Спосіб термічної обробки відливок із зносостійкого високохромистого чавуну

Реферат: UA 85133 U UA 85133 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до металургійної та машинобудівної галузей промисловості, зокрема до термічної обробки відливок із високохромистого чавуну, які використовуються в умовах інтенсивного абразивного або ерозійного зношування. Основними чинниками підвищеної зносостійкості високохромистого чавуну є його структура, яка складається з евтектичних та вторинних карбідів, розподілених у мартенситній металевій матриці. В литому стані чавуни мають аустеніту або перлітну структуру матриці, а тому термічна обробка повинна забезпечити отримання мартенситу, який має високу твердість та забезпечую високу зносостійкість. Для високовуглецевих сплавів відомою є зміцнювальна термічна обробка, яка складається з нагріву до температури на 40-60 °C вище критичної точки Ас1 [1]. При такій температури відбувається αγ перетворення, розчинення частини вторинних карбідів у γ-фазі, аустеніт насичується вуглецем і при охолодженні в воді (маслі) перетворюється в твердий мартенсит. Нагрів до більш високої температури призводить до повного розчинення вторинних карбідів і збільшення кількості залишкового аустеніту, що у певних випадках знижує зносостійкість сплавів. Для білих високохромистих чавунів така термообробка не є ефективною, оскільки в них при нагріві в аустенітну область відбувається не розчинення, а виділення вторинних карбідів. Внаслідок цього аустеніт збіднюється вуглецем і хромом, підвищується його мартенситна точка Мн та при охолодженні (в маслі, на повітрі) він перетворюється в мартенсит, що забезпечує значне зростання твердості та зносостійкості. Тому в [2] високохромистий чавун пропонують нагрівати до температур, при яких процес виділення карбідів відбувається найбільш інтенсивно. Як правило, для чавунів різного хімічного складу ці температури лежать в інтервалі 850-1050 °C [3]. Витримка при цих температурах повинна бути достатньо довгою, щоб забезпечити максимально повне виділення вторинних карбідів з аустеніту. Найбільш близьким до пропонованого є спосіб зміцнювальної термічної обробки, описаний у [4], який складається з нагріву до 940 °C, витримки впродовж 3 год., загартування в маслі, низький відпуск при 200 °C впродовж 2 год. і забезпечує необхідний рівень властивостей (твердості та зносостійкості) чавунних відливок. Такий режим доцільно застосовувати для відливок, які не проходять попередньої термообробки під механічну обробку. Втім, значна кількість відливок з високохромистого чавуну потребує механічної обробки. Оскільки цей матеріал має низьку здатність до різання, відливки піддають пом'якшувальній термічній обробці. Вона полягає у відпалі з нагрівом до високих температур в аустенітній області, при яких упродовж довгої витримки з аустеніту досить повно виділяються вторинні карбіді хрому [2]. Після механічної обробки відливки проходять заключну (зміцнювальну) термічну обробку. Застосування відомого режиму [4] при цьому не є доцільним, оскільки це призводить до значних перевитрат енергоресурсів на термообробку, а також до зниження твердості і зносостійкості виробів. Річ в тому, що довга витримка впродовж 3 год. при 940 °C, яка має на меті збіднення литого аустеніту (за рахунок повного виділення вторинних карбідів), є фактично зайвою, оскільки вторинні карбіди вже повністю виділилися на стадії пом'якшувальної термообробки. Повторна аустенізація, таким чином, не забезпечує додаткового підвищення властивостей, але призводить до підвищення енерговитрат (собівартості виробництва) та до окислення та зневуглецювання поверхні, що знижує зносостійкість чавунних відливок. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалити спосіб термічної обробки відливок із зносостійкого високохромистого чавуну, в якому за рахунок зміни режиму термообробки досягається скорочення тривалості процесу та зменшення зневуглецювання поверхні відливок з високохромистого чавуну, які піддавалися попередній термічній обробці, що дозволить знизити собівартість їх виробництва та підвищити зносостійкість. Для вирішення поставленої задачі в способі термічної обробки відливок із високохромистого чавуну, що включає нагрів, витримку, охолодження та низький відпуск, відповідно до корисної моделі, нагрів проводять до температури Aв1  30...100 С з витримкою впродовж 15-60 хв, де c 55 Aв1 - верхня межа температурного інтервалу критичної точки чавуну. c В цьому випадку аустенізація (нагрів з витримкою) проводиться при пониженій температурі та зменшеній витримці (у порівнянні з прототипом). Вона переслідує мету, яка полягає не в виділенні вторинних карбідів з аустеніту (що потребує високих температур), а лише у забезпеченні зворотного αγ перетворення та часткового розчинення цементитних карбідів (які виділялися при відпуску в процесі пом'якшувальної термообробки) для утворення гетерогенного стану матриці. Зворотне фазове перетворення забезпечує можливість загартування чавуну на мартенсит, а неповне розчинення карбідів та незавершеність гомогенізаційних процесів 1 UA 85133 U призведе до утворення в матриці ділянок з різним рівнем твердості і пластичності, що забезпечить ефект композиційного зміцнення та підвищений опір деформації поверхні, в тому числі при абразивному та ударно-абразивному зношуванні при експлуатації. Для забезпечення такого стану достатньо проводити аустенізацію при знижених температурах, які входять до 5 10 15 20 25 30 інтервалу A в  c1  30...100 С . Якщо температура буде нижчою за цій інтервал, процес зворотного αγ перетворення буде розвиватися дуже повільно, він може не завершитися повною мірою, внаслідок чого в структурі збережеться ферит, що суттєво знизить твердість і зносостійкість загартованих відливок. У випадку перевищення заявленого інтервалу температур швидко пройде розчинення карбідів та гомогенізація аустеніту (що призведе до втрати гетерогенного стану металевої матриці) та відбудеться зневуглецювання поверхні, що у підсумку знизить зносостійкість поверхні відливок. Витримка при температурі аустенізації має відбуватися протягом 15-60 хв. При меншій витримці не встигнуть завершитися процеси фазової перекристалізації; це негативно позначиться на зносостійкості чавуну. При більш значній витримці можливо повне розчинення карбідів, що також знизить зносостійкість відливок. Приклад здійснення способу у відповідності до пункту формули. Зразки чавуну хімічного складу: 3,05 % С, 0,85 % Si, 14,50 % Сr, 4,21 % Мn, виплавленого в лабораторній індукційній пічці, розмірами 10×10×25 мм піддавали пом'якшувальній термічній обробці за режимом: нагрів до 950 °C, витримка 2,5 год., повне охолодження на повітрі, нагрів до 600 °C з витримкою 2 год., нагрів до 720 °C з витримкою 15 год., охолодження разом з піччю до 300 °C, далі - на повітрі. Після такої обробки зразки фрезеруванням доводили до розмірів 5×10×25 мм та піддавали завершальній (зміцнювальній) термообробці за режимами, наведеними в таблиці. При цьому враховували, що верхня температурна межа критичної точки Ac1 і чавуну становить 820 °C. Після нагріву (аустенізації) зразки загартовували у маслі та піддавали низькому відпуску при 200 °C. Для порівняння застосовували також відомий режим. Потім вимірювали твердість та проводили випробування на абразивне зношування. Випробування виконували за схемою Бринеля-Хауорта (у напівзакріпленому абразиві) [5], абразив - корунд, навантаження на зразок становило 1 кг, час випробування - 30 хв. На кожний режим відводили по 3 зразки, величина зносу прийнята як середня для всіх трьох зразків. Коефіцієнт відносної зносостійкості розраховували відносно величини зносу для відомого режиму. Результати випробувань наведено у таблиці. Таблиця Режими термообробки та результати випробувань зразків чавуну № режиму 1 2 3 4 5 Відомий 35 40 45 Температура аустенізації, °C 850 915 890 845 945 950 Тривалість витримки, хв. 17 55 35 11 80 180 Твердість, HRC 60,5 62,0 61,5 56 59 58 Знос, г 0,0200 0,0196 0,0192 0,0265 0,0230 0,0241 Коефіцієнт зносостійкості 1,21 1,23 1,26 0,91 1,05 1,0 Аналіз даних таблиці показує, що у випадку реалізації заявлених параметрів режиму (№№ 1-3) було отримано найвищий комплекс твердості та абразивної зносостійкості поверхні (зносостійкість зросла по відношенню до відомого способу на 21-26 %). При цьому досягнуто суттєве скорочення режиму аустенізації, що знижує собівартість термообробки. У випадках, коли параметри режиму виходили за заявлені межі, зносостійкість була на рівні, чи навіть нижче рівня відомого режиму. Таким чином, режими №№ 1-3 слід вважати оптимальними. Джерела, прийняті в увагу при складанні заявки: 1. Ю.А. Башнин, Б.К. Ушаков, А.Г. Секей. Технология термической обработки стали. Учебник. - М.:"Металлургия", 1986. 2. Цыпин И.И. Белые износостойкие чугуны. Структура и свойства / И.И. Цыпин. - М.: Металлургия, 1983.-176 с. 3. Жуков А.А., Сильман Г.И., Фрольцов М.С. Износостойкие отливки из комплекснолегированных белых чугунов. - М.: Машиностроение. 1984.-104 с. 2 UA 85133 U 4. Китайгора Н.И. Износостойкие лопасти дробеметных аппаратов / Н.И. Китайгора, А.К. Кисляков // Литейное производство.-1968. - № 11. - С. 39-40. 5. Хрущев М.М. Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. - М.: Машиностроение, 1970. 5 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб термічної обробки відливок з високохромистого чавуну, що включає нагрів, витримку, охолодження та низький відпуск, який відрізняється тим, що нагрів проводять при температурі A в1  30...100  С з витримкою впродовж 15-60 хв, де A в1 - верхня межа температурного c c інтервалу критичної точки чавуну. Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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