Спосіб термообробки ливарного чавуну

1. Спосіб термообробки ливарного чавуну, який включає відпал литих деталей для зняття внутрішніх напруг, хіміко-термічну обробку шляхом розміщення деталей у заповненому порошковою сумішшю герметизованому муфелі та прогрівання до заданої температури з витримкою протягом необхідного часу, який відрізняється тим, що як порошкову суміш використовують механічну суміш 50:50 феросиліцію та корунду, прогрівання деталей у муфелі проводять разом із піччю до темпе C2 2 (19) 1 3 74800 4 статичних та динамічних навантаженнях. товщини окалини. Перлитні чавуни СЧ 30, 35, 40, 45 найбільше [Згідно з A.c. СРСР №1574652, С21Д5/00, бюл. герметичні і мають більш високі механічні власти№24 від 30.06.90p.] є відомим спосіб термічної вості, головним чином, завдяки дрібним відокремобробки виробів із сірого чавуну, що включає наленим графітовим включенням. Здрібнювання грівання до температури аустенізації 800 1050°С, графітових включень у перлитних чавунах досягаохолодження до кімнатної температури з двома ється, наприклад, шляхом позапічного модифікурізними швидкостями і відпуск при 80 300°С провання рідкого чавуну в ковші феросиліцієм або тягом 10 30хв. або в більш вузькому діапазоні силікокальцієм у кількості 0,3...0,6% мас від маси температур 300 350°С при спеціально підібраній шихти. тривалості. На прикладі термообробки виливка Виливки зі СЧ обов'язково піддають термічній порожнистого вала з СЧ 25 показане підвищення обробці - низькому відпалу при температурі близьдемпфірувальної здатності та твердості, що одноко 560°С для зняття внутрішніх напруг та стабілічасно призводить до зниження вібраційної активзації розмірів. При цьому нагрівання виливків поності й шумовипромінювання та підвищення зновинне бути повільним. состійкості виробу. Нормалізація або загартування з відпуском заЯк ілюстрацію способу термічної обробки частосовуються для підвищення механічних властивуну стосовно до деталей, що працюють в умовах востей та зносостійкості. тертя ковзання, можна привести опис до [A.c. Для підвищення зносостійкості окремі деталі з СРСР №899685, С21Д5/00, бюл. №3 від 23.01.82]. перлитного чавуну піддають хіміко-термічній оброЗапропоновано спосіб термічної обробки чавуну, бці, наприклад, силіціюванню, азотуванню, борущо, зокрема, призначений для вдосконалення віванню та т.п. [див. Гуляев А.П. Материаловедедомого способу термічної обробки існуючих марок ние. - Μ.: Металлургия, 1986. - с.169]. чавунів, який полягає в загартуванні з безупинним Державними стандартами СРСР за станом на охолодженням в одному середовищі та наступно1990р. регламентувалося близько 100 марок чавуму відпуску або в ізотермічному загартуванні нів, що обумовлює велике розмаїття режимів тер[Справочник по машиностроительным материамообробки. Так, у роботі Кунявского М.А. Научные лам. - Μ.: Машгиз, -1959. - Т.3 С.65-79]. До недоліосновы термической обработки чугуна // [Металків відомого способу віднесене те, що, по-перше, ловедение и термическая обработка. -, М.: Машипідвищення зносостійкості за рахунок високої твеностроительная литература, 1955, - с.232-245] рдості може бути отримано не завжди, тому що в також зазначені режими проведення низькотемпепарі підшипник ковзання-вал відбувається інтенсиратурного відпалу для зняття внутрішніх напруг: вний знос контртіла, і, по-друге, можливо жолобдля відпалу зі зниженим вмістом кремнію - до лення деталей і утворення гартівних тріщин. Мета 700°С, а для звичайного чавуну - не вище 550°С винаходу полягала в підвищенні антифрикційних при підвищенні температури 75 100°С/год і при властивостей за рахунок збільшення пористості. витримці 1-8 годин із наступним охолодженням Згідно зі способом, заготовки нагрівають до разом із піччю 20 60°С/год. 850 950°С зі швидкістю приблизно 5°С/хв., провоВказується на наявну специфіку в термічній дять витримку приблизно 0,5 години і повільно (з обробці сірих чавунів із пластинчастим графітом. піччю) охолоджують до 720 680°С, а потім повтоОписано метод підвищення зносостійкості сірого рно нагрівають у діапазоні температур 850 950°С і чавуну - ізотермічне загартування при температурі витримують приблизно 0,5 години, після чого про850 900°С с витримкою 15 60хв. у залежності від холоджують на повітрі до кімнатної температури. перерізу виливка і вихідної концентрації зв'язаного Початкова структура чавуну перліт+пластинчастий вуглецю з наступним загартуванням у соляній графіт при такій термообробці не змінюється, а ванні 260 300°С із витримкою 5 15хв. утворюється велика пористість. Відомі різноманітні режими термообробки чаЯк ілюстрацію необхідності застосування спевуну, наведені в [книзі Лахтина Ю.М. Металловеціальних видів термообробки чавунів, що працюдение и термическая обработка металлов. - Μ.: ють в умовах гідроерозійного зносу (пароводяна Металлургия, 1969. – с. 290-304, 371-374]. трубопровідна-регулююча арматура, гідравлічні Проведений заявником патентний пошук донасоси і т.д.), можна привести спосіб термічної зволив також виявити технічні рішення, спрямовані обробки виробів із сірого чавуну [згідно з A.c. на підвищення міцності, корозійної стійкості, покСРСР №1245602, С21Д5/00, С21Д1/74, бюл. №27, ращення антифрикційних та інших властивостей 1986]. Спосіб включає операції нагрівання виробу чавуну за рахунок використання термічної обз чавуну до температури аустенізації 900°С, виробки. тримки протягом 2 годин і проміжного охолоджен[Згідно з A.c. СРСР №1601147, С21Д5/00, бюл. ня до 550 650°С, що здійснюють у зневуглецьо№39 від 23.10.90р.] є відомим спосіб нормалізації вуючій атмосфері, потім при 550 650°С проводять виробів із високоміцного чавуну, що включає навитримку виробів в окисній атмосфері водяної пагрівання до температури аустенізації 930±20°С, ри, що містить летучі неорганічні сполуки молібдевитримку при цій температурі 60 90хв. і охолону, а остаточне охолодження здійснюють на повітдження на повітрі до 450 380°С і далі в маслі до рі. При оптимальних режимах термічної обробки температури навколишнього середовища. Занугідроерозійна стійкість сірого чавуну у порівнянні зі рення заготовки в масло дозволяє одержати в зміцненням методом індукційного загартування поверхневому шарі захисну антикорозійну плівку. підвищується в 3 3,5 рази. Використання цього способу забезпечує підНаведені вище приклади показують, що конквищення корозійної стійкості чавуну і зниження 5 74800 6 ретні температурно-часові режими проведення ється вище: [Лахтин Ю.М. Металловедение и тертермообробки для підвищення міцносних та ексмическая обработка металлов. - Μ.: Металлургия плуатаційних характеристик сірих чавунів значною 1969, - С.290-297; 298-304]. мірою добираються експериментальним шляхом Подібний хіміко-термічний процес обробки для кожного конкретного хімічного складу чавуну. здійснюється, зокрема, у герметично закритих муЯк прототип способу термообробки ливарного фелях . Наприклад, операція силіціювання (насичавуну для підвищення міцності й експлуатаційних чення поверхні кремнієм) здійснюється при характеристик стосовно до корпусних деталей 900 1050°С із зануренням виробу у відповідну прийняті описані вище відомі способи проведення порошкоподібну суміш (феросплави типу феросивідпалу, нормалізації, загартування з відпуском, ліцію, фероалюмінію, ферохрому і т.д.). Застосоякі наведені в [кн. Лахтина Ю.М. Металловедение вується також занурення виробів у розплавлений и термическая обработка металлов. - Μ.: Металметал. При газовому методі найчастіше застосолургия,, 1969, - С.369-374]. вують летучі хлористі сполуки металів (АІСІ3, Відпал для зняття внутрішніх напруг для сірого СRСІ2, SiCl4 та ін.) Тривалість обробки - 6 12 гочавуну з пластинчастим графітом рекомендований дин і більше. при температурі 500 570°С, для низьколегованого Зокрема, під час операції силіціювання, насичавуну - 570 600°С; охолодження разом із піччю чення поверхні сталі (чавуну) кремнієм, досягаєть1 година на кожні 25мм перерізу виливка, причому ся висока корозійна стійкість у морській воді та швидкість охолодження до 200°С не більше кислотах і поліпшуються протиспрацьовувальні властивості. Відмінною рисою силіційованого про30 60°С/год. Відомі різноманітні види відпалів: шарку є його підвищена пористість. Незважаючи зм'якшуючий, або феритизація для поліпшення на низьку твердість (200-300 НВ), силіційований оброблюваності різанням та підвищення пластичпрошарок має підвищену зносостійкість після його ності; графітизуючий, сфероідизуючий. Для підвищення твердості, міцності та зносостійкості провонасичування маслом при 170 200°С. Для досягдять нормалізацію, наприклад, нагрівання виливків нення ще більш високої твердості поверхні деталей зазначена дифузійна металізація застосовудо 850 950°С із наступним охолодженням на споється як метод борування. кійному повітрі. При цьому відбувається перлитиЗагальними ознаками прототипу винаходу, що зація, тобто у виливках із сірого чавуну відбувазаявляється, є: ється повний перехід феритної або ферито- лиття деталей, відпал для зняття внутрішніх перлитної структури металевої основи в перлитну. напруг; Загартування з відпуском виливків із чавуну реко- їхня механічна обробка з припуском; мендовано проводити при нагріванні вище точки - хіміко-термічна обробка шляхом уведення їх Асі (до 900 950°С) з охолодженням в маслі. Віду герметичний муфель, який обмазаний шамотною пуск проводять для різноманітних деталей при глиною на рідкому склі та заповнений спеціальним температурі 200 600°С з метою підвищення міцкарбюризатором у вигляді порошкової суміші; ності, твердості та зносостійкості. Леговані чавуни - нагрівання до заданої температури і витримнерідко піддають ізотермічному загартуванню на ка протягом заданого часу. бейніт (температура ізотерми 200 400°С), що підВ основу винаходу поставлено завдання вдосвищує механічні властивості, зносостійкість, не коналення способу термічної обробки ливарного викликаючи утворення тріщин. Нерідко застосовучавуну, у якому за рахунок особливостей конкретють поверхневе загартування при газополумененого здійснення таких температурно-часових ревому або індукційному нагріванні. жимів як відпал, загартування з відпуском, а також Аналіз вищенаведених даних з термообробки хіміко-термічної обробки поверхні забезпечуються чавунів показує, що відомі режими термічної обропідвищення міцності й інших експлуатаційних хабки не можна безпосередньо застосовувати для рактеристик таких, як зносостійкість, антифрикційні так званого низьколегованого брикетного чавуну, властивості, самозмащувальні властивості. розробленого автором і заявленого раніше на виПоставлена задача вирішується способом тедачу патенту на винахід «Способ получения высормічної обробки ливарного низьколегованого брикопрочного коррозионно-стойкого чугуна», [заявка кетного чавуну, що виплавляється у вагранках із №2001085871 від 20.08.2001]. брикетів на основі суміші з чавунної стружки, стаЗагальними ознаками прототипу та винаходу, левої стружки, необхідних присадок і порошків, а що заявляється, на спосіб термообробки ливарнотакож добавок, що сприяють графітизації взятих в го чавуну, є лиття деталей, відпал для зняття внуоб'ємному відношенні 3,6 3,8 до одиничного об'єтрішніх напруг, загартування з відпусканням. Звиму деревних стружок та тирси. чайно після відпалу для зняття внутрішніх напруг Поставлене завдання вирішується тим, що в проводять механічну обробку деталей із припусспособі термообробки ливарного чавуну, переваками для наступного можливого жолоблення і жно низьколегованого брикетного чавуну, що шліфування. включає лиття деталей, відпал для зняття внутріЯк прототип винаходу на спосіб термообробки шніх напруг, їхню механічну обробку з припуском, ливарного чавуну для підвищення зносостійкості й хіміко-термічну обробку шляхом їхнього уведення антифрикційних властивостей стосовно до детау заповнений порошковою сумішшю герметизовалей типу кільця щілинних ущільнень, втулки розний муфель, нагрівання до заданої температури з вантаження та гідрозатвора відцентрового насоса витримкою протягом необхідного часу, ВІДПОВІДЦНС, прийнято метод хіміко-термічної обробки НО ДО ВИНАХОДУ як порошкову суміш викорисповерхні сталей, який відомий також як метод дитовують механічну суміш 50:50 феросиліцію та фузійної металізації, наведений у книзі, що циту 7 74800 8 корунду, проводять загартування деталей прогріта зносостійкості. Наведена комбінація температурно-часових вом їх разом із піччю з температури 450 500°С до режимів термообробок підібрана експериментальтемператури 900 920°С з витримкою при цій темно для виготовлення деталей, які схильні до мехапературі від 8 до 64 годин, після розгерметизації нічних впливів в агресивному середовищі, напримуфеля і витягання деталей проводять їхнє загарклад, для виготовлення великогабаритних робочих тування без попереднього підхолодження спочатку коліс, напрямних апаратів відцентрових насосів і опускають короткочасно в підігріту до 75 80°С т.п. Твердість поверхонь, яка досягається - 35 42 воду, а потім - у нагріте до 140 160°С масло з виHRCЭ. тримкою від 20 до 30 хвилин у залежності від гаХіміко-термічна обробка в порошковому серебаритів і маси деталі, а відпуск проводять при довищі в герметезованому муфелі застосовується 150 200°С протягом 2 3 годин. Потім деталі продля виготовлення малогабаритних деталей насоварюють у масляній ванні при температурі масла сів типу кільця щілинних ущільнень, втулки розва80 120°С на протязі не менше 18 годин. нтаження та гідрозатвора відцентрового насоса, Конкретна відмінність запропонованого спосотобто деталей, що працюють у важконавантажебу термообробки низьколегованого брикетного ному контакті і що піддаються зносу в агресивних чавуну полягає в тому, що для одержання дифузабруднених середовищах. Твердість поверхні зійного шару товщиною 0,2 0,3мм витримку детадеталей після термообробки досягає 35...42 HRCЭ. лей у муфелі при температурі 900 920°C провоЗастосування зазначених у запропонованому дять протягом 8 16 годин. способі термообробки режимів дозволяє спочатку Інша конкретна відмінність запропонованого створити на поверхні деталі пористий шар, глибиспособу полягає в тому, що для одержання дифуна якого залежить від часу витримки муфеля з зійного шару товщиною не менше 1мм витримку деталями в печі при температурі 900 920°С, а деталей у муфелі при температурі 900 920°С пропотім після розміщення деталей у масляній ванні водять протягом не менше 48 64 годин. просочити пористий шар деталей маслом. Це заКрім того, практично цілком аналогічно запробезпечує протягом тривалої експлуатації самозпонованому способу термообробки низьколеговамащувальні властивості поверхонь, що контактуному брикетному чавуну може бути проведена ють. хіміко-термічна обробка в механічній порошковій Приклади практичної реалізації способу висуміші феросиліцію з карбідом бору. Твердість кладені вище. зростає до 50...56 HRCЭ, пористий шар утворюєтьУспішне практичне застосування цього чавуну ся менш глибоким, але після насичення маслом для виготовлення різноманітних деталей на прикнадійно служить як самозмащувальний елемент ладі шахтних відцентрових насосів типу ЦНС, що поверхонь, що контактують. працюють в агресивному водяному середовищі з Причинно-слідчий зв'язок відмінних ознак і тевеликою кількістю абразивних частинок, показує, хнічного результату, що досягається, полягає в що введення спеціальної термообробки дозволяє наступному. одержати такі граничні механічні властивості: За відомим способом термообробки основні - границя міцності при згинанні изг=64кгс/мм2; зусилля були спрямовані на те, щоб за рахунок границя міцності при розтягуванні комбінації режимів у процесі термообробки макси2 у=44кгс/мм ; мально виключити можливе утворення мікротріграниця міцності при стисненні щин. Вибраний режим відпалу при 450 480°С про2 сж=125кгс/мм ; тягом 3 4 годин забезпечує пом'якшення чавуну - твердість HRCЭ 38 42 (НВ 351 401) одиниць. для поліпшення оброблюваності заготовок ріжуТобто своїми характеристиками зазначений чим інструментом. Усі деталі, виготовлені з вищечавун відповідає СЧ 38-60 або СЧ 44-64 відповідно зазначеного брикетного чавуну, мають припуски ДО ДЕРЖСТАНДАРТУ 1412-85. від 0,5мм до 0,75мм на сторону, тому що при їхній Таким чином, використання запропонованого термічній обробці спостерігається жолоблення, яке способу термічної обробки ливарного низьколегоіноді досягає значних розмірів. ваного брикетного чавуну дозволяє досягти техніДля цього в запропонованому технічному річного результату, а саме підвищити міцність деташенні вибрано режим повільного нагрівання деталей і поліпшити такі його характеристики, як лей із піччю, попередній підігрів води до 75 80°С корозійна стійкість, антифрикційні та самозмащута підігрів масла до 140 160°С. Низькотемператувальні властивості. рне відпускання від 150°С до 200°С протягом 2 3 годин забезпечує підвищення міцності, твердості Комп’ютерна верстка Т. Чепелева Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601