Способ термической обработки отливок из высокопрочного чугуна

н>954448

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06. 07. 79 (21) 2791183/22-02 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Опубликовано 3008Я2. Бюллетень ¹32

{51) М. Кп.3

С 21 D 5/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК621 ° 785. . 79 (088. 8) Дата опубликования описания 30.08.82

С.И.Рудюк, В.И.Вакувта, В.В.Коробейник, Н.A.Áóäàôéâíö

В.А.Рямов, Е.С.Голиков и В.С.Окишор ,/

{72) Авторы изобретения

I

Украинский ордена Трудового Красного Знаменк научно-исследовательский институт металлов =-., (73) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ОТЛИВОК

ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА

Изобретение относится к термической обработке отливок из высокопрочного чугуна, например чугунных прокатных валков. 5

Известен способ термической обработки отливок из.высокопрочного чугуна, включающий нагрев до 860-880 С, выдержку и охлаждение на воздухе $1j.

Основным недостатком этого способа является то, что он, обеспечивая незначительное повышение прочности и твердости чугуна, не позволяет повысить вязкость и пластичность материала °

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является известный способ термической обработки отливок иэ высокопрочного чугуна, включающий ускоренный нагрев до температуры, превышающей температуру точки Ас на 50-100оС, выдержку, охлаждение, мйогократный нагрев до точки Ас1 50оС с промежуточным охлажденйем и окончательное ускоренное охлаждение. Охлаждение перед 25 многократным нагревом и промежуточное охлаждение производят-на воздухе до температуры ниже, Ar« H 30-60 С.

Известный способ, обеспечивает получение высоких прочностных, вязких 30 и пластических свойств легированных чугунов с шаровидным графитом эа счет перевода пластинчатого перлита в зернистый и предотвращения выделения третичного цементита по границам зерен (свойства после термообработки сердцевина отливки/поверхность — предел прочности при разрыве o — 705/

710 МПа; предел прочности при изгибе

SL4 — 645/650 МПа; ударная вязкость

23/21 кДж; относительное удлинение

2,3-2,13; 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 превышае г 645-650 МПа.

Цель изобретения — повышение твердости поверхностных слоев отливки, прочности и вязкости ее сердцевины.

Для достижения указанная цель достигается тем, что в предлагаемом

954448

15

Многократное циклирование (5-8 цик30

50 лу повышенную твердость при достаточно высоком уровне других характеристик. Структура сердцевины отливки, имеющая после нагрева до температуры Т5 — 5-15 С меньшее количество углерода и охлаждающаяся с меньшей скоростью, состоит из мелкодисперсного перлита. Она практически не содер-60 жит твердых включений цементита и ледебурита, поэтому характеризуется более низкой, по сравнению с поверхспособе, включающем нагрев до температуры, превышающей температуру точки Ас3, выдержку и последующее охлаждение, многократный нагрев до температуры, превышающей температуру точки Ac„ на 30-50 С с промежуточным охлаждением до температуры ниже температуры точки А»., на 30-50 C вначале осуществляют многократный нагрев с промежуточным охлаждением, затем нагрев до температуры ниже точки солидус Тэ на 5-15ОС, охлаждают на воздухе до 720-700О, далее до 400350 >С со скоростью 20-30 град/ч, нагревают до 900-950 >С и охлаждают на воздухе °

При нагреве со скоростью 50-100

100 >С/, обеспечивающей равномерный прогрев отливки по сечению и прохождению диФфузионных процессов, циклировании и выдержки при температуре

T5 — 5-15 >С, путем диффузии углерода и легирующих элементов из более глубоких слоев .к поверхности отливки и самодиффуэии железа осуществляется формирование поверхностного слоя, обогащенного углеродом и легирующими элементами. лов) в интервале температур Ac . +30о

50 С и Ar 30-50ОС интенсифицирует диффузионные процессы, происходящие при нагреве, способствует получению высокого уровня свойств и качества отливки. Циклический нагрев сопровождается ростом и растворением новой фазы, что приводит к накоплению дислокаций и разрыхлению кристаллической решетки, и в процессе дальнейшего нагрева в значительной мере препятствует росту зерна. При этом в несколько раэ быстрее протекает самодиффуэия железа, способствующая эалечиванию диффузионной пористости и обеспечивающая получение плотного металла.

В процессе охлаждения до температуры Тэ — 5-15 С высокоуглеродистого легированного аустенита формируется структура поверхности отливки в виде тонкопластинчатого перлита и бейнита с равномерно распределенными в ней мелкими включениями цементита и ледебурита, что придает металкостью, твердостью и высоким уровнем прочности, .вязкости и пластичности.

Нагрев до температур, превышающих

Т вЂ” 5-15 С приводит к оплавлению и эатвердеванию локальных объемов металлической матрицы с образованием грубых графито-ледебуритных колоний, наличие которых снижает прочность и твердость поверхностных слоев.

При температурах более низких о

1 чем Т5 — 5-15 С, не обеспечивается достаточное обогащение поверхностного слоя углеродом и легирующими элементами, а в сердцевине отливки наблюдается диффузионная пористость.

После нагрева до температуры Т5-515 С отливки охлаждают на воздухе до 720-700ОС, что позволяет улучшить форму графита и его распределение, обеспечивает выделение структурно свободного цементита в виде мелких изолированных включений. !

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 окончательиой термической обработки (нормализации ) иэмельчается зерно и увеличивается количество бейнитной составляющей в металлической основе чугуна, что является дополнительным резервом повышения твердости и прочности поверхностного слоя, а также вязкости и прочности сердцевины.

Предлагаемый способ опробован на отливках иэ перлито-цементитного валкового чугуна с шаровидным графитом следующего химического состава, Ъ: углерод 2,6-2,8; 1,3; марганец 0,1-0,3; никель 1,6-1,8, медь 1,0-1,2; молибден 0,3-0,5, церий, магний 0,03-0,04. Свойства поверхностного слоя и сердцевины отливки в литом состоянии: предел прочности при разрыве G8 390 МПа, предел прочности при изгибе 8И 550 МПа, кДж ударная вязкость 79, твердость

277 НВ.

Пример. Нагрев со скоростью

80 град/ч до 700 >С, пятикратное циклирование в интервале температур 700750оС, нагрев до 1170оС выдержка

20 с/мм сечения, охлаждение на воздухе до 700 >С, охлаждение со скоростью 30 град/ч до 350 С далее на воздухе, нормализация 900 С.

Свойства материала отливки после обработки по такому способу: сердцевина/поверхностный слой — предел прочности при разрыве 6 1190/685 NIIa; предел прочности при изгибе 6„

1790/620 МПа> ударная вязкость

954448.Составитель В;Вакула

Техред С.Мигунова Корректор М.Шароши

Редактор A.Ôðoëoâà

Заказ 6370/23 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытиЯ

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

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4

480/130 — г, относительное удлинение кДж м

6,6/1,8%, твердость 260/429 HB.

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 надеж- 10 ность и износостойкость инструмента в 2-3 раза.

Формула изобретения

Способ термической обработки отливок из высокопрочного чугуна, включающий нагрев до температуры, превышающей температуру точки Ас> выдержку и последующее охлаждение, многократный нагрев до температуры, превышающей температуру точки Ас„, на 30-50ОС с промежуточным охлаждением до температуры ниже точки А „ на

30-50@С, отличающийся тем, что, с целью повышения твердости поверхностного слоя, прочности и вязкости сердцевины, после операции многократного нагрева с промежуточным охлаждением осуществляют нагрев заготовки до температуры ниже точки солидус на 5-15оС, охлаждают на воздухе до 720-700 С далее до 400350 С со скоростью 20-30 град/ч, нагревают до 900-950ОC и охлаждают на воздухе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР ,9395448, кл. С 21 D 5/00.

2. Авторское свидетельство СССР

9493513 кл. С 21 D 5/02.