Способ термической обработки чугуна
Патент 899685
Авторы
Классы МПК
Способ термической обработки чугуна
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Со етскик
Социалистическим
Респубики
««899685 (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18. 07. 79 (21) 2799256/22-02 с присоединением заявки М (23) Приоритет
Онубликоваио 23.01.82. Бюллетень Рй 3
Дата опубликования описания 25. 0 t . 82 ($l)N. Кл.
С 21 0 5/00
3Ьеударствевй квинтет
СССР по делан нзобретенмИ и аткрытмй (53) УД К 621. . 785. 79 (088.8) (7 ) Авторы изобретения
Г.Ф. Тихонов и А.П. Рукавишникова
Горьковский политехнический институт им.IA.À. Жданова с (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЧУГУНА
Изобретение относится к области термообработки чугунного литья и может быть использовано для деталей, работающих в условиях трения скольжения (поршневые кольца, узлы трения, ломоперерабатывающее оборудование и т.n.), Известен способ термической обработки существующих марок чугунов, заключающийся в закалке с непрерывным охлаждением в одной среде и f1o следующем отпуске или в изотермической закалке. Указанный способ позволяет получить мартенситную, тростомартенситную или бейнитную структуру
33 .металлической основы чугуна высокой твердости и износостойкости jl7.
Однако повышение износостойкости за счет высокой твердости может быть
20 получено не всегда, тек как при работе в паре подшипник скольжениявал идет интенсивный износ контртела.
К недостаткам способа относится и
2 возможность коробления детали и образование закалочных трещин.
Чаще используются комплексные способы повышения антифрикционных свойств чугунов: легирование + термообработка. В результате легирования (что значительно удорожает детали) получают мартенситную, аустенитомартенситную или аустенитную структуру металлической основы чугуна.
Известны также с особы термической обработки легированного чугуна сложного химического состава по режиму: нагрев до 970+20 С, выдержка и охлаждение на воздухе - нормализация и отжиг 800-820 С в течение
5 ч, закалку от 1000 С на воздухе и отпуск при 500 С в течение 6 ч. Получаемая структура аустенито-мартенситная (27 и 737 .
Известные способы могут быть применены только для легированных дорогостоящих чугунов.
3 899685 4
Наиболее близким по технической подшипников скольжения, для которых сущности к изобретению является спо- наибольшее значение имеют антифриксоб термообработки чугуна (нормали- ционные свойства, т.е. одновременно зация), согласно которому нагрев за- стойкость на износ (окислительный, готовок производят до 850"950 С (ско- у нормальный износ ) и низкий коэффио рость нагрева 4-12 С/мин), осущест- циент трения. о вляют выдержку (0,5-1,0 ч), после чего их охлаждают на воздухе. В табл. 1 приведены свойства чуИзготовленные из такого чугуна де- гуна, подвергнутого нормализации по тали используют обычно в качестве 1О известному способу.
Таблица 1
Иикроструктура
Тип чугуна
Серый чугун марки
СЧ 24-44
Перлитная основа и графит пластинчатый
159
Феррит кремнистый и шаро-: видный графит
Высокопрочный
240
Ледебурит, цементит и пластинчатый графит
Половинчатый
280
I груэкой 30 кг/сА (контртело-вал иэ закаленной стали 45 с твердостью
HRC 48-50)
В табл. 2 приведена износостойкость чугунов при испытаниях на маши" не ИИ-1М при скорости 1,27 м/с с наТаблица 2
Тип чугуна
Свойства чугуна
Серный, марки
СЧ24-44
Высокопрочный Половинчатый (0,134 Ni
0,104 Mo) Износ чугуна на каждые
4 км пути трения при установившемся режиме, мкм
1,63, 1,17
1,0
Прирост пористости чугуна при термообработке rio известному способу составляет 0,13-0,3> (4j.
Недостаток известного способа тер" мообработки заключается в том, что он не дает возможности использовать в полной мере антифрикционные свойства чугунов.
Цель изобретения - повышение анти" фрикционных свойств эа счет увеличе" ® ния пористости.
Поставленная цель достигается тем, что в способе термической обработки чугуна, включающем нагрев до 850950ОС, выдержку и охлаждение на воздухе, заготовки после выдержки охлаждают вместе с печью до 720-680 С, затем повторно нагревают и выдерживают при первоначальной температуре.
По сравнению с нормализованной структурой, структура, полученная после обработки по предлагаемому способу, не отличается по фазовому составу, морфологии, степени дисперсности, но имеет иную пористость, что еще более повышает антифрикционные свойства чу5 89 гуна эа счет большего роста пор, способствующие образованию устойчивой смаэывающей пленки на поверхности деталей, работающих в условиях трения и износа.
Пример 1. Образцы чугуна
СЧ 24-44 обрабатывают по режиму: нагрев с печью до 900 С со скоростью
5 С/мин, выдержка 0,5 ч, медленное (с печью) охлаждение до 650, 680, 720 и 780 С, снова нагрев с печью до
900 С, выдержка 0,5 ч и охлаждение на воздухе до комнатной температуры.
Исходная структура перлит + пластинчатый графит. После термообработки по предлагаемому режиму структура не изменилась.
В табл. 3 приведен химический состав обрабатываемого в эксперименте чугуна, в табл. 4 - данные по износу чугуна, обработанного по известному и предлагаемому способам. Износ чугуна определяли на машине ИИ-1И при скорости 1,27 м/с с нагрузкой .30 кг/см (контртело-вал из закаленной стали 45 с твердостью HRC 48-50).
Пример 2. Обрабатывают и испытывают половинчатый чугун состава 2 (табл. 3). Способ осуществляют так же, как в прим. 1, т.е. меняют температуру промежуточного охлаждения при неизменных прочих параметрах. .Результаты эксперимента представлены в табл. 4.
Пример 3. Обрабатывают и . испытывают высокопрочный кремнистый чугун состава 3 (табл. 3). Способ осуществляют так же, как в прим. 1 и 2. Результаты эксперимента представлены в табл. 4.
Из примеров 1-3 следует:
1) Износ после двукратного нагрева ниже, чем после однократного для трех типов чугунов, т.е. ниже, чем при обработке по известному способу.
2) При температуре охлаждения перед вторым нагревом, меньшей 680аС
9685 4 (650 С), износ образцов почти такой же, как при 680 С (несколько снижается у половинчатого и вйсокопрочного). Процесс графитизации идет,. хотя лучше он идет при более высоких температурах. Однако охлаждение до температур, меньших 680оС, нецелесообразно, так как увеличивается время термообработки и расход энергии, что экономически невыгодно.
1Е
3) При температуре охлаждения пе ред вторым нагревом, большей 720 С (780 С), не завершается полностью npo8o) цесс превращения аустенита в перлит, и для графитизации перлита эта температура высока. Кроме того, уменьшается количество выделяемого углерода в виде цементита или графита иэ аустенита (в сером и половинчатом чугунах) и из феррита (в высокопрочном кремнистом чугуне).
Следовательно, оптимальной температурой охлаждения перед. вторым нагревом является 680-720 С.
Следовательно, увеличение техноло. гического цикла и связанного с ним расхода энергии при многократных нагревах экономически не оправдано.
i5
П р и и е р 4. Для составов чугуна, прйведенных в табл. 3, увеличивали кратность нагрева, т.е. осуществляли нагрев 3, 4, 5 и 6 раз с промежуточными охлаждениями до 700оС, а нагрев и выдержку - по режиму примера 1. Износ от 3-ого до 6-ого циклов практически не изменялся. Это связано с тем, что увеличение времени нагрева чугунных заготовок в окислительной {незащитной) атмосфере печи приводит к диффузии кислорода на боль шую глубину, окислению границ зерен, образованию слоя окалины на заготовках, что требует увеличения допуска и, следовательно, увеличения расхода
Металла.
899685
Т а б л и ц а 3 l
Содержание элементов, 3 () Тип чугуна
С Si Мп Сг Niã Мо 5 P М9
1 Серый СЧ24-44 3,15 1,43 1,11 0,28 - - 0,11 0,20
2 Половинчатый 3,28 4,02 0,32 1,22 0,13 0,1 0,025 0,067
3 Высокопрочный 2,95 4,84 0,74 0,05
0,07 0,115 0,03
П р и м е ч а н и е. Химические составы чугунов подбирались таким образом, чтобы проверить влияние механизма образования пористости на износ при обработке чугунов по предлагаемому режиму.
Приведенные в табл. 3 и 4 данные свидетельствуют о том, что при суще- . ствующем оборудовании на заводах и параметрах работы печей за счет изменения технологии (промежуточного охлаждения до 720-680 С) можно. повысить антифрикционные свойства чугунных деталей, работающих в условиях трения скольжения.
Предлагаемый способ термообработки снижает износ чугуна СЧ24-44 в
2 раза, высокопрочного (кремнистого)в 1,1-1,2 раза, половинчатого в 1,3 раза.
ЗФ
Наибольший эффект, полученный на сером чугуне, объясняется образованием большей пористости по сравнению с двумя другими химическими составами уу чугуна: в половинчатом чугуне данного состава отсутствуют процеСсы графитиэации, а в высокопрочном - процессы аустенизации, вследствие чего получение перлитной структуры становится не возможно. Нарастание пористости идет за счет переменного растворения и выделения углерода в аустените (табл.3) или в Феррите (состав 3 табл. 3).
899685
Э
CL ь
)- .
»
C
X (ац
4(4
CD
CD
СО
СЧ (О
О С.) ио о
XX
X Э о т
X %
Э Ю
4((С
4- X э о с
<о
Э а о с r
T о о
C (Х
Э (Е
Y Э
I- X 8
X с т
Х (»
>е (о о о о с
О (УЪ
CD
4А о (е
X о
Ф
t((3 с
<Х
Э
Cl с о
«Z4
СМ о
01 о
»
МЪ
» о о с х ъ
i
Э
I о (о
4(( о. (о о о
«4 о
CV л
С(0 о
» о х 8
t lQ
1 4((1 I»
ЪД
CD
О0
СМ
X oP
)»
4.(о
V 1
X 00 а со о с О
1
1 х
X l
Э 1
I
< o о
I (4
1 (о о е о
X W
4 О ъО
CD
1
Ф
Ф
+ 1» lI (I
I
1
1 4 о ! Q. х ! X
1
1
1
4((I
О. I
> 1
Y
0 1 о.
1 1 о
434
Z
Ф
У
X с
Э
<Ф ((; с
4((t((Iо о о
Z
X (- )v x
t(4 & е с.а
I»
X >й
2l
a tФ (((C У
I (X о
«у а . х<-а
Z X 3 з а
Э atX
ы®ъ о
CV а X с о
Ф I»
z o
W Ф
3» (((Л CO
X (О 1 IФ+ v
cK (» 6
Йо с (О Э
ix x
«Х
З
R о
Y о
v ъ
C((Z
:ь
) у
I"»
t((У х
В о с о
С:
X (1
CV
«(I
I 4 l
1 I l
1 I
I t
1 1 СО 1
1 I I
1 — 1
1 1 1
О! «ц
1 СО I л!
I I 1
I I . 1
I I I ! 1 1
I 1 I — » — -ю
1 I ! 1 1
1 I
4 ) 1У\
I I I
l I ! — т о
I СЧ 1 «М 1 (!
1 <«
1 1 1
I1,,1
1 1 ° 1
I I
1 1 1
\»»
) I 1
1 t 1
I 1 I
1 1
1 1 С) I
Г (! 1 1
CDI СЧ 3
1 СО I 1 0 (-(I 1 4
I 1
I 1 t
1 I I
1 <
I 3 I
1 1 « С\ 1! I
< 33
I I
1 I
CD! C4
4A I о (— з
1 t . I! I ° 1
I I 1
1 О(- I m ((3 О X:
1 Э (0 1
ЧÇPUI«HOWßÈ чэеюинаиеи а((чзеиинанеи эд чэеыинэиви ар о о
Ф СО
I
1
1 !
1
I
1 !
1
I
1
I !
4
1
1 !
I
1 !
I !
I
I
I
1
I
I
1
1
1
t
l !
1
1
1
1
1
1
I
I
I
I
1
I
1
I
t
1
1
1
I !
1
1
1
I
I
t
1
1
I
12 899685
Составитель А. Секей
Редактор В. Данко Техред М. Надь Корректор С. Шекмар
Тираж 586 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
1!3035, Москва, N-35, Раушская набе, д. 4/5
Заказ 12090/36
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, ч формула изобретения
Способ термической обработки чугуна, включающий нагрев до 850-950 С, выдержку и охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что, с f целью повышения антифрикционных свойств за счет увеличения пористости, заготовки после выдержки охлаждают с печью до 720-680вС, а затем повторно нагревают и выдерживают при 1© первоначальной температуре.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Справочник по машиностроительным материалам. Т. 3, Машгиз, 1959, с. 65-79.
2. Авторское свидетельство СССР
1t 511378, кл. С 22 С 37/06, 1975
Авторское свидетельство СССР
Н 585229, кл. С 22 С 37/10, 1976.
4. Райцес В.Б. Термическая обработка иа металлургических заводах.
М., "Металлургия", 1971, с. 188-189, 199, 202-204.