Способ обработки белого чугуна Советский патент 1992 года по МПК C21D5/00 

Изобретение относится к термической обработке, в частности к способам управления текстурой цементита доэвтектиче- ского белого чугуна, и может быть применено при восстановлении деталей машин, работающих в условиях абразивного изнашивания.

Известен способ управления текстурой цементита в отбеленном слое чугунных листопрокатных валков, при котором управление текстурой цементита осуществляется за счет преимущественной ориентации кристаллов цементита плоскостью (020) перпендикулярно направлению теплоотвода при кристаллизации.

Недостатком этого способа является низкое значение механических характеристик отбеленного слоя чугунных листопрокатных валков.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ управления текстурой цементита белого чугуна, при котором управление текстурой цементита осуществляется посредством получения благоприятной

для повышения абразивной износостойкости преимущественной ориентировки цементита базисной плоскостью (001) параллельно поверхности износа, обеспечиваемой предварительным нагревом детали газовой горелки и введением дополнительного охлаждения наплавленного металла углекислым газом.

Недостатком этого способа является низкая твердость и прочность наплавленного слоя, а также невозможность применения механической обработки деталей после наплавки белым чугуном, а следовательно, и требуемой чистовой поверхности деталей, нет упрочнения наплавленного слоя

Целью изобретения является управление текстурой цементита доэвтектическо- го белого чугуна и применение целенаправленного текстурирования цементита при горячей накатке для повышения износостойкости деталей машин

Для этого во многих поликристаллических материалах зерна ориентированы не случайно, а выстраиваются преимущественно около какого-либо направления или совосл

с

а

о

ЧУ

купности направлений. Если в материале зерна ориентированы не случайно, а группируются относительно какого-то кристаллографического направления, то говорят, что имеется преимущественная ориенти- ровка или текстура.

Предлагаемой способ отличается от известного тем, что наплавленный слой диэлектрического белого чугуна подвергается обработке, включающей создание заданной текстуры цементита базисной плоскостью (001) параллельно поверхности износа, отличающийся тем, что с целью повышения износостойкости, текстуру создают с высокой интенсивностью дифракционных мак- симумов 002, 004 и 006.

Предлагаемый способ управления текстурой доэвтектического белого чугуна осуществлен следующим образом.

Пластическое течение вызывает пере- ориентацию решеток в отдельных зернах поликристаллического материала; реализуется стремление к развитию текстуры (к преимущественной ориентировке решеток), равно как и реализуется преимуществен- ный характер изменения формы зерен.

Устойчивая текстура деформации является характерной особенностью строения пластически деформированного металла при данной температуре и схеме горячей накатки. Контролируя разработанный режим деформации и последующего нагрева, можно минимизировать образование текстуры, либо максимально развить благоприятную текстуру.

Так как характер пластической деформации вблизи поверхности образца может отличаться от деформации в объеме (в частности при накатке), то, следовательно, текстура изменялась по глубине образца. Симметрия преимущественной ориентировки стремится к соответствию с геометрией собственно деформации.

Представляло значительный научный интерес исследование текстуры доэвтектй- ческого белого чугуна по глубине накатанного слоя. Для этого проводили рентгеновские исследования сечений наплавленного и впоследствии прокатанного слоя белого чугуна, параллельных поверхности накатки. Рентгеновская съемка на отражение осуществлялась на установках ДРОН-2,0 и ДРОН-3,0. Исследование закономерностей текстурообразования цементита проводилось путем послойной съемки дифрактограмм на расстояниях 200, 400, 600,800, 1000,1200.1400 мкм от поверхности накатки. Расшифровка дифрактограмм осуществлялась после каждой послойной съемки. При этом особое внимание привлек

дифракционный максимум, приписанный графиту, поскольку микроструктурно графит не обнаруживался. Было высказано предположение, что максимум с межплоскостным

о

расстоянием d 3,35 А, является вторым порядком отражения плоскости (001) цементита. Для проверки этого предположения вели съемку дифрактограмм от плоскости (001) монокристалла цементита.

Цементит, как наиболее твердая составляющая белого чугуна, является упрочняющей фазой с точки зрения механизма абразивного изнашивания. Поэтому, принимая во внимание прямую зависимость между твердостью и абразивной износостойкостью, следовало ожидать, что повышение твердости цементита в направлении изнашивания должно обеспечивать увеличение эксплуатационной стойкости чугуна в абразивной среде. Подробно исследование анизотропии микротвердости цементита проводилось на пластинчатых монокристаллах. Сопоставляя дифрак- тограммы монокристаллов и исследуемых образцов, пришли к заключению: дифракционный максимум с межплоскосто

ным расстоянием d 3,35 А, является вторым порядком отражения плоскости (001) цементита. Этот результат зафиксирован впервые, поскольку в литературе отсутствуют ссылки на возможность регистрации отражения (002) плоскости (001) цементита.

С учетом такой расшифровки анализ дифрактограмм свидетельствует о том, что при горячей накатке происходит преимущественная ориентация кристаллов цементита плоскостью базиса (001), параллельно плоскости накатки. Об этом говорят и высокая интенсивность дифракционных максимумов (002), (004) и (006) на дифрактограммах, при этом дифракционный максимум (002) больше по площади, ограниченной фоном, по сравнению с дифракционными максимумами (004), (006). В то время как на дифрактограммах, снятых с плоскости (001) монокристалла цементита, наблюдается противоположная зависимость интенсивности от индексов дифракционных максимумов. Причиной этого явления есть горячая накатка - деформация кристаллов цементита в накатанном слое доэлектрического белого чугуна.

Для проверки этого предположения производили съемку дифрактограмм монокристалла цементита, предварительно про- деформированного зачисткой на наждачной бумаге. Этим мы пытались приблизиться к

последствиям пластической деформации. Таким образом было установлено, что горячая пластическая деформация принижает эффект первичной энкстинкции и приводит к накоплению статических искажений кристаллической решетки. В результате действия этих двух факторов структуры наблюдается усиление дифракционных максимумов с малым углом и ослабление отражений, соответствующих большим углам. Дифрактограммы, снятые с сошлифованной поверхности монокристалла цементита, свидетельствуют о том, что в действительности пластическая деформация сильно влияет на перераспределение интенсивности дифракционных максимумов.

Таким образом, подтверждается предположение, что высокая интенсивность отражения (002) на дифрактограммах, объясняется искаженностью кристаллической решетки цементита.

Результаты микроструктурного анализа подтвердили, что текстура цементита образовалась в результате его накатки. При горячей пластической деформации цементита его кристаллы приобретают преимущественную ориентацию плоскостью базиса (001) параллельно накатанной поверхности. Такая преимущественная ориентация цементита позволяет объяснить, почему микротвердость его, усредненная по большому числу кристаллов, на поверхности, параллельной поверхности накатки, более чем на 40% больше, чем в перпендикулярном сечении, а абразивная износостойкость белого чугуна за счет текстурирования цементита плоскостью базиса (001), параллельной поверхности накатки, в среднем на 60-70% выше, чем на профиле зуба звездочки нетек- стурированного.

Такая текстура оказалась оптимальной с точки зрения повышения абразивной износостойкости звездочек цепных передач. При этом следует отметить, что степень тек- стурированности слабо возрастает по мере удаления от поверхности накатки в глубину накатанного слоя.

Использование предлагаемого способа управления текстурой цементита белого чугуна обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие

преимущества:

повышение абразивной износостойкости деталей, за счет формирования текстуры и текстурообразования в наплавленных слоях доэвтектического белого чугуна при горячей накатке.

Получение чистовой поверхности слоя, наплавленного доэвтектическим белым чугуном, посредством горячей накатки, что способствует повышению твердости и абразивной износостойкости белого чугуна.

Рентгенографическими исследованиями подтверждено, что при горячей накатке цементита его кристаллы приобретают преимущественную ориентировку плоскостью

базиса (001), параллельно накатанной поверхности, что способствует повышению износостойкости деталей. За счет управления текстурой цементита наибольшая твердость наблюдается на плоскости базиса (001) параллельно плоскости накатки.

Разработанный способ текстурирования цементита был положен в основу предложенной технологии восстановления звездочек цепных передач сельхозмашин

Результаты эксплуатационных испытаний свидетельствуют об увеличении износостойкости восстановленных звездочек в 2-3 раза по сравнению с серийно выпускаемыми.

Формула изобретения 1. Способ обработки белого чугуна, включающий создание заданной текстуры цементита базисной плоскостью 001 параллельно поверхности износа, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости, текстуру создают с высокой интенсивностью дифракционных максимумов 002, 004 и 006.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что текстуру создают горячей накаткой поверхности.

Данные по износостойкости звездочки РКС 6 11220. Исследование изнашивающейся поверхности зубьев по толщине. Объем выборки п 12. Звездочка серийная

Использование: восстановление деталей машин, работающих в условиях абразивного изнашивания. Сущность изобретения: горячей накаткой поверхности белого чугуна создают текстуру цементита с преимущественной ориентировкой плоскостью базиса (001) параллельно плоскости накатки и с высокой интенсивностью дифракционных максимумов 002, 004 и 006. 1 табл.