Способ изотермической закалки изделий из высокопрочного чугуна

 

Сущность изобретения: после нагрева и выдержки при 860 - 920°С в течение 0,5 - 3 ч изделий из высокопрочного чугуна толщиной до 30 мм их охлаждают со скоростью 15 - 80°С/с до 300 - 360°С путем циклической подачи водовоздушной смеси с частотой 0,1 - 10 Гц. При этой температуре изделия подвергают изотермической выдержке в течение 1,0 - 4 ч и окончательно охлаждают. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s»s С 21 D 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4876030/02 (22) 19,10,90 (46) 15,01,93, Бюл. N 2 (71) Белорусский политехнический институт (72) А,И,Сарока, С.Н,Леках, Н,И.Бестужев, М.А,Геллер и М,С,Желудкевич (56) Захарченко Э.В. и др. Отливки из чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом, Киев, Наукова думка, 1986, с,166, Изобретение относится к машиностроению, а именно к разработке методов упрочнения литых деталей из сплавов на основе железа и может быть использовано для изготовления тяжелонагруженных отливок машиностроительного профиля.

Целью изобретения является улучшение механических свойств за счет увеличения глубины бейнитного слоя, Нагрев литых деталей до 860 — 920 С и выдержка 0,5 — 3 ч обеспечивает аустенизацию металлической матрицы чугунных литых деталей с толщиной стенки 5 — 30 мм (характерно для машиностроительных отливок), Меньшие параметры термовременной обработки не позволяют получить аустенитную матрицу с предельным насыщением ее углеродом, Превышение верхнего предела приводит к росту эвтектического зерна, что снижает механические свойства чугунов.

Охлаждение до температуры 300—

360 С и выдержка 0,5 — 4 ч обеспечивает в полной мере прохождение изотермического превращения. Превышение верхнего предела выдержки более 6 ч не дает приращения в свойствах и приводит к увеличению энерЯ2„„1788041 А1 (54) СПОСОБ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ЗАКАЛКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА (57) Сущность изобретения: после нагрева и выдержки при 860 — 920 С в течение 0,5 — 3 ч изделий из высокопрочного чугуна толщиной до 30 мм их охлаждают со скоростью 15—

80 С/с до 300 — 360 С путем циклической подачи водовоздушной смеси с частотой

0,1 — 10 Гц, При этой температуре изделия подвергают изотермической выдержке в течение 1,0 — 4 ч и окончательно охлаждают.

2 табл. гопотребления и коррозии поверхности изделий, Менее 0,5 ч не позволяет осуществить бейнитное превращение. При температуре менее 300 С резко возрастает твердость и снижается пластичность при температуре 360 С, идет перлитное превращение, при этом не обеспечивается высокая прочность.

Скорость охлаждения отливок с температуры аустенизации до температуры изотермической закалки в пределах 15 — 80 С/с обеспечивает оптимальную структуру и свойства изотермически закаленного чугуна. Более низкая скорость охлаждения не гарантирует исключения возможности перлитного превращения в толстостенных отливках, Превышение верхнего предела скорости охлажден 1я может привести к образованию закалочных трещин, ухудшению качества поверхности изделия.

Существенным отличием заявляемого способа является то, что охлаждение с регулируемой интенсивность 15 — 80 С/с осуществляется путем циклического воздействия управляемой водовоздушной смесью с определенной частотой, Частота менее 10 Ги

1788041

20

30

Таблица 1 обеспечивает требуемое приближение реальной температуры поверхности изделия к заданной в каждый момент времени. При частоте менее 0,1 Гц происходят большие пульсации температуры поверхности, особенно при высоких заданных скоростях охлаждения (50 — 80 С). При этом возможна закалка поверхностных слоев на мартенсит.

Частота более 10 Гц не дает повышения стабильности реальной скорости охлаждения и трудно реализуема ввиду инерционности системы подачи воздушной смеси, .

Указанные режимы позволяют одновременно повысить прокаливаемость изделий из чугуна за счет высокой интенсивности охлаждения в строго заданном интервале температур по сравнению с прототипом, Во-первых реализуется управляемый режим испарительного охлаждения, характеризуемый высоким коэффициентом теплоотдачи. Во-вторых, обеспечивается постоянная во всем интервале скорость охлаждения. В то же время как при закалке в солях, вначале скдрость охлаждения большая, а по мере приближения температуры поверхности к температуре ванны (на 150—

50 С) она резко снижается. Этот эффект сильно сказывается на глубине прокаленного слоя. Так как известно, что при температуре на 50 — 150 С выше чем температура бейнитного превращения идет интенсивное образование структур перлитного класса.

По этой причине в традиционных способах получения бейнитного ВЧШГ отливки с толщиной стенки более 5 — 10 мм легируют до

1,0 — 1,5 /, никеля и до 0,5 /, молибдена. В заявляемом способе этого не требуется.

Пример. Предлагаемый способ получения бейнитного ВЧШГ реализован следующим образом. Цилиндрические образцы из чугуна с шаровидным графитом диаметром 25 мм и длиной 50 мм нагревали в шахматной печи до температуры 900 С, выдерживали 2 ч, после чего охлаждают водовоздушной смесью в торец из пневмофорсунки до температуры 330 С (температура расплава аустенита). При достижении температуры поверхности образца, измеряемой термопарой, задаíным значениям с помощью системы управляемого охлаждения его поддерживают на заданном уровне до тех пор, пока разогретые внутренние . слои металла обеспечивают приток тепла к поверхности.

Система управления построена на базе крейта "КА-MAK" с набором модулей для усиления и преобразования входных сигналов с термопары зачеканенной в образец.

Программа поддержания заданной температуры вводится в персональный компьютер, в котором происходит сравнение текущей температуры образца с заданной по программе, В зависимости от знака рассогласования через устройство управления включается или отключается подача водовоздушной смеси в торец образца, Закалку образцов по известному способу осуществляли методом закалки в соляной ванне с температуры 900 С с соответствующими выдержками при этих температурах

1,0 и 2ч, Химические составы исследуемых чугунов приведены в табл.1. Результаты испытаний показывают значительное повышение механических свойств за счет увеличения глубины изотермически закаленного слоя при заявляемом способе, причем эта величина слабо зависит от уровня легированности сплава, в отличие от известного (табл.2), когда глубина закаленного слоя в зависимости от комплекса легирующих элементов возрастает в 3 — 4 раза, при этом не превышается уровень, достигнутый при использовании заявляемого способа.

Формула изобретения

1. Способ изотермической закалки изделий из высокопрочного чугуна, преимущественно толщиной до 30 мм, включающий нагрев до 860 — 920 С, выдержку в течение

0,5 — 3 ч, охлаждение до 300 — 360 С, изотермическую выдержку в течение 1,0 — 4 ч при данной температуре и окончательное охлаждение, отличающийся тем, что, с целью улучшения механических свойств за счет увеличения глубины бейнитного слоя, охлаждение ведут до температур изотермической выдержки со скоростью 15 — 80 С/с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение до температур изотермической выдержки осуществляют путем циклической подачи водовоздушной смеси с частотой 0,1 — 10 Гц до выравнивания температуры по сечению образца, а изотермическую выдержку проводят в печи..

1788041

Таблица 2 лубина бейнитного слоя, мм

14,3

21,1

25,2

25,4 артенсит на глубине до 3 мм)

25,6

20

25.

Составитель Н. Бестужев

Техред М.Моргентал Корректор Л. Лукач

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 50 Тираж Подписное

ВНИИПИ Госу,арственного комитета по изобретениям и открытлям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5