Способ термоциклической обработки чугуна

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для повышения свойств отливок из серого чугуна. Для уменьшения объемной доли графита, измельчения включений графита и более равномерного их распределения по сечению отливок термоциклическую обработку серого чугуна проводят путем нагрева и охлаждения в каждом цикле, при этом нагрев чугуна в каждом цикле осуществляют до 980-1020°С с последующим охлаждением в воде, а количество циклов составляет 2-4. 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии чугуна и может быть использовано для повышения механических свойств отливок из серого чугуна, а также для снижения коэффициента линейного расширения (КЛР).

Известен способ термоциклической обработки чугуна [1], использующийся для уменьшения размеров включений графита в структуре отливок, повышения однородности химического состава металла и пластических свойств чугунов.

Наиболее близким к заявляемому является способ термоциклической обработки чугуна, включающий многократные нагревы до температур на 50-200°С выше А_С3 и охлаждение на воздухе до температур на 50-200°С ниже A_r3 [2]. Однако уровень уменьшения объемной доли, размеров включений пластинчатого графита недостаточен, что отрицательно сказывается на механических характеристиках отливок из серого чугуна. При использовании этого способа уменьшение коэффициента линейного расширения вообще не происходит.

Задачей предлагаемого способа термической обработки является уменьшение объемной доли графита, измельчение его включений и более равномерное их распределение по сечению отливки. Таким образом, может быть решена задача улучшения механических свойств чугуна, что в конечном итоге может привести к снижению металлоемкости деталей при тех же значениях конструкционной прочности, а также достигается уменьшение КЛР при температурах испытания 150-200°С и 400-450°С, что в перспективе позволит использовать серый чугун в качестве нового прецизионного материала.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что термоциклирование проводят путем нагрева и охлаждения в каждом цикле, нагрев чугуна в каждом цикле осуществляют до 900-1020°С с последующим охлаждением в воде, при этом количество циклов составляет 2-4.

Использование такой термической обработки серого чугуна позволяет уменьшить КЛР, снизить объемную долю графита в структуре чугуна, измельчить пластины графита за счет интенсификации процессов диффузии при термообработке. Оптимальное количество циклов составляет 2-4. Увеличение количества циклов более 4 нецелесообразно, так как не происходит значительного снижения объемной доли графита и уменьшения КЛР.

Пример

Использовали чугун марки СЧ-20, выплавленный в литейном цехе ОАО «ЗСМК». Плавка проводилась в индукционной печи ИЧТ-10М №5, номер плавки - 2-8377. Химический состав чугуна: С - 3,65%; Si - 1,77%; Mn - 0,56%; S - 0,021%; Р - 0,16%; Cr - 0,32%; Ni - 0,17%; Ti - 0,04%; V - 0,05% (ГОСТ 1412-85). Нагрев отливок осуществляли при 1000°С, с выдержкой в течение 10 мин, охлаждали в воде. Количество циклов обработки составляло 4. Для сравнения проводили термоциклическую обработку чугуна по способу, принятому за прототип. Температура нагрева составляла 900°С, охлаждение на воздухе проводили до температуры 600°С, а затем в воде. Количество циклов составляло шесть. После каждых двух циклов проводили металлографический анализ. Эффективность обработки оценивали по результатам количественной металлографии на оптическом анализаторе «EPIQUANT» и определения КЛР на оптическом дилатометре системы Шевенара. Полученные результаты сведены в таблицу.

Как видно из приведенных в таблице результатов, эффективность предлагаемого способа термоциклической обработки чугуна при использовании количества циклов от 2 до 4 выше по сравнению с известным способом.

Предлагаемый способ термоциклической обработки может быть использован на металлургических и машиностроительных заводах для повышения свойств отливок из серого чугуна.

Источники информации

1. Федюкин В.К., Смагоринский М.Е. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин. - Л.: Машиностроение, 1989, с.128-138.

2. А.с. №412262, кл. 21 D 5/00 «Способ термоциклической обработки чугуна» / Лебедев Т.А., Маринец Т.К., Федюкин В.К. ЛПИ им. Калинина. Опубл. Б.И. №3, 1974.

Таблица
Способ обработки чугуна	Кол-во циклов	Коэффициент линейного расширения при различных температурах испытания, °С, α×106 град-1	Объемная доля графита, %
50	100	150	200	250	300	350	400	450
Известный: Цикл: 900°С, 15 мин, охлаждение до 600°С и далее в воде	без обработки	8,45	9,70	10,72	11,74	12,47	13,03	13,47	13,37	12,48	19,3
	2	8,76	9,56	10,46	11,26	11,89	12,48	13,01	13,62	14,10	18,2
4	8,76	9,70	10,20	11,00	11,77	12,12	12,65	13,50	13,98	18,7
Предлагаемый: Цикл: 1000°С, 10 мин, вода	без обработки	8,45	9,70	10,72	11,74	12,47	13,03	13,47	13,37	12,48	19,3
	2	10,41	11,37	7,79	9,62	14,83	16,58	16,82	13,26	2,88	11,5
4	10,41	11,11	6,24	8,98	13,47	15,82	16,05	8,41	0,06	11,1

Способ термической обработки серого чугуна, включающий термоциклирование путем нагрева и охлаждения в каждом цикле, отличающийся тем, что нагрев чугуна в каждом цикле осуществляют до 980-1020°С с последующим охлаждением в воде, при этом количество циклов составляет 2-4.