Способ изготовления изделий из высокопрочного чугуна

 

Использование: изготовление изделий из чугуна, работающих в условиях повышенного износа и динамических циклических нагрузках. Сущность изобретения: металл заливают в форму и охлаждают в интервале температур эвтектического затвердевания со скоростью 6-10°С/с. Отливку извлекают из формы, нагревают до 950±50°С и штампуют в закрытом штампе со степенью деформации 70-90% поверхности и не более 10% внутренней части изделия. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 - С 21 D 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4834864/02 (22) 16.04.90 (46) 07.05.92. Бюл. N. 17 (71) Белорусский политехнический институт (72) С.Н.Леках, Л.P.Äóäåöêàÿ, В.И.Тутов, Н.И.Бестужев, В.А,Тиманюк, А.И,Покровский, А.Н.Крутилин и В.А.Гринберг (53) 621.785.79 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 829693, кл. С 21 О 5/02, 1979. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам изготовления изделий из чугуна, работающих в условиях повышенного износа и динамических циклических нагрузок, например шестерен, звездочек.

Известны способы изготовления литых шестерен из.чугуна с шаровидным графитом с бейнитной основой.

Однако эти способы требуют проведения сложного и длительного режима термообработки — изотермической закалки, легирования исходного расплава дорогими и дефицитными элементами — никелем, молибденом, медью, кроме того, бейнитная структура в литом изделии обеспечивается во всем объеме изделия, что затрудняет проведение механической обработки шестерен, готовое изделие обладает недостаточной динамической прочностью при знакопеременных нагрузках — в бейнитной структуре не блокируется рост зародившейся трещины.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления изделий из чу, . Ж <„, 1731836 А1 (57) Использование: изготовление изделий из чугуна, работающих в условиях повышенного износа и динамических циклических нагрузках. Сущность изобретения: металл заливают в форму и охлаждают в интервале температур эвтектического затвердевания со скоростью 6 — 10 С/с. Отливку извлекают из формы, нагревают до 950 50 С и штампуют в закрытом штампе со степенью деформации 70 — 90% поверхности и не более

10% внутренней части изделия. 1 табл. гуна, включающий механическую обработку отлитой заготовки и последующую термообработку, причем с целью повышения прочности и износостойкости перед механической обработкой производят нагрев до температуры окончания а- упревращения и горячее гидродинамическое выдавливание в зазор между заготовкой и контейнером, Этот технологический процесс обеспечивает повышенную прочность и износостойкость изделий цилиндропоршневой группы.

Вместе с тем способ достаточно сложно осуществим в практике массового производства, Механическая обработка литой заготовки не позволяет использовать благоприятную структуру матрицы (высокая дисперсность фазовых составляющих) в рабочих поверхностях изделия, Цель изобретения — повышение износостойкости рабочей поверхности и ударной вязкости Во внутренних объемах изделия, Поставленная цель достигается тем, что при изготовлении литой заготовки обеспе1731836 чивают охлаждение в интервале эвтектичео ского затвердевания со скоростью 6 — 10 С/с, нагрев заготовки ведут до 950+50 С и осуществляют точную штамповку в закрытом штампе с дифференцированной по сечению изделия степенью деформации — более 70 для рабочей поверхности и не более 10 g, для внутренней части изделия.

Скорость охлаждения наружных слоев заготовки в пределах 6-10 С/с обеспечивает оптимальную структуру сплава. Она может быть достигнута различными технологическими приемами, например, использованием технологии непрерывного литья.

Более низкие скорости охлаждения не обеспечивают достаточно высокую дисперсность графитных включений и металлических фаз, а также эвтектического зерна, Более высокие скорости охлаждения могу привести к образованию ледебурита с крупными включениями карбидов, что снижает деформируемость сплава, ухудшает чистоту поверхности изделия, что вызывает необходимость установления больших припусков на механическую обработку и, таким образом, не позволяет использовать благоприятную структуру литейной корочки в качестве рабочей поверхности готового изделия.

Интервал нагрева заготовки выбран исходя из необходимости достижения максимальной деформируемости чугуна с шаровидным графитом и формообразования при пластической деформации. Превышение верхнего предела нагрева заготовки приводит к черезмерной окисленности поверхности, росту и сплавлению границ эвтектического зерна, что безусловно снижает износостойкость рабочей поверхности готового изделия, требует повышенных припусков на механическую обработку.

Градиент степени деформации (не менее 70;4 в рабочей части и не более 10 /, в остальной) приводит к образованию в различных частях изделия структур с различной степенью текстуирования, Степень деформации до 10 в объеме изделия позволяет сохранить форму графита в виде сфероидов правильной формы, в то же время создает определенное количество несовершенств структуры чугуна (точечные и линейные дефекты), что ускоряет процесс распада цементита перлита и структурно-свободного цементита и обеспечивает получение ферритной основы сплава в объеме изделия, это является оптимальным с точки зрения эксплуатационной стойкости шестерен.

Степень деформации в пределах 7090;4 рабочих поверхностей изделия обеспечивает высокое текстуирование графитных включений — они принимают форму волокон, расположенных в перпендикулярном направлении к силе деформации, Располо5 жение волокон графита вдоль плоскостей трения резко снижает износ материала вследствие эффекта смазки трущихся пар графитом (увеличивается удельная поверхность контакта графитных включений в тру10 щейся паре). Пластическая деформация с такой степенью приводит к "залечиванию" литейных дефектов — усадочной пористости, микрораковин,. повышает плотность металла. Особенно это важно в объемах рабочей

15 части зуба шестерен у его основания, где наблюдается зарождение усталостной трещины. Деформация со степенью ниже нижнего предела (меньше 70 o) не обеспечивает достаточного измельчения фазовых состав20 ляющих материала на рабочих поверхностях и получение деформированного графита. Превышение верхнего предела (более 90 ) приводит к появлению макротрещин на поверхности шестерен, что снижает

25 ее эксплуатационный ресурс.

Пример. Исходный чугун, выплавленный в 60 кг индукционной печи, имеет следующий химический состав, /: углерод 3,6; кремний 1,8; марганец 0,4; хром до 0,1; сера

30 до 0,02, Модифицирование осуществляли в ковше железокремниймагниевой лигатурой

ФСМг7 с содержанием магния 7,2 / (ТУ 145 — 134 — 86) в количествах 2 / от веса жидкого, Вторичное модифицирование проводили

35 ферросилицием ФС75 в количестве 0,5 /.

Заливку металла осуществляли методом вертикального непрерывного литья в водоохлаждаемый медный кристаллизатор диаметром

30 мм, Скорость охлаждения поверхностных

40 слоев в интервале эвтектического затвердевания фиксировали платино-платинородиевой термопарой по кривым охлаждения на реальном слитке. Отливки резали на заготовки соответствующих размеров по высоте, Пе45 ред штамповкой заготовки нагревались в индукторе до 900 — 1000 С током высокой частоты. Пластическое формообразование проводили в специальном штампе, подогретом до температуры 400 С. Степень деформа50 ции в соответствии с принятой схемой составляла в рабочей части изделия 70 — 90 /, в остальной части 5 — 10/. Образцы на ударную вязкость вырезались из внутренних объемов шестерни.

55 Износостойкость определялась по изменению геометрических размеров р . 3очей поверхности шестерен при наработке их 24 ч, Изготовление изделий из чугуна по прототипу осуществлялось по описанию к изобретению.

1 и18ж

Степень деформаии, Температура нагрева заготовоС

Скорость охлаждения наружных слоев, С/с

Образец

Способ

Износ рабочей поверхности, мм

Ударная вязкость, КДж/мм2 рабочей поверхности объема изделия

530

0,026

850

Известный

Предлагаемый

Отработка процесса кристаллизации отливок (скорости охлаждения) 10

0,020

0,012

0,003

0,002

0,019

750

950

6

0,014

0,008

0,003

0,003

0,009

Отработка оптимальных температур под деформацию

1020

650

Отработка параметров пластической де формации

8

8

9 10

950

693

0,023

0,015

0,003

0,003

0,019

Составитель Т. Бердышевская

Редактор Н. Лазаренко Техред М.Моргентал Корректор Т. Палий

Заказ 1558 ираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Сравнительные результаты приведены в таблице. Шестерни, полученные предлагаемым способом характеризуются значительно более высокой износостойкостью и повышенной ударной вязкостью материала внутренних объемов шестерни, что достигается выбранными параметрами изготовления литой заготовки пластическим формообразованием с дифференцированной степенью деформации в различных объемах изделия.

Формула изобретения

Способ изготовления изделий из высокопрочного чугуна, включающий заливку металла в форму, охлаждение, извлечение отливки из формы, нагрев до заданной температуры и штамповку в закрытом штампе, отличающийся тем, что, с целью

5 повышения износостойкости поверхности и ударной вязкости внутренней части изделия, охлаждение в интервале температур эвтектического затвердевания ведут со скоростью 6-10 град/с, нагрев осуществ10 ляютдо(950:"50) С, а штамповку проводят со степенью деформации 70 — 90% поверхности и не более 10% внутренней части изделия.