Способ изготовления отливок из низколегированных сталей Советский патент 1991 года по МПК B22D25/00 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к получению отливок из низколегированных сталей.

Целью изобретения является повышение прочностных свойств отливок при сохранении их пластических свойств.

Способ включает выплавку стали, моди- % фицирование, заливку в литейные1 формы,

выбивку, охлаждение и термическую обработку, расплав перед заливкой легируют азотом в количестве 0,012-0,018 % мае. % и ванадием в количестве 0,08-0,12 мас.%, а термическую обработку отливок проводят при температуре на 100-150°С ниже температуры полного растворения нитридов ванадия, которую определяют по формуле

О Ю

о

и

Изобретение относится к литейному производству. Цель изобретения - повышение прочностных свойств отливок при сохранении их пластических свойств. Способ изготовления отливок включает выплавку стали, модифицирование, заливку в литейные формы, выбивку, охлаждение и термическую обработку. Расплав перед заливкой легируют азотом в количестве 0,012-0,018 мас.% и ванадием в количестве 0,08-0,12 мас.%, а термическую обработку отливок проводят при температуре на 100-150°С ниже температуры полного растворения нитридов ванадия, которую определяют по формуле IVN ( 9473 + 2436 (V) + 8950 (N) + +932 (С)+ 160 (Мп)- 67 (Si) + 419 (Сг) + 1610 (Al))/(lg V + Ig N - 3,966 + 1,5 (V) + 5,44 (N)-f + 0,059 (Si) + 0,128 (Cr) + 0.0598 (Mn) + 0,831 (Al)) - 273, где V, N. C.Mn, SI, Cr, Al - процентное содержание соответственно ванадия, азота, углерода, марганца, кремния, хрома и алюминия. Т з.п. ф-лы, 1 табл. СП

tVN

-9473+2436(V)+8950(N) + 932(C) + 160(IVh)-67(Si)+419((AI) Ig IV j + Ig L N J - 3,966 + 1,5 (V) + 5,44 ( N) + 0,059 (Si) +0,128 (Cr) + 0,0598 ( Mn ) +0,831 (ДЕ) -273,

где V, IN, C, Mn, Si, Al. Cr - содержание в отливке ванадия, азота, углерода, марганца, кремния, алюминия соответственно;

tvN - температура полного растворения нитридов ванадия, °С.

В процессе затвердевания отливок азот и ванадий накапливается на фронте кристаллизации и уменьшают линейную скорость кристаллизации, что приводит к формированию дисперсной дендритной структуры по всему объему отливки и, как следствие, к более равномерному распределению неметаллических включений по объему отливки, что затрудняет процесс образования микротрещин в процессе эксплуатации.

Для эффективного повышения уровня эксплуатационных свойств необходимо также диспергировать и гомогенизировать вторичную структуру и равномерно перерас- пределить вторичные фазы по объему отливки. В противном случае при вводе азота и ванадия может наблюдаться ухудшение эксплуатационных свойств вследствие присутствия крупных нитридов ванадия.

Оптимальное воздействие азота и ванадия на процесс формирования вторичной структуры достигается при аустенизиру- ющем нагреве до температуры на 100-150°С ниже температуры полного растворения нитридов ванадия. Это позволяет стабилизировать при нагреве зерно аустенита и в то же время растворяет значительную часть нитридов ванадия в аустените с целью повышения устойчивости переохлажденного аустенита и приводит к диспергированию вторичной структуры и равномерному распределению избыточных вторичных фаз по объему отливки.

Обработка расплава перед заливкой азотом меньше 0,012 мас.% и ванадием меньше 0,08 мае. % не приводит к эффективному влиянию на формирование дендритной структуры отливок, а в сочетании с термообработкой при температуре более чем на 150°С ниже температуры полного растворения нитридов ванадия приводит к формированию грубой вторичной структуры вследствие снижения устойчивости переохлажденного аустенита и недостаточного растворения нитрид-ванадия.

Обработка расплава перед заливкой азотом в количестве более 0,018 мас.% и ванадием более 0,12 мас.% приводит к образованию крупных .труднорастворимых нитридов ванадия, для растворения которых необходимы высокие температуры нагрева, трудно осуществимые на практике. В сочетании с аустенизйрующим нагревом при температуре менее чем на 100°С ниже температуры полного растворения нитридов ванадия, это приводит к росту зерна аустенита и ухудшению свойств отливок.

Полная температура выделения нитридов ванадия зависит от концентрации элементов в твердом растворе.

Свободная энергия образования нитридов ванадия определяется хак сумма свободных энергий следующих реакций:

1/2N2(2) + Vmb VN(nib):

A G 114639 + 82.42Т, Дж;

V Уть; A GS 15480 + 31,38Т, Дж;

A G&N 216969 + 97.14Т, Дж.

Температурная зависимость Ig j§ определяется по литературным данным.

Изменение свободной энергии азота

(А Gft) и ванадия (A G9) при переходе к стан- дартному 1 %-ному раствору составит (Дж)

Мре

AGv(i) -RTInгде lgtf + 0,48;

Mv 100

MFe

надия;

Му - атомная масса железа и ва1082

A Gv (1) - 2,3 RT(- - - 2,38), Дж.

Известна зависимость растворимости азота в у - Fe:

28336 - 17,719 + 3.683(Т

109

КМ

Т

+ 1/2lg Pw2.

Преобразовывая это уравнение методом наименьших квадратов в общепринятое вида А + В /Т, определяем, что при атмосферном давлении(PN2-0,7 1,013 х хЮ5Па).

lg№Fe 8ii 3,49-mpa.

Принимая 1 %-ный раствор азота ву- Fe

за стандартный и переходя к десятичным

огарифмам (In N 2,303 Ig N), получаем (Дж)

Д(ЗЙ( 1 ) 2,3 RТ(2|Ј-3,49).

- Общее изменение свободной энергии составит

ДС8бщ Дб9ы+А00+ДСЙ;

AGo6m RTInav 3N 2,3R -T(lgfvx x V -HgfN N).

Получаем Ig V + Ig N A| - Ig fv - - Ig fN. где fv« 2 ei/ Dl: fN J) 4tj

- n

параметры взаимодействия.

,u pJ pj

Таким образом, равновесная температура образования нитридов ванадия определяется следующей концентрационной зависимостью:

п„-9473+2436(V )-f8950(N) + 932(C1 + 160(Mn)-67fSil+4l5(Cr H-1610(AI)

VN JglVJ + lgLNJ-3,9№+1,B(V) + K44(N)+0.059(S)+OjM(Or) + U,069B(Mi) + 0,fi31(AJ)

О

где С, Cr, SI, Mn. N. V, Al - содержание в отливке углерода, хрома, кремния, марганца, азота, ванадия и алюминия соответственно:

tvN - температура полного растворения нитридов ванадия, °С.

П р и м е р. В 150 кг индукционной печи МГП-102 была выплавлена сталь 20ХГСАФЛ,-После расплавления металла и его раскисления расплав в печи перед заливкой легировали азотом (вводили литой азотированный Феррохром марки ФХО 10Н2-0154ТУ 14-5-159-84)в количестве 0.12 мас.% от жидкого металла и ванадием (вводили феррованадий ФВд35 по ТУ 14-5-98- 78э) в количестве 0,1 мас.% от жидкого металла.

JtVN

-9473 + 2436fV i+8950(N )+g32(C) + 160()-67(SI)-f419CQ- 1610(AI) : tg VI + lglMj-3,966+ 1.5(V) + 5.44(M)+ 0.059(50+0.128( O.U598(IVh) + 0,831 (Al) -273 1054°C.

после определения температурных режимов термической обработки трефы загружали в термическую печь, нагревали до указанных температур и охлаждали на воздухе. Механические свойства приведены в таблице.

Как видно из таблицы, оптимальными значениями введения азота и ванадия явля- ются соответственно 0,012-0,018 мас.% и 0,08-0,12 мас.%.

Использование предлагаемого изобретения позволит повысить прочностные свойства отливок при сохранении пластине- ских свойств, что увеличит срок службы деталей, изготовленных из отливок.

Формула изобретения

- 9473+2436(V) + 8950(N)+932( С)+ 160(IVh)-67(51 )+419((Д1)

. N + lg NJ-a9 +1.5(V) + 5.44(N)V6.D5a(a)Al28(a) + 0.0556(),83l(AI) , 273,

50

где V, N, С, Mn, Si, Cr, At - процент-IVN - температура полного растворения

ное содержание в отливке соответственно нитридов ванадия, °С. ванадия, азота, углерода, марганца, кремния, хрома, алюминия;

После заливки, затвердевания и охлаждения трефовых проб по ГОСТу 7832-65 определяли содержание элементов в стали. Химический состав металла следующий,

мас.%:

С 0,21; Мп 1,0; Si 1,15; Cr 1,0, V 0,09: Al 0,02; N 0,016. Количество азота в металле определяется как сумма введенного (0,012%) и остаточного, т.е. присутствующего при производстве любой марки стали азота (в данном случае остаточное содержание азота составляло 0,004%).

После определения химического состава определили температуру полного растворения нитридов ванадия, которая составила WN 1054°C.

плавку стали, модифицирование, заливку в литейные формы, выбивку, охлаждение и термическую обработку, отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных свойств отливок при сохранении их пластических свойств, расплав перед заливкой легируют азотом в количестве 0,012-0,018 мас.% и ванадием в количестве 0,08-0,12 мас.%, а термическую обработку отливок проводят при температуре на 100-150°С ниже температуры полного растворения нитридов ванадия.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что температуру полного растворения нитридов ванадия для низколегированных сталей определяют по формуле