Спосіб обробки білого чавуну

Реферат: Винахід належить до металургії і машинобудування, зокрема до способів обробки білого чавуну та пластичної деформації. Спосіб включає нагрів чавуну до температури аустенітизації, гарячу деформацію, що проводять після повторного нагріву, та остаточне охолодження. Нагрів до температури аустенітизації ведуть ступенево - до 350 °C, 650 °C і 850 °C, з відповідною витримкою протягом 1 години при кожній температурі. Технічний результат: забезпечується можливість гарячого кування або прокатки чавуну, зменшуються ливарні напруги, виключаються термічні напруження. UA 106820 C2 (12) UA 106820 C2 UA 106820 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області металургії і машинобудування, зокрема до способів обробки білого чавуну перед пластичною деформацією і може бути використаний для підвищення технологічної пластичності при виготовленні зносостійких виробів. Відомий спосіб термічної обробки виливків з чавуну, який включає першу і проміжну стадії графітизації, охолодження з температури проміжної стадії графітизації до 650-550 °C, витримку і охолодження на повітрі, метою якого було підвищення механічних властивостей за рахунок отримання стабільної структури зернистого перліту (див. авторське свідоцтво СРСР № 582303, кл. C21D 5/04, 1977). До причин, що перешкоджають досягненню зазначеного нижче технологічного результату при використанні відомого способу є те, що у відомому способі при графітизації значно зменшується кількість цементиту, що є небажаним явищем, оскільки зменшує твердість і зносостійкість чавуну, особливо абразивну. А наявність у структурі чавуну графіту знижує його пластичність при деформації. Також відомий спосіб термоциклічної обробки білого чавуну для підвищення технологічної пластичності при збереженні міцнісних властивостей, що включає в себе багаторазовий нагрів вище АС1 з проміжними охолодженнями і остаточне охолодження, в кожному циклі чавун нагрівають до 1070-1120 °C і охолоджують до 750-850 °C з витримками при цих температурах 13 хв. Недоліком даного способу є те, що рекомендовану термоциклічну обробку, що включає швидкісні нагріви і охолодження з короткочасними витягами 1-3 хв. неможливо провести технологічно для чавунних злитків і заготовок розважуванням 30…500 кг, які доцільно використовувати для гарячої обробки тиском. Крім того, така обробка може сприяти утворенню термічних тріщин. При нагріванні чавуни зберігають гетерогенну структуру, що складається з твердого розчину і великої кількості карбіду заліза. Різниця коефіцієнтів теплового розширення даних фаз при наявності карбідної сітки може призвести до фазового наклепу і при зазначених режимах охолодження викликати виникнення тріщин, які є результатом розрядки внутрішній напруг. Найбільш близьким способом того ж призначення до заявленого винаходу за сукупністю ознак є спосіб обробки білого чавуну, суть якого полягає в попередньому термоциклюванні, далі аустенітизації і гарячій деформації, що підвищують пластичність білого чавуну (див. авторське свідоцтво СРСР № 1256416 кл. С21D 5/04, 1986 p.) прийнятий за найближчий аналог. До причин, що перешкоджають досягненню зазначеного нижче технологічного результату при використанні відомого способу, прийнятого за найближчий аналог, належить те, що у відомому способі попереднє термоциклювання неможливо застосовувати для великотоннажних злитків. Крім того, обробка виконується в досить вузькому температурному інтервалі 150…300 °C, охолодження проводять підстужуванням, причому якщо виконувати операцію на повітрі, то важко контролювати температуру остаточного охолодження, якщо в печі, нівелюється ефект фазового наклепу цементиту, який можливий тільки при швидкій зміні магнітних властивостей цементиту при переході через точку Кюрі 210 °C. Крім цього, проведення 10-кратним нагріванням й охолодженням досить трудомісткий процес, що ускладнює технологію виробництва поковок або прокату. В основу винаходу поставлено задачу створення такого способу обробки білого чавуну, який забезпечить підвищення технологічної пластичності білого чавуну до рівня, достатнього для проведення гарячого кування або прокатки на обтискних станах в промислових умовах злитків розважуванням більше 50 кг. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в зазначеному способі обробки білого чавуну, що включає нагрів до температури аустенітизації, гарячу деформацію і остаточне охолодження, згідно з винаходом, відрізняє тим, що нагрівання ведуть поступово - до 350 °C, 650 °C і 850 °C з відповідною витримкою на кожному ступені протягом 1 години. При дворазовому нагріванні до температур аустенітизації в результаті фазового наклепу, який випробовують кристали евтектичного цементиту при переході продуктів евтектоїдного розпаду в аустеніт в процесі нагрівання, а потім в процесі охолодження аустеніт розпадається на ферит і евтектоїдний цементит. Так як α → γ перетворення відбувається з об'ємним ефектом, то евтектичний цементит, що розташовується у вигляді оболонки по межах аустенітних зерен, відчуває напруження, що викликають його наклеп, тобто підвищення щільності дислокацій. При повторному нагріві і витримці перед деформацією в евтектичному цементиті відбуваються процеси знеміцнення-полігонізація або рекристалізація. У результаті цих процесів в цементиті відбувається утворення нових границь зерен, за якими спостерігається його розчинення, що приводить до поділу евтектичної сітки. Утворенню нових міжфазних кордонів в кристалах евтектичних карбідів сприяє також карбідних перетворення, яке відбувається при легуванні чавуну карбідоутворюючими елементами. 1 UA 106820 C2 5 10 15 20 25 30 35 Використання термоциклювання для збільшення ефекту фазового наклепу може бути доцільним виключно для зразків малого розміру. Оскільки вказані швидкості охолодження і нагріву неможливо відтворити для зливків масою понад 50 кг. Технічним результатом можна вважати порушення суцільності евтектичної сітки за рахунок поділу карбідних кристалів. А передуючий аустенітизації ступінчастий нагрів сприяє рівномірному прогріванню великогабаритних злитків, зменшенню ливарних напруг і виключає виникнення термічних напружень, які перевищують межу міцності білого чавуну до пластичної деформації. При цьому зберігається ефект фазового наклепу, сприяючого поділу евтектичних карбідів в процесі високотемпературної витримки. Загальними ознаками заявленого способу з відомим є нагрівання до температури аустенітизації, гаряча деформація після повторного нагріву і остаточне охолодження, що забезпечує підвищення пластичності. Відмінні ознаки вказані вище. Приклад 1. З литих злитків складів 1-3 (хім. склад приведений в табл. 1) виготовили зразки масою 60 кг для визначення пластичності. Спосіб обробки вели за наступним режимом: зразки 1-3 завантажували в піч, попередньо нагріту до температури 350 °C, і витримували протягом 1 години для прогрівання всього об'єму злитка. Потім продовжували нагрівання до температури 650 °C з витримкою при даній температурі 1 годину. Далі продовжували нагрів до температури 850 °C з витримкою, відповідною першим двом ступеням. Ступінчатий нагрів з витримкою, ведуть для зняття температурних напружень, що виникають в результаті різниці коефіцієнта теплового розширення карбідних фаз і твердих розчинів. Після останнього ступеня зразки нагрівали до температури аустенітизації (1050 °C) і витримували протягом години. Потім зразки підстужували і повторно нагрівали до температури 1050 °C, витримували протягом години, після чого проводили випробування на гаряче кручення. Приклад 2. (Обробка за способом прототипу). Злитки нагрівали до 300 °C і витримували протягом 5 хвилин, а потім підстужували до 150 °C. Таку операцію проводили 10 разів. Після останнього підстужування зразки нагрівали до температури 1050 °C і витримували протягом години, потім охолоджували на повітрі. Після даної обробки на злитку складу 2 (табл. 1) були виявлені поперечні макротріщини, злиток складу 1 повністю розтріскався на 3 фрагменти. З термооброблених злитків вирізали зразки для визначення пластичності методом гарячого кручення (крім зливків складів 1 і 2, підданих термоциклюванню, так як така обробка призвела до їх руйнування). Залежність числа обертів до руйнування наведена в таблиці 2. Результати випробувань на гаряче кручення показали, що пластичність чавунних зразків, попередньо оброблених за пропонованим способом вище, ніж у зразків, оброблених за способом прототипу. Крім того, пропонований спосіб повністю виключає утворення тріщин в процесі попередньої обробки литих злитків до пластичного деформування і дозволяє підвищити пластичність, зберігаючи при цьому міцнісні властивості білих чавунів. Це дає можливість для проведення гарячого кування або прокатки на обтискних станах в промислових умовах злитків розважуванням більше 50 кг. 40 Таблиця 1 Склад 1 2 3 С 3,10 3,01 2,38 V 0,50 2,35 Вміст, % Si 0,32 0,18 0,15 Сr 3,88 0,45 0,51 Мn 0,28 0,21 0,18 S 0,032 0,038 0,034 Р 0,05 0,05 0,041 Таблиця 2 Склад 1 2 3 Спосіб обробки за прикладом пропонований за прототипом пропонований за прототипом пропонований за прототипом Число обертів до руйнування при різноманітних температурах деформації, °C 1000 1050 1080 1100 1120 2,5 4,1 3,5 3,1 2,6 3,3 5,5 5,7 5,3 4,5 3,4 5,9 5,4 5,0 3,9 3,1 4,9 4,3 3,5 2,6 2 UA 106820 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 Спосіб обробки білого чавуну, що включає нагрів до температури аустенітизації, гарячу деформацію, що проводять після повторного нагріву, та остаточне охолодження, який відрізняється тим, що нагрів до температури аустенітизації ведуть ступенево - до 350 °C, 650 °C і 850 °C, з відповідною витримкою протягом 1 години при кожній температурі. Комп’ютерна верстка М. Шамоніна Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3