Способ термической обработки чугуна Советский патент 1982 года по МПК C21D5/00 

(5) СПОСОБ ТЕРИИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЧУГУНА

t

Изобретение относится к области термообработки чугунного литья и может быть использовано для деталей, работающих в условиях трения скольжения (поршневые кольца, узлы трения, ломоперерабатывающее оборудование и т. п.).

Известен способ тepм tчecкoй обработки существующих марок чугунов, заключающийся в закалке с непрерывным охлаждением в одной среде и последующем отпуске или в изотермической закалке. Указанный способ позволяет получить мартенситную, тростомартенситную или бейнитную структуру .металлической основы чугуна высокой твердости и износостойкости tH.

Однако повышение износостойкости за счет высокой твердости может быть получено не всегда, так как при работе в паре подшипник скольжения вал идет интенсивныйизнос контртела. К недостаткам способа относится и

возможность коробления детали и образование закалочных трещин.

Чаще используются комплексные спойобы повышения антифрикционных свойств чугунов: легирование -f термообработка. В результате легирования (что значительно удорожает детали) получают мартенситную, аустенитомартенситную или аустенитную структуру металлической основы чугуна.

Известны также способы термич§ской обработки легированного чугуна сложного химического состава по режиму: нагрев до 970120°С, выдержка и охлаждение на воздухе - нормализация и отжиг 800-820 С в течение 5 ч, закалку от 1000°С на воздухе и отпуск при 500С в течение 6 ч. Получаемая структура аустенито-мартенситная 21 и 131.

30

Известные способы могут быть применены только для легированных дорогостоящих чугунов. 389968 Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ термообработки чугуна (нормализация) , согласно которому нагрев заготовок производят до 850-950 0 (ско- 5 рость нагрева k- 2°С/мин), осуществляют выдержку (0,5-1,0 ч) после чего их охлаждают на воздухе. Изготовленные из такого чугуна детали используют обычно в качестве 10

Микроструктура

Тип чугуна Перлитная основа и Серый чугун марки СЧ 2k-kk пластинчатый Феррит кремнистый Высокопрочный видный графит Ледебурит, цементит Половинчатый чатый графит

В табл. 2 приведена износостойкость чугунов при испытаниях на машине МИ-1М при скорости 1,27 м/с с наИзнос чугуна на каждые 4 км пути трения при установившемся режиме, мкм

Прирост пористости чугуна при термообработке г1о известному способу составляет 0,13-0,3% 4.

Недостаток известного способа термообработки заключается в том, что он не дает возможности использовать в полной мере антифрикционные свойства чугунов.

Цель изобретения - повышение антифрикционных свойств за счет увеличения пористости.

Поставленная цель достигается тем, что в способе термической обработки

Твердость НВ

грузкой 30 кг/смй(контртело-вал из закаленной стали 45 с твердостью

HRC 48-50) I

Таблица 2

1,63

. 1,17

чугуна, включающем нагрев до 850950°С, выдержку и охлаждение на воздухе, заготовки после выдержки охлаждают вместе с печью до 720-68о С, затем поеторно нагревают и выдерживают при первоначальной температуре.

По сравнению с нормализованной структурой, структура, полученная после обработки по предлагаемому способу, не отличается по фазовому составу, морфологии, степени дисперсности, но имеет иную пористость, что еще более повышает антифрикционные свойства чуподшипников скольжения, для которых наибольшее значение имеют антифрикционные свойства, т.е. одновременно стойкость на износ (окислительный, нормальный износ) и низкий коэффициент трения. В табл. 1 приведены свойства чугуна, подвергнутого нормализации по известному способу. Таблица 1 графит 159 и шаро2 0и пластин280Гуна за счет большего роста пор, спо собствующие образованию устойчивой смазывающей пленки на поверхности де талей, работающих в условиях трения и износа, Пример 1, Образцы чугуна СЧ обрабатывают по режиму: нагрев с печью до 900°С со скоростью Б С/мин, выдержка 0,5 ч, медленное (с печыр) охлаждение до 650, 680, 720 и , снова нагрев с печью до , выдержка 0,5 ч и охлаждение на воздухе до комнатной температуры. Исходная структура перлит + пластинчатый графит. После термообработки по предлагаемому режиму структура не изменилась. В табл. 3 приведен химический состав обрабатываемого в эксперименте чугуна, в табл. - данные по износу чугуна, обработанного по известному и предлагаемому способам. Износ чугуна определяли на машине МИ-Ж при скорости 1,27 м/с с нагрузкой 30 кг/см (контртело-вал из з&кзпенной стали «Б с твердостью HRC jS-SO) П р и м е р 2. Обрабатывают и ис лытывают половинчатый чугун состава (табл. 3). Способ осуществляют так . же, как в прим. 1, т.е. меняют температуру промежуточного охлаждения при неизменных прочих параметрах. Результаты эксперимента представлены в табл. . Пример 3. Обрабатывают и . испытывают высокопрочный кремнистый чугун состава 3 (табл. 3). Способ осуществляют так же, как в прим. 1 и 2, Результаты эксперимента представлены в табл. k. Из примеров 1-3 следует: 1)Износ после двукратного нагрева ниже, чем после однократного для трех типов чугунов, т.е. ниже, чем при обработке по известному способу. 2)При температуре охлаждения перед вторым нагревом, меньшей (650С) , износ образцов почти такой же, как при (несколько снижается у половинчатого и высокопрочного) , Процесс графитизации идет,, хотя лучше он идет при более высоких температурах. Однако охлаждение до температур, меньших , нецелесообразно, так как увеличивается время термообработки и расход энергии, что экономически невыгодно. 3) При температуре охлаждения пе ред вторым нагревом, большей 720°С (), не завершается полностью процесс превращения аустенита в перлит, и для графитизации перлита эта температура высока. Кроме того, уменьшается количество выделяемого углерода в виде цементита или графита из аустенита (в сером и половинчатом чугунах) и из феррита (в высокопрочном KpeMHHCtoM чугуне). Следовательно, оптимальной температурой охлаждения перед вторым нагревом является 680-720С. Пример . Для составов чугуна, приведенных в табл. 3, увеличивали кратность нагрева, т.е. осуществляли нагрев 3, , 5 и 6 раз с промежуточными охлаждениями до 700С, а нагрев и выдержку - по режиму примера 1. Износ от до 6-ого циклов практически не изменялся. Это свйзано с тем, что увеличение времени нагрева чугунных заготовок в окислительной (незащитной) атмосфере печи приводит к диффузии кислорода на боль ШУЮ глубину, окислению границ зерен, образованию слоя окалины на заготовках, что требует увеличения допуска и, следовательно, увеличения расхода Металла. Следовательно, увеличение техноло гического цикла и связанного с ним расхода энергии при многократных нагревах экономически не оправдано. Примечание.

Приведенные в табл. 3 и данные свидетельствуют о том, что при существующем оборудовании на заводах и параметрах работы печей за счет из- менения технологии (промежуточного охлаждения до 720-680 С) можно повысить антифрик1 ионные свойства чугунных деталей, работающих в условиях трения скольжения.

Предлагаемый способ термообработки снижает износ чугуна C42kkk в 2 раза, высокопрочного (кремнистого)в 1,1 -1,2 раза, половинчатого в 1,3 раза.

Таблица 3

Наибольший эффект, полученный на сером чугуне, объясняется образованием большей пористости по сравнению с двумя другими химическими составами

чугуна: в половинчатом чугуне данного состава отсутствуют процебсы графитизации, а в высокопрочном - П| оцессы аустенизации, вследствие чего получение перлитной структуры становится невозможно. Нарастание пористости идет за счет переменного растворения и выделения углерода в аустените (табл.3) или в феррите (состав 3 табл. З) Химические составы чугунов подбирались таким образом, чтобы проверить влияние механизма образования пористости на износ при обработке чугунов по предлагаемому режиму.

n 89968512

Формула изобретения1. Справочник по машиностроительСпособ термической обработки чугу- ным материалам. 7. 3, Машгиз, 1959,

на, включающий нагрев до 850-950°С,с. 65-79. выдержку и охлаждение на воздухе,

отличающий с я тем, что, с 2. Авторское свидетельство СССР целью повышения антифрикционных№ 5П378, кл. С 22 С 37/06, 1975. свойств за счёт увеличения пористости, заготовки после выдержки охлаж-3- Авторское свидетельство СССР дают с печью до 720-680 0, а затем№ 583229, кя. С 22 С 37/10, 1976. повторно нагревают и выдерживают при . Райцес В.Б. Термическая обрапервоначальной температуре.ботка на металлургических заводах.

Источники информации,М., Металлургия, 1971, с. 188-189,

принятые во внимание при экспертизе199, 202-20.