Способ получения отбеленных износостойких отливок Российский патент 2018 года по МПК B22D27/04 

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

Известен способ получения износостойких отбеленных деталей, например быстроизнашивающихся сменных деталей металлургического и горнорудного оборудования. Эти детали отливаются с холодильниками в местах предполагаемого получения отбела, а чугун имеет следующий химсостав, %: С 3,2-3,4; Si 2,8-3,5; Cr 5,0-6,5; Al 1,0-1,5; Mn 0,6-2,0; Fe - остальное.

В чугун при выдаче его из печи в ковш никаких добавок не вводится. Отбеленная часть этих отливок имеет твердость 410-520 НВ, твердость «серой» зоны 320-370 НВ, имеется большая переходная зона (Ю.Н. Таран, В.М. Снатовский, B.C. Лучкин и др. «Чугун», АС 742481, М.кл.² С22С 37/10).

Недостатками такого способа получения отбеленных износостойких отливок являются: низкая твердость и износостойкость отбеленного слоя, большое количество карбидов в «серых» частях отливки и большая переходная зона между «отбеленной» и «серой» частями отливки. Наличие карбидов в основной «серой» части отливки затрудняет обрабатываемость ее резанием и может привести к хрупкому разрушению изделия при динамических нагрузках.

Известен способ получения отливок автомобильных распределительных валов, включающий изготовление оболочковой формы, установку холодильников, заливку чугуна и последующее регулируемое охлаждение кристаллизующегося металла, при этом, с целью повышения износостойкости валов, чугун заливают при 1375…1400°C, а охлаждение при первичной кристаллизации осуществляют со скоростью 35…40°C/с в носике кулачка и 0,4…0,5°C/с - в центральной части вала (В.П. Платонов, А.А. Колпаков, «Способ получения отливок автомобильных распределительных валов», АС 980955, М.кл.² B22D 27/04).

Отбел на носиках кулачков получают с помощью:

1. установки холодильников в частях формы, образующих носики кулачков;

2. увеличения содержания карбидообразующих легирующих элементов Mn и Cr;

3. увеличения выдержки и перегрева чугуна в печи;

4. температуры заливки форм.

Недостатком данного способа является недостаточная глубина отбела на носиках кулачков и наличие цементита в опорных шейках.

Все эти способы увеличивают одновременно глубину отбела отливки, в зоне контакта с холодильниками, но при этом увеличивается количество цементита в опорных шейках и в других элементах распредвала, что ухудшает механическую обрабатываемость отливок и делает распредвалы хрупкими.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения отбеленных износостойких отливок, включающий изготовление форм, установку холодильников, перелив чугуна из печи в ковш, заливку форм чугуном и последующее охлаждение кристаллизующегося металла, при этом в металлозавалку печи вводят гипс (CaSO₄) в количестве 0,1…0,8% от объема жидкого металла (RU, патент на изобретение №2254207, B22D 27/00).

Недостатком данного способа является отсутствие стабильности в получении необходимой величины отбеленной зоны.

Технической задачей данного изобретения является получение заданной стабильной глубины чистого отбеленного слоя в режущей части почвообрабатывающих рабочих органов из высокопрочного чугуна, повышение твердости, регламентирование ширины переходной зоны.

Технический результат заключается в повышении износостойкости почвообрабатывающих рабочих органов за счет отбела режущей кромки, а также в исключении появления эвтектических карбидов в основной «серой» части отливки, что обеспечивает хорошую обрабатываемость резанием и исключает хрупкое разрушение изделия при резком возрастании нагрузки (при ударах).

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом способе получения отбеленных износостойких отливок, включающем изготовление форм, установку холодильников, перелив чугуна из печи в ковш, заливку форм чугуном и последующее охлаждение кристаллизующегося металла, при этом отбеливают отливки из высокопрочного чугуна в клинообразном сечении режущих частей, в котором его толщина возрастает от 2…3 до 25…35 мм, химический состав чугуна регламентируется содержанием углерода 3,3…3,6%, кремния 1,21…1,53%, марганца 0,4…0,7%, магния 0,4…0,6% и серы ≤0,02%, заливают жидкий металл при температуре 1360…1430°C во влажные песчано-глинистые формы с установкой стальных холодильников объемом 3⋅10^-8 м³ из расчета на каждый миллиметр квадратный отбеливаемой поверхности, что обеспечивает полный отбел в режущей части рабочих органов почвообрабатывающих машин на глубину 5…7 мм и ширину переходной зоны не более 8…10 мм.

При испытаниях проводились исследования влияния процентного содержания углерода, кремния, марганца, магния, а также температуры заливаемого чугуна на толщины отбеленного слоя режущей кромки почвообрабатывающих рабочих органов.

Для выбора оптимального состава чугуна для отливок долота плуга с отбеленным рабочим слоем было выполнено исследование комплексного влияния содержания основных его компонентов - кремния и марганца на глубину и характер отбеленной зоны литых образцов клиновидной формы, залитых в сырую песчано-глинистую форму, острым краем, установленных на металлическую плиту.

Исследование проводилось на серии опытных плавок чугуна, выплавленного в лабораторной индукционной печи, с фракционной разливкой металла. Содержание углерода выдерживалось на высоком уровне 3,3…3,6%, чтобы обеспечить образование возможно большего количества эвтектического цементита и высокую твердость отбеленного слоя, содержание серы не превышало 0,02%.

В ходе каждой плавки, изначально низкомарганцевого и низкокремнистого чугуна варьировали содержание марганца и кремния дробными добавками сначала первого, а затем второго элемента. После каждой добавки отбирали пробу на химический анализ и заливали опытный образец для изучения характера отбела.

Твердость отбеленной части образцов в зоне чисто белого чугуна для всех фракций была примерно одинаковой и составляла 60…62,5 HRC. Твердость основного тела отливки (зона графитизированного чугуна) и глубина отбела, измеренная до появления первых включений графитовой эвтектики.

Для достижения необходимой скорости охлаждения отливки, с целью получения заданных параметров отбела, использовались стальные холодильники объемом 3⋅10^-8 м³ из расчета на каждый миллиметр квадратный отбеливаемой поверхности, что обеспечивает полный отбел в режущей части рабочих органов почвообрабатывающих машин на глубину 5…7 мм и ширину переходной зоны не более 8…10 мм.

Оптимальная для упрочнения долота чизеля глубина отбеленного слоя 5…7 мм и приемлемый уровень твердости графитизированной части отливки ≤260НВ, позволяющий выполнять необходимые операции механической обработки резанием, были получены в чугуне с содержанием углерода 3,3…3,6%, кремния 1,21…1,53%, марганца 0,4…0,7%, магния 0,4…0,6% и серы ≤0,02%.

Металл перегревали в печи до 1520°C, выливали в передаточный ковш, а из него в 3 заливочных ковша. Заливка форм отливок велась при температуре 1360…1430°C во влажные песчано-глинистые формы с установкой холодильников в местах планируемого отбела на глубину 5…7 мм. Исследования проводились с рабочими органами почвообрабатывающих машин максимальным размером сечения рабочих органов, не превышающим 35 мм.

Изобретение относится к литейному производству и касается получения отбеленных износостойких отливок¸ конкретно отливок рабочих органов почвообрабатывающих машин. Способ включает изготовление сырой песчано-глинистой формы, установку в форму холодильника, обеспечивающего получение отбела в режущей части рабочего органа, толщина сечения которой возрастает от 2…3 до 25…35 мм, заливку чугуна в форму и последующее охлаждение кристаллизующегося металла. Объем холодильника выбирают из расчета 3⋅10^-8 м³ на квадратный миллиметр отбеливаемой поверхности отливки. Отливку получают из высокопрочного чугуна с содержанием углерода 3,3…3,6%, кремния 1,21…1,53%, марганца 0,4…0,7%, магния 0,4…0,6% и серы ≤0,02%, который заливают в форму при температуре 1360…1430°C. Отбеленный рабочий слой проходит на глубину 5…7 мм, а ширина переходной зоны составляет не более 8…10 мм. Обеспечивается повышение износостойкости рабочих органов, хорошая обрабатываемость резанием, исключение хрупкого разрушения при резком возрастании нагрузки.

Способ получения отливки рабочего органа почвообрабатывающей машины, включающий изготовление песчано-глинистой формы, установку в форму холодильников, заливку чугуна в форму и последующее охлаждение кристаллизующегося металла, отличающийся тем, что устанавливают стальные холодильники объемом 3⋅10^-8 на квадратный миллиметр отбеливаемой поверхности в клинообразной режущей части отливки, толщина сечения которой возрастает от 2-3 до 25-35 мм, и используют чугун с содержанием углерода 3,3-3,6%, кремния 1,21-1,53%, марганца 0,4-0,7%, магния 0,4-0,6% и серы ≤0,02%, который заливают в сырую песчано-глинистую форму при температуре 1360…1430°C.