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

Изобретение относится к термической обработке отливок из высокопрочного чугуна, например чугунных прокатных валков. Известен способ термической обработки отливок из.высокопрочного чугу на, включающий нагрев до 860-880С, выдержку и охлаждение на воздухе 1 Основным недостатком этого способа является то, что он, обеспечивая незначительное повышение прочности а твердости чугуна, не позволяет повысить вязкость и пластичность мат риала . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является известный способ термической обработки отливок из высокопрочного чугуна, включающий ускоренный нагрев до температуры, превьпиающей температуру точки Acj на 50-100°С, выдержку охлаждение, многократный нагрев до точки Ас,, на 30-50°С с промежуточным охлаждением и окончательное ускоренное охлаждение. Охлаждение перед многократным нагревом и промежуточн охлаждение производят-на воздухе до температуры ниже, Аг , на 30-60°С. Известный способ .обеспечивает по лучение высоких прочностных, вязких и пластических свойств легированных чугунов с шаровидным графитом за счет перевода пластинчатого перлита в зернистый и предотвращения выделения третичного цементита по границам зерен (свойства после термообработки сердцевина отливки/поверхность - предел прочности при разрыве зв - 705/ 710 МПа,- предел прочности при изгибе 6vt - 645/650 МПа; ударная вязкость 23/21 кДж; относительное удлинение 2,3-2,1%; твердость 255/263 НВ 1 . Твердость поверхностного слоя термообработанной отливки не превышает 263 НВ. Поэтому этот способ не может быть использован при изготовлении инструмента, поверхностный слой которого подвергается интенсивному износу в процессе эксплуатации. Например, используемая при расчете конструкционной надежности крупных отливок, работающих в условиях знакопеременных изгибающих нагрузок, после обработки по этому способу не превышает 645-650 МПа. Цель изобретения - повышение твердости поверхностных слоев отливки, прочности и вязкости ее сердцевины. Для достижения указанная цель достигается тем, что в предлагаемом способе, включающем нагрев до температуры, превышающей температуру точки Ас, выдержку и последующее охлаж дение, многократный нагрев до температуры, превьшдающей температуру точки Лс на 30-50°С с промежуточным охлаждением дотемпературы ниже температуры точки Дг на 30-50°С, внача ле осуществляют многократный нагрев с промежуточным охлаждением, затем нагрев до температуры ниже Точки солидус Tg на 5-15°С, охлаждают на воздухе до 720-700°, далее до 400350°С со скоростью 20-30 град/ч, нагревают до 900-950 0 и охлаждают на воз.пухе. При нагреве со скоростью 50-100 100°С/ч, обеспечивающей равномерный прогрев ОТЛИВ.КИ по сечению и прохождению диффузионных процессов, циклировании и выдержки .при температуре. Тд - 5-15°С, путем диффузии углерода и легирующих элементов из более глубоких слоев -К поверхности отливки и самодиффузии железа осуществляется формирование поверхностного.слоя, обогащенного углеродом и легирующими элементами. . Многократное циклирование (5-8 ци лов) в интервале температур Ас.+3050°С и Аг - 30-50°С интенсифицирует диффузионные процессы, происходящие при нагреве, спЪсобствует получению высокого уровня свойств и качества отливки. Циклический нагрев сопровож дается ростом и растворением новой фазы, что приводит к накоплению дислокаций и разрыхлению кристаллической решетки, и в процессе дальнейше. го нагрева в значительной мере препятствует росту зерна. При этом в несколько раз быстрее протекает самодиффузия железа, способствующая залечиванию диффузионной пористости и обеспечивающая получение плотного металла. В процессе охлаждения до температуры Тз - 5-15°С высокоуглеродистого легированного аустенита формирует ся структура поверхности отливки в виде тонкопластинчатого перлита и бейнита с равномерно распределенными в ней мелкими включениями цементита и ледебурита, что придает метал лу повышенную твердость при достаточ но высоком уровне других характеристик. Структура сердцевины отливки, имеющая после нагрева до температуры TS - 5-15°С меньшее количество углерода и охлаждающаяся с меньшей скоростью, состоит из мелкодисперсно го перлита. Она практически не содер жит твердых включений цементитЙ и ледебурита, поэтому характеризуется более низкой, по сравнению с поверхностью/ твердостью и высоким уровнем прочности, вязкости и пластичности, Нагрев до температур, превышающих TS - 5-15°С приводит к оплавлению и затвердеванию локальных объемов металлической матрицы с образованием грубых графито-ледебуритных колоний, наличие которых снижает прочность и твердость поверхностных слоев. При температурах более низких, чем Tg - 5-15°С, не обеспечивается достаточное обогащение поверхностного слоя углеродом и легирующими элементами, а в сердцевине отливки наблюдается диффузионная пористость. После нагрева до температуры T -S15°С отливки охлаждают на воздухе до 720-700°С, что позволяет улучшить форму графита и его распределение, обеспечивает выделение структурно свободного цементита в виде мелких изолированных включений. I С целью предотвращения возникновения остаточных, напряжений, дальнейшее охлаждение отливки в температурном интервале 720-700 - 400-350°С, соответствующем переходу металла из пластического в упругое состояние, производят со скоростью 25-30 град/ч, далее на -воздухе.. В процессе окончательной термической обработки (нормализации) измельчается зерно и увеличивается количество бейнитной составляющей в металлической основе чугуна, что является дополнительным резервом повышения твердости и прочности по.верхностного слоя, а также вязкости и прочности сердцевины. Предлагаемый способ опробован на отливках из перлито-цементитного валкового чугуна с шаровидным графитом следующего химического со.става, %: углерод 2,6-2,8; кремний 1,1-1,3; марганец 0,l-0,3j никель 1,6-1,8, медь 1,0-1., 2; молибден О, 3-0,5)церий, магний 0,03-0,04. Свойства поверхностного слоя и сердцевины отливки в литом состоянии; предел прочности при разрыве Gg 390 МПа, прочности при изгибе (j 550 МПа, ударная вязкость 79 , твердость 277 НВ. Пример. Нагрев со скоростью 80 град/ч до 700°С, пятикратное циклирование в интервале температур 700750°С, нагрев до 1170°С, выдержка 20 с/мм сечения, охлаждение на воздухе до 700°С, охлаждение со скоростью 30 град/ч до 350С, далее на воздухе, нормализация 900°С. Свойства материала отливки после обработки по такому способу: сердцевина/поверхностный слой - предел прочности при разрыве 6g 1190/685 МПа, предел прочности при изгибе бу, 1790/620 МПа; ударная вязкость

К Лж

480/130 относительное удлинение м

6,6/1,8%, твердость 260/429 НВ.

Как показали проведенные испытания, предлагаемый способ обеспечивает по сравнению с известным повышение твердости поверхностного слоя отливки в 1,7 раза при одновременном росте прочности, пластичности и вязкости сердцевины, в 1,7-2,5 раза, что повысит конструкционную надежность и износостойкость инструмента в 2-3 раза.

Формула изобретения

Способ термической обработки отливок из высокопрочного чугуна, включающий нагрев до температуры, превышающей температуру точки Acj, выдержку и последующее охлаждение, многократный нагрев до температуры.

превышающей температуру точки Ас, на 30-50 С с промежуточным охлаждением до температуры ниже точки Аг на 30-50 С, отличающийся тем, что, с целью повышения твердости поверхностного слоя, прочности и вязкости сердцевины, после операции многократного нагрева с промежуточны охлаждением осуществляют нагрев заготовки до темпера/уры ниже точки солидус на , охлаждают на воздухе до 720-700°С, далее до 400350°С со скоростью 20-30 град/ч, нагревают до 900-950.С и охлаждают на воздухе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР .№395448, кл. С 21 D 5/00.

2.Авторское свидетельство СССР W493513, кл. С 21 D 5/02.