 1 3,80 1,76 1,03 0,31 0,075 0,02 170 0,08 - - 2 3,81 1,79 1,02 0,30 0,074 0,022 180 0,1 - - 3 3,78 1,76 1,03 0,30 0,074 0,052 430 0,4 - - 4 3,76 1,78 1,02 0,29 0,073 0,072 600 0,6 - - 5 3,74 1,80 1,04 0,29 0,072 0,096 800 0,8 - - 6 3,72 1,87 1,05 0,28 0,068 0,102 900 0,9 - - 1 3,80 1,78 1,02 0,32 0,075 0,015 125 - 0,08 - 2 3,81 1,79 1,03 0,31 0,074 0,019 150 - 0,1 - 3 3,79 1,79 1,02 0,30 0,074 0,028 230 - 0,4 - 4 3,78 1,80 1,02 0,29 0,073 0,042 350 - 0,6 - 5 3,77 1,81 1,01 0,28 0,073 0,056 470 - 0,8 - 6 3,76 1,89 1,00 0,28 0,072 0,070 580 - 0,9 - Предлагаемый исходный 3,82 1,77 0,30 0,32 0,074 0,013 - - - - 1 3,81 1,78 1,21 0,33 0,073 0,018 150 - - 0,08+3,0 2 3,80 1,79 1,18 0,32 0,074 0,021 175 - - 0,1+3,0 3 3,79 1,80 1,17 0,29 0,073 0,044 370 - - 0,4+3,0 4 3,78 1,81 1,18 0,28 0,072 0,066 550 - - 0,6+3,0 5 3,78 1,83 1,19 0,28 0,073 0,088 730 - - 0,8+3,0 6 3,77 1,81 1,20 0,28 0,074 0,100 800 - - 0,9+3,0 7 3,78 1,78 1,03 0,28 0,073 0,061 542 - - 0,6+2,8 8 3,77 1,82 1,42 0,29 0,074 0,068 561 - - 0,6+3,2

Таблица 2 Способ получения отливок Вари
ант № Твердость кулачков, HRC Величина отбела на кулачках, мм Твердость опорной шейки, НВ 5/750/10 Микроструктура опорной шейки Известный способ 1 46 6,8 179 ПГф1,2-ПГд45-90-ПГр1,2-ПГ10-П85(Ф15) 2 49,7 7,8 190 ПГф1,2-ПГд45-90-ПГр1,2-ПГ10-П96(Ф4) 3 49 8,6 197 ПГф1,2-ПГд45-ПГр1-ПГ10-П96(Ф4) 4 52 8,9 217 ПГф1,2-ПГд45-ПГр1-ПГ10-П(Ф0) 5 53 9,2 229 ПГф1,2-ПГд45-ПГр1,2-ПГ10-П(Ф0) 6 58 11 260 ПГф1,2-ПГд45-ПГр1,2-ПГ10-П(Ф0)Ц6-Цп2000 Предлагаемый способ 1 47 7,0 187 ПГф1-ПГд45-ПГр1,2-ПГ10-П96(Ф4) 2 49 8,4 220 ПГф1-ПГд45-ПГр1-ПГ10-П(Ф0) 3 51 8,8 229 ПГф1,2-ПГд45-90-ПГр1-ПГ10-П(Ф0) 4 53 9,2 235 ПГф1-ПГд45-ПГр1-ПГ10-П(Ф0) 5 55 9,4 240 ПГф1-ПГд45-ПГр1-ПГ10-П(Ф0) 6 60 12 260 ПГф1-ПГд25-ПГр1,2-ПГ10-П(Ф0)Ц4-Цп2000 7 49 8,0 220 ПГф1-ПГд45-ПГр1-ПГ10-П96(Ф4) 8 58 9,8 260 ПГф1-ПГд25-ПГр1,2-ПГ10-П(Ф0)Ц2-Цп2000 Технические условия ≥49 HRC -3 мм ≥7,8 мм 190-255 Феррита до 8%, цементит не допускается

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает изготовление форм, установку холодильников, перелив чугуна из печи в ковш, заливку форм чугуном и последующее охлаждение кристаллизующегося металла. При разливке в ковш вводят гипс в количестве 0,1-0,8% совместно с ферромарганцем, взятым в количестве 3,0%. Обеспечивается увеличение усвоения серы в ковше, увеличение твердости и глубины отбеленного слоя. 2 табл.

Способ получения отбеленных износостойких отливок, включающий изготовление форм, установку холодильников в формы, перелив чугуна из печи в ковш, заливку форм чугуном и последующее охлаждение кристаллизующегося металла, отличающийся тем, что в ковш с чугуном вводят гипс в количестве 0,1-0,8% совместно с ферромарганцем в количестве 3,0%.