Способ изготовления отливок из низколегированных сталей

 

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

° ° Э

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я>я В 22 D 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С +160 IVh — 67 Si +419 Cr 1610 Al — 9473+2436 V +8950 N +932

g + g N —, +1,5(V)+5,44(N)+0,059(Si)+,128()+0, (IVh)+, 1®()

-. -273, (21) 4754484/02 (22) 30.10.89 (46) 07.12.91. Бюл. ¹ 45 (71) Институт проблем литья АН УССР (72) Ю. 3, Бабаскин, Е. Г, Афтандилянц, Е.В,Гаспарян и А, Ю, Кошель (53) 621.746.02(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 990828, кл. С 21 С 5/52, 1980.

Авторское свидетельство СССР

N1057177,,кл. В 22 D 25/00, 1981. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК

ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАНН6!Х СТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к литейному производству. Цель изобретения — повышение прочностных свойств отливок при сохранении их пластических свойств. Способ

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 литейные. формы, где (V), (N), (С), (Мп), (Si), (Al), (Сг) — содержание в отливке ванадия, азота, углерода, марганца, кремния, алюминия соответственно;

» Б «, 1696125 А1 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,7, а термическую обработку отливок проводят при температуре на 100-150 С ниже температуры полного растворения нитридов ванадия, которую определяют по формуле тном = (- 9473 + 2436 (V) + 8950 (N) +

+932 (С) + 160 (Мп) — 67 (Si) + 419 (Cr) + 1610 (Al))/(Ig (V) + Ig (N) — 3,966 + 1,5 (V) + 5,44 (N)+-+ 0,059 (Si) + 0,128 (Cr) + 0.0598 (Mn) + 0.831 (Al)) — 273, где (Ч), (N), (С), (Мп), (Я!), (Сг), (AI)— процентное содержание соответственно ванадия, азота, углерода, марганца, кремния, хрома и алюминия. 1 з.п, ф-лы, 1 табл. 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 BB надия, которую определяют по формуле тчи — температура полного растворения нитридов ванадия, С.

В процессе затвердевания отливок азот и ванадий накапливается на фронте кри1696125 сталлизации 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 такжедиспергировать и гомогенизировать вторичную структуру и равномерно перераспределить 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 аустенизирующем нагреве до температуры на 100-150 С ниже температуры полного растворения нитридов ванадия. Это позволяет стабили- зировать 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 диспергировению 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 мас.% не приводит к эффективному влиянию на формирование дендритной структуры отливок, а в сочетании с термообработкой при температуре более чем на 150ОС ниже температуры полного растворения нитридов ванадия приводит к формированию грубой вторичной структуры вследствие снижения устойчивости переохлажденного аустенита и недостаточното растворения нитрид-ванадия.

Обработка расплава перед заливкой азотом в количестве более 0 018 мас.7 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 аустенизирующим нагревом при температуре менее чем на 100 С ниже температуры полного растворения нитридов ванадия, это приводит к росту зерна аустенитэ 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;

5 1/2 (чг(2) + Vi b = V N(mb):

Л 61 = 114639 + 82,42Т, Дж; (V) = V b; Л Я = 15480 + 31,38Т, Дж;

Л Я1ч = 216969 + 97,14Т, Дж.

Температурная зависимость Ig jv определяется по литературным данным.

Изменение свободной энергии азота

15 (ЛЯ) и ванадия(ЛЯ) при переходе к стандартному 1 / -ному раствору составит (Дж)

h,({1) = — R Tin )Ч,М, Му 100 где Ig ф= +0,48;

1082

Мре IVIv — атомная масса железа и ванадия;

ЛВ {1) = 2 3 RT{ — Т 2.38). Дж

1082

25 Известна зависимость растворимости азота в у- Fe:

Ig(N+Fe = — 17,719 + 3,683(Т—

Т

109 N

1/2 Ig PNg

Преобразовывая это уравнение методом наименьших квадратов в общепринятое вида ig(N) = А+ В/Т, определяем, что при атмосферном давлении (Р 2 = 0,7 1,013 х

35 х10бПэ) !

9(И)) -Ре = — — 3,49

891 109 N

Т Т

Принимая 1%-ный раствор азота ay- Fe за стандартный и перехода к десятичным

40 логарифмам (in N =-2,303 Ig N), получаем(Дж)

ЛОЯ{1) = 2,3 R Ò(—.— 3,49).

782

Общее изменение свободной энергии составит

45 Ябщ = GVN + AGV + ЛОВ;

ЬЯбщ= R Т Ь av aN=2,3 R ° T(lg fvx х (V)+ Ig fN(N).), 50 flony aeM lg М+ Ig (N)= 2 3 ig Ябщ ! и и

-(9 Ь, где Ь4 g eh(i); fN= Х днИ1 =2 1йа, J я параметры взаимодействия. ev) eN

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

169.6125 — 9473+2436 V +8950 N +932 С +160 IVh — 67 Si +41 9 Cr 1610 Al

g + g —, +1 (V)+544(N)+ 05 ()+ 1 ()+, (IVh)+0, 1()

-27З, После заливки, затвердевания и охлаждения трефовых проб по ГОСТУ 7832-65 определяли содержание элементов в стали, Химический состав металла следующий, 10 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. присутствующе15 го при производстве любой марки стали азота (в данном случае остаточное содержание азота составляло 0,004 ).

После определения химического состава определили температуру полного раство20 рения нитридов ванадия, которая составила

AN = 1054 С.

73+2436 V +8950 N +932 С +160 IVh — 67 Si +419 Cr 1610 А)

1() 94

g + g —,9 +,5(Ч)+544()+О, 9()+01 (0 +, (IVh)+0, — 273. 1054 С.

I!Осле определения температурных режимов термической обработки трефы загружали в термическую печь, нагревали до 30 указанных температур и охлаждали на воздухе. Механические свойства приведены в таблице.

Как видно из таблицы, оптимальными значениями введения азота и ванадия явля- 35 ются соответственно 0,012-0,018 мас. и

0,08-0,12 мас,%.

Использование предлагаемого изобретения позволит повысить прочностные. свойства отливок при сохранении пластиче-. 40 ских свойств, что у в е л и ч и т срок службы деталей, изготовленйых из этих отливок.

Формула изобретения

1. Способ изготовления отливок из низколегированных сталей, включающий вы- 45 — 9473+2436 Н +8950 N +932 С +160 IVh -67 Si +419 Сг М610 Al

g + g —, +, ()+5,44(N)+,059()+ .1 (+, ()+, 1(, — 273, 50 где Я, (N), (C), (Mn), (S i), (Cr), (Al) — процентное содержание в отливке соответственно, ванадия, азота, углерода, марганца, кремния, хрома, алюминия; где (С), (Cr), (Si), (Мп), (N), (V), (А!) — содержание в отливке углерода, хрома, кремния, марганца, азота, ванадия и алюминия соответственно:

AN — температура полногб растворения нитридов ванадия, С.

fl р и м е р. 8 150 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 Феррохоом марки ФХО: 4 0H2-0154 ТУ 14-5-159-84) в количестве 0,12 мас. от жидкого металла и ванадием (вводили феррованадий ФВд35 по ТУ 14-5-9878э) в количестве 0,1 мас.% от жидкого металла. 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 и. 1, отличающийся тем, что температуру полного растворения нитридов ванадия для низколегированных сталей определяют по формуле

tvN — температура полного растворения нитридов ванадия, С.

1696125

М, ес

Вверено в расплав, нас.3

Тен пе рат ура полного растворения нитрид-ванадия, С е

Иеханические свойства 1

Теипература нориаливЬции, аС

ИПа Q,лра 3,2 !7,2 КСИ, wjs/и

Составитель Е.Хлудов

Гехред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т.Малец

Редактор Л,Гратилло

Заказ 4259 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

0 >012

0,012

0,015

0,012

0,018

0,02

О,ОС9

О, 012

О, 015

О ° 018

0,019

0,011

0,1

0,1

0,1.

0,О8

0 ° 12

0,15

0,0,6

0,08

0,1

0,12

0,13

С,07

1054 !

О,;4

10 40

931

1о70

1099

961

10 63

1117

11.29

1038

150 тг5

100 125

954

904

SS1

939

871

938

967

969

94S

733 763

1 050

1 035

353

912

Э03

802

668

7чО

712

69ч

703

636

26,5 65,0 0,48 гб 8 бг,г o,ч9

17,8 47,7 0,58

18,0 47,5 0,58

17,5 47,0 0,58

17,5 47,0 0,57

1S 47,5 0,38

27,1 56,3 0,56

26 ° 5 67,2 0,58

27,ч 60,8 0,53

16,2 41,2 0,35

28,0 60,1 0,51