Спосіб термоциклічної обробки відливків з сірого чавуну

1 Спосіб термоциклічної обробки ВІДЛИВКІВ З сірого чавуну, що включає багаторазове Винахід відноситься до галузі чорної металурги, а саме до термічної обробки відливок з сірого чавуну Відомий спосіб термоциклічної обробки (ТЦО) відливок з сірого феритного чавуну, що включає багаторазовий нагрів в захисному середовищі вище за Асз на 50 - 200°С зі швидкістю 6 - 10°С/хв, витримку 1 0 - 1 8 хвилин, охолодження до 650°С зі швидкістю ЗО - 35°С/хв і охолодження на повітрі [А с СРСР №697576, кл C21D5/00, опубл 20 07 1979] Через знижену температуру нагрівання і недостатню витримку розчинення графіту відбувається в обмежених розмірах, що спричиняє збереження пластинкової форми графіту і його розподіл в об'ємі аустеніто-графітної колони, тим самим веде до невисоких значень механічних і експлуатаційних властивостей Виконання способу ТЦО у виробничих умовах непридатне для дліномірних великих ВІДЛИВКІВ Найбільш близьким аналогом винаходу, що заявляється, є спосіб термоциклічної обробки відцентрово-виливних труб з половинчатого і білого чавунів, що включає багаторазове нагрівання до 850 - 900°С, зі швидкістю 120 -150°С/хв, витримку протягом 3 - 5 хвилин, охолодження до 600 - 650°С і остаточне охолодження на повітрі [А с СРСР №1206323, кл C21D5/04, 9/08, опубл 22 09 1985] У близькому аналогу і в способі, що пропонується, ведуть багаторазове нагрівання в печі вище за температури повної аустенитізаци, витримку, охолодження і остаточне охолодження на повітрі нагрівання в печі при температурі, вищій ніж температура повної аустенізацм, витримку, охолодження і остаточне охолодження на повітрі, який відрізняється тим, що нагрівання ведуть до 9101050°С зі швидкістю 5-50°С/хв, витримку ведуть протягом 6-50 хвилин, а охолодження ведуть до температури 660-700°С зі швидкістю 40 -80°С/хв 2 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що термоциклічну обробку ведуть у атмосфері печі або в захисному середовищі Відомий спосіб не забезпечує отримання необхідного технічного результату через недостатню надійність І ДОВГОВІЧНІСТЬ ВІДЛИВКІВ за рахунок не високого модуля кільцевої МІЦНОСТІ Це зумовлене тим, що при високій швидкості нагрівання, зниженій температурі нагріву і малої витримці не забезпечується досить повне розчинення графіту, сфероїдизація мікропор і нерозчинених часток графіту, внаслідок малої рухливості атомів і невеликої рівноважної концентрації вуглецю в твердому розчині В основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу термоциклічної обробки ВІДЛИВКІВ з сірого чавуну, в якому за рахунок збільшення розчинності графіту, сфероідизацп мікропор і графіту в структурі забезпечується високе значення модуля кільцевої МІЦНОСТІ, що дозволить підвищити надійність і ДОВГОВІЧНІСТЬ відливок Поставлена задача вирішується тим, що в способі термоциклічної обробки ВІДЛИВКІВ з сірого чавуну, що включає багаторазове нагрівання в печі вище за температуру повної аустенітизацм, витримку, охолодження і остаточне охолодження на повітрі, згідно з винаходом, нагрівання ведуть до 910 -1050°С зі швидкістю 5 - 50°С/хв, витримку ведуть протягом 6 - 50 хвилин, а охолодження ведуть до температури 660 - 700°С зі швидкістю 40 - 80°С/хв Термоциклічну обробку ведуть в атмосфері печі або в захисному середовищі для попередження окислення і зневуглецювання Перебування чавуну при високій температурі забезпечує порівняно добре розчинення графіту з ю ю СО Ю 51355 утворенням і сфероідизацією мікропор При нагріванні зі швидкістю 5 - 50°С/хв до 910 - 1050°С передусім розчинюються дрібні графітні частки, які утворилися під час великої швидкості охолодження чавуну під час твердіння ВІДЛИВКІВ, ЩО приводить до утворення мікропор [Баранов А А Фазовые превращения и термоцикл ирование металлов - К Наукова думка, 1974 -231с] Термоциклічна обробка сірого чавуну з згідно запропонованим способом може бути використана для підвищення якості чавунних ВІДЛИВКІВ Результати металографічного дослідження чавунних ВІДЛИВКІВ свідчать проте, що під час нагрівань відбувається нерівномірне розчинення графіту з утворенням мікропор Завдяки високій температурі нагріву дрібні мікропори заростають залізом, а ІНШІ мікропори збільшуються, сфероідизують і набувають округлу форму Витримка при вказаних температурах протягом 6 - 50 хвилин забезпечує більш повне розчинення і великого графіту, з ВІДПОВІДНИМ збільшенням КІЛЬКОСТІ мікропор і їх розмірів При повторенні нагрівання від 660 - 700°С процеси розчинення графіту поновлюються, що забезпечує подальше округлення графітних часток, зростання мікропор і підвищення модуля кільцевої МІЦНОСТІ Приклад ТермоциклІЧНІЙ обробці піддавали відцентрово-виливні труби з сірого чавуну (3,73%С, 2,17%Si, 0,38%Mn, 0,10%S, 0,22%P, Fe інше) діаметром 65мм і товщиною стінки 10 12мм Труби обробляли по режимах температуру нагрівання змінювали від 910 до 1050°С зі швидкістю 5 - 50°С/хв і після витримки протягом від 6 до 50 хвилин охолоджували до 660 - 700°С зі швидкістю, яку змінювали від 40 до 80°С/хв, після чого нагрівання поновляли КІЛЬКІСТЬ ЦИКЛІВ не перевищувала 5 Для порівняння проводили термоциклічну обробку таких самих труб за режиму - найближчому аналогу Технологічні параметри і отриманий результат представлені в таблиці У процесі ТЦО контролювали зміну структури і модуль кільцевої МІЦНОСТІ чавуну Початкова структура відцентрововиливних труб була неоднорідною поблизу поверхні труба мала цементито-перлітну основу з окремими видціленнями графіту Вдалині від зовнішньої поверхні цементит був відсутній, а графіт мав розгалужену структуру Як видно, застосування відомого способу не приводить до високих значень кільцевої МІЦНОСТІ У структурі труби після обробки графіт зберігав переважно вигляд пластин, що негативно позначалося на значеннях модуля кільцевої МІЦНОСТІ Особливо тонкими були графітні пластини в центральних дільницях колоній Відбілена частина труби графитизувалася вже після першого нагрівання Відливки З чавуну охолоджують зі швидкістю 40 - 80°С/хв до 660 - 700°С, при цьому на великих включеннях і у мікропорах виділяється графіт, який набуває округлу форми При нагріванні чавуну запобігається значне окислення поверхні мікропор, що утворилися, в яких формуються округлі компактні включення графіту при охолоджені Охолодження забезпечує порівняно повне видцілення графіту з пересиченого аустеніту при евтектоїднім розпаді аустеніту Евтектоідний розпад практично завершується при охолодженні до 660 700°С, тому структура чавунних ВІДЛИВКІВ буде складатися з фериту, невеликої КІЛЬКОСТІ перліту, графіту і мікропор Таблиця № п/п Модуль кільцевої МІЦНОСТІ R, МПа, після КІЛЬКОСТІ циклів Режим ТЦО І нагрівання, ^ "нагрівання, О/ХВ ^витр ХВ І охол О/ХВ "охол , О/ХВ 1 2 3 4 5 430 530 560 450 640 650 480 680 670 520 700 680 530 680 670 443 540 570 565 480 655 665 660 530 695 690 680 520 690 680 670 520 680 670 665 Відомий спосіб [2] 1 2 3 850 100 2 600 880 130 4 630 900 150 5 650 ЗО 35 37 Запропонований спосіб 1 2 3 4 910 5 6 660 950 15 15 670 1000 ЗО 50 25 680 50 700 1050 Високий результат був досягнутий при обробці за запропонованим способом У межах евтектичних колоній графітні пластини ділилися на частки і сфероідизувалися Після двох і більш циклів спостерігався перерозподіл графіту він скупчувався в центрі колоній і на їх кордонах Проміжки ж між колоніями практично ВІЛЬНІ ВІД графіту При цьому, із збільшенням КІЛЬКІСТІ циклів від двох і вище, відстань між графітними кристалами зростає, а сам графіт нерідко набуває кулястої форми ТЦО веде до зміни МІЦНОСТІ Після п'ятикратного нагрівання 40 50 65 80 МІЦНІСТЬ труб після ТЦО перевищувала МІЦНІСТЬ серійних труб, оброблених відомим способом, в 1,5 рази, твердість же безперервно знижувалася при збільшенні КІЛЬКОСТІ циклів Починаючи з четвертого циклу, в даних трубах кільцева МІЦНІСТЬ знижувалася, і подальше збільшення КІЛЬКОСТІ ЦИКЛІВ недоцільне Таким чином, спосіб термоциклічної обробки, що пропонується дозволяє підвищити кільцеву МІЦНІСТЬ чавунних труб 51355 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71