Способ графитизирующего отжига отливок из белого чугуна Советский патент 1992 года по МПК C21D5/04 C21D5/14 

Изобретение относится к способам термической обработки чугунов и может быть использовано при отжиге белого чугуна на ковкий.

Известен способ графитизирующего отжига, заключающийся в нагреве до температуры искусственного старения 350-400°С, искусственном старении в течение 4-5 час, нагрев до температуры первой стадии гра- фитиэации 950-1050°С со скоростью, не превышающей 200-300°/ч, высокотемпературном отжиге в течение 5-10 ч, охлаждении до второй стадии графитиэирующего отжига температуры 780°С и медленном охлаждений со скоростью 0,06 до 0,1°/мин. до температуры 700-690°С и последующем охлаждении на воздухе до комнатной температуры.

Недостатком способа является большая продолжительность отжига и низкая производительность работы людей и оборудования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ графитизирующего отжига отливок из белого чугуна, заключающийся в нагреве до температуры первой стадии графитизации 960°С, пропускании постоянного тока плотностью от 0,37 до 0,5 А/см2 в течение 4-5 ч, охлаждении до температуры второй стадии графитизации, выдержке и охлаждении. При этом повышаются механические свойства отливок и сокращается продолжительность графитизирующего отжига белого чугуна на ковкий.

Недостатком способа является усложнение оборудования, необходимого для пропускания постоянного тока, что снижает производительность по сравнению с существующим сейчас способом графитизирующего отжига в печах с большим количеством отливок одновременно.

Скорость процесса графитизации увеличивается за счет изменения концентрационных полей углерода в связи с воздействием электрического тока, но такое увеличение связано с диффузией углерода и

сл

С

1 о ю с о

оэ

железа в процессе роста графитных включений, что в принципе не меняет самого механизма процесса графитизации, а значит и увеличение скорости сравнительно небольшое.

Цель изобретения - ускорение процесса отжига.

Поставленная цель достигается тем, что скорость нагрева регулируется таким образом, чтобы она была не ниже 350-400°/час и температуру первой стадии графитизации поддерживать на уровне не ниже 1050 С до температуры плавления чугуна.

Процесс графитизации связан с обезуглероживанием аустенита вследствие выделения углерода на графитных включениях. Обезуглероживание кремнистого аустенита сопровождается ростом феррита в интервале 850-950°С, что связано с у - а перекри- сталлизацией железа по мере отвода атомов углерода. Выше 950°С обезуглероживание идет преимущественно nyreiy снижения содержания углерода в аустените и феррита образуется очень мало. Выше 1050°С феррит не образуется при любых выдержках при данной температуре. При этих температурах существенную роль в процессе обезуглероживания начинает играть диффузия кремния в поле градиента концентраций углерода.

Увеличение скорости нагрева белого чугуна до температуры выше 1050°С создает условия для восходящей диффузии кремния (против градиента его концентраций) в поле градиента концентраций углерода, который создается вокруг графитных включений. Чем выше скорость нагрева тем больший по величине градиент концентраций углерода в аустените и активней диффузия кремния. Повышение концентрации кремния в аустените у графитных включений создает такое соотношение между равновесной и истинной концентрацией углерода при котором возникает зона концентрационного пересыщения (неустойчивого состояния матрицы) на некотором удалении от графитного включения.

Это облегчает зарождение здесь новых графитных выделений. При этом графитиээ- ция обеспечивается преимущественно множественным зарождением графита, а поскольку возможность роста таких включений зависит от величины концентрационного пересыщения (а оно в свою очередь зависит от скорости нагрева отливок) они невелики и величина графита малая, что положительно сказывается на механических свойствах ковкого чугуна. Процесс графитизации проходит во время нагрева, т. к. в процессе выдержки градиенты по углероду

сглаживаются и идет рост уже имеющихся включений. Поэтому в предлагаемом способе продолжительность отжига определяется только временем прогрева отливок.

Применение скоростных методов нагрева (например в расплаве солей), при которых прогрев отливки осуществляется за несколько секунд не дает возможности зародиться достаточному количеству графитных включений в процессе нагрева и графитизация обеспечивается ростом уже имеющихся частиц, а это связано с отводом атомов железа от растущего графита и поэ- томупроцесс длительный(5-10ч), В предлагаемом способе следует производить нагрев отлив.ок со скоростью не ниже 350- 400°7ч в печи.

Образцы из белого чугуна следующего состава, %: С 2,74; Si 1,15; Мп 0,52; Fe ocтальное, нагревали в селитовой печи с разной скоростью до температур 960-1100°С, выдерживали при этой температуре различное время от 0,1 ч до 3 ч и закаливали с целью фиксации структуры.

Полученные данные иллюстрируются таблицей, где видно, что нагрев до температуры ниже 1050°С не приводит к полной графитизации и в структуре наряду с графитом (Г) имеется и цементит (Ц). Нагрев выше

1050°С (до температуры 1100°С) улучшает структуру графитизированных отливок, поэтому верхний предел температуры отжига ограничивается опасностью опльвления чугунных отливок данного состава.

Скорость нагрева до 1050°С ниже 350°/ч не достаточна для прохождения полной графитизации. Чем выше скорость нагрева тем более мелкие графитные включения, что дополнительно повышает

механические свойства ковкого чугуна.

Время выдержки в печи при температуре графитизации зависит от сечения отливок, В небольших отливках диаметром 5 мм графитизация полностью проходит за 5 мин,

а более крупные диаметром 50 мм выдерживали 3 часа.

Нагрев образцов по способу-прототипу приводит к полной графитизации лишь после 5 часов отжига на первой стадии.

На Днепропетровском комбайновом заводе были проведены механические испытания образцов чугуна, обработанного по предлагаемому способу. Длительность отжига сокращена более чем в 4 раза, по

сравнению с базовой технологией, существующей на заводе.

Формула изобретения Способ графитизирующего отжига отливок из белого чугуна, включающий нагрев

Ар температуры выше Асз, выдержку и охлаждение, обеспечивающее заданную структуру матрицу, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса путем обеспечения графитизации эвтектического

цементита в процессе нагрева, нагрев ведут в печи со скоростью не менее 360°/ч до температуры не ниже 1050°С, но ниже температуры плавления чугуна.

Сущность изобретения: отливки из бе- / лого чугуна нагревают в печи со скоростью не менее 350° С/ч до температур, выбираемой из интервала 1050°С t температура плавления. Выдержку при данной температуре проводят только для толстостенных от- ливок. Охлаждают со скоростью, обеспечивающей необходимую структуру матрицы. 1 табл.

Г - графит Ц - цементит М - мартенсит