Способ термоциклической обработки белого чугуна

 

ОПИСЛНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ВТВЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик н11863675 (61) Дополннтелвное к авт. свид-ву—

51)М К„.з (22) 3arr8rrerr> 120479 (2> } 2750961/22-02

С 21 0 5/04 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР но данаи нзобретеннй н открытнй

Опубликовано 15pg81 SlorllloTSHb HQ 34

Дата опубликования описания 15pg 81 (53) ЮК 621. 785. .79 (088.8) (72) Автор изобретения

В. C . .Биронт Э

1 I

Красноярский ордена Трудового Красного Знамени.., институт цветных металлов им. М.И.Калинина (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

БЕЛОГО ЧУГУНА

Изобретение относится- к металлур гии и машиностроению, в частности к технологии термической обработки . белого чугуна, и может быть .использовано для повышения механических свойств чугунных отливок.Известен способ термоциклической обработки белого чугуна, включающий многократный нагрев до температур выше точки АС„ с промежуточными охлаждениями и окончательное охлаждение, например, на воздухе. Этот способ обеспечивает повышение его пластичности, главным образом, за счет осуществления процессов графитизации, т5 которые обеспечивают распад цементита в составе ледебуритной эвтектики, в результате чего уменьшается число хрупких кристаллов цементита и увеличивается объем сравнительно. 20 пластичных перлитных участков. в структуре чугуна 11 . . Недостаток данного способа заключается в том, что значительное уменьшение количества цементита в составе ледебурита при графитизации часто является нежелательным явлением, поскольку это уменьшает твердость и износостойкость чугуна. Излишнее количество графита, особенно в неблагопри-3Q

2 ятной хлопьевидной форме, не позволяет получить высокую пластичность чугуна.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ термоциклической обработки чугуна, заключающийся в многократ-ном нагреве до 980-1050 С с промежуточными охлаждениями на воздухе до 600-650 С и окончательном охлаждении на воздухе. Применение такой технологии термической обработки белого чугуна направлено на ускорение распада первичного цементита в чугуне с ледебуритной металлической основой и структурно свободным углеродОм 21 .

Недостаток известного способа заключается в том, что распад цементита с образованием свободного углерода путем графитизации снижает.в зна.чительной степени твердость и износостойкость.чугуна, что в большинстве случаев является нежелательным явлением.

Цель изобретения — повышение пластичности белого чугуна при сохранении прочностных свойств.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу хермоциклической обработки, включающему многократ863675, Механические свойства чугуна после обработки предлагаемым способом 5 представлены s табл. 2. ный нагрев выше Аб„с промежуточными охлаждениями и окойчательное охлаждение, в каждом цикле чугун .нагревают до 1070-1120 С и охлаждают до

780-850 С с выдержками при этих темйературах 1-3 мин.

При этом, скорость нагрева и охлаждения в интервале температур термоциклирования от 1070-1120 С до

750-850 С составляет 10 -10 град/мин.

Окончательное охлаждение производят со скоростью 10-104 град/мин в зависимости от требуемой структуры образовавшейся новой основы чугуна, в ТоМ числе для тонкопластинчатого перлита 10 град/мин, сорбита 10 10 град/мин и, наконец, структуры мартенсита со скоростью, близкой к

10 град/мин.

Кроме того, при окончательном охлаждении осуществляют выдержку при

200-7QO C до завершения эвтектоидного распада аустенита.

Многократная термоциклическая обработка чугуна в интервале температур от 1070-1120 С до 750-850 С с изотермическими выдержками 1-3 мин при этих температурах приводит к повышению пластичности чугуна посредством осуществления циклов процессов растворения — выделения цементита в аустените в составе эвтектической структурной составляющей — ледебурите, являющейся основой белого чугуна.

В результате многократного термоциклирования в интервале указанных теМператур в структуре чугуна происходят качественные изменения, заключающиеся в замене цементитнай основы ледебурита на аустенитную основу с равномерно распределенными в ней изолированными включениями сфероидизированного цементита. Такая замена основы в структуре чугуна обеспечивает повышение пластичности важнейшей характеристики механических свойств чугуна.

Кроме того, замена основы в структуре чугуна позволяет с достаточной эффективностью осуществлять последующие упрочняющие и разупрочняющие ви= ды термической обработки чугуна, основанные на фазовых превращениях в аустенитной основе. Такими видами термической обработки являются отжиг

/ второго рода (в том числе, полный изотермический и др.), закалка, отпуск.

В )предлагаемом способе, для воздействия на структуру чугуна используют принципиально иное фазовое превращение по- сравнению с известным, а именно: частичную фаэовую перекристал лизацию, заключающуюся в эффекте раст ворения выделения избыточного вторичного цементита в связи с.переменной ограниченной растворимостью углерода в аустените при изменении температуры, тогда как известный способ осуществляется с использованием эвтектоидной реакции при переходе через точку AC

Кроме того, применение высоких скоростей нагрева и охлаждения (102

10 град/мин) в интервале температур

Ъ термоциклирования и ограничение длительности выдержки при этих температурах 1-3 мин в предлагаемом способе предотвр"ьщает распад цементита на графит, в то время как в извест" ном распад цементита на графит является его целью.

В то же время, предлагаемый способ в случае необходимости может обеспечить и развитие графитизации. Удли15 нение последней высокотемпературной изотермической выдержки при термоциклировании при 1070-1120 С выше

3 мин позволяет получить графит в структуре чугуна в благоприятной

20 сфероидизированной форме. Получение такой формы графита в этом случае обусловлено процессами, происходящими при предшествующей термоциклической обработке.

Пример. Проводится термическая обработка эвтектического белого чугуна с содержанием углерода 4,3%.

Образцы чугуна размерами 15х20х20 мм нагревают до 1090оС в соляной ванне, выдерживают при этой температуре

2 мин, охлаждают в другой соляной о ванне при 810 С с повторной изотермической выдержкой 2 мин. Далее образец ьз ванны с температурой 810 С переносят в ванну с температурой

1090 С для нового цикла обработки и о повторяют такое чередование операций нагрева и охлаждения с изотермическими выдержками при указанных температурах 3 раза. После окончания посЩ ледней изотермической" выдержки при 810.С чугунные образцы охлаждают на воздухе или в масле до комнатной температуры, что соответствует средней скорости охлаждения со ответственно 10 град/мин и 3 10 град/мин.

Часть образцов охлаждают в щелочной ванне с температурой 500 С, осуществляют изотермическую выдержку длительностью 60 мин и в дальнейшем уо охлаждают на воздухе.

Часть образцов, охлажденных после терМоциклической обработки на воздухе, нагревают дод закалку до 300, 860, 910, 980оC,îõëàæäàþò в масле и затем подвергают отпуску при 500 С в течение 60 мин.

Для получения сравнительных данных параллельно проводят обработку. по известному способу. Изучают микрое0 структуру чугуна, Результаты приведены в табл.1.

863675

Предлагаемый способ может быть использован для изготовления чугунных деталей повышенной прочности и пластичности взамен серых, ковких и высокопрочных чугунов и ряда сталей.

Структурное состояние эвтектического цементита

Графитизация цементита

Режим обработки

Остаточные количества

Тонкодисперсный перлит

Цементит графитизирован

Графитизация отсутствует

Графитизация отсутствует.То же

Сорбит

Мартенсит

Сорбит

Тонкодисперсный перлит

Остаточные количества

Известный способ термоциклической обработки в интервале темпера тур от 980-1050 С до

600-650 С

Предлагаемый способ обработки в интервале температур ат 1090 до 810 С; 3 раза дли.-тельность изотермических выдержек 2 мин: с охлаждением на вов,— духе с охлаждением в масле с .охлаждением в щелочной ванне при 500 С, выдержка 60 мин Закалка с 800-980 С после охлаждения на воздухе

Отпуск при 500 С, 60 мин, после охлаждения на воздухе и закалки с 800-980 С

После термоциклирования с охлаждением на воздухе последняя изотермическая выдержка при 1090 С, 10 иин

Цементит графитизирован в виде сфероидированных графитных включений

Осуществление способа может быть .произведено на серийно выпускающемся оборудовании - печам, ваннах,, индукционных установках.

Т а б л и ц а

Структурное-состояние продуктов распада/превращения, аустенита

Сфероидиэи- Тонкодисперсный рованные перлит частицы, равномерно рас° пределенные в структуре чугуна

Сфероидизи- Мартенсит рованные частицы, равно;. мерно распределенные в структуре чугуна

863675

Таблица.2

Механические свойства

1 кгс/мм к гс/мм 2 %

Состояние чугуна

Литое

После обработки по предлагаемому способу: термоциклирование в интервале

800-1090ОС, 3 цикла с выдержками 3 мин, окончательное охлаждение на воздухе

1,6

132

Формула изорретения

Составитель A.Ñåêåé

Редактор М.Петрова Техред Л. Пекарь Корректор E. Рошко:

Заказ 7705/40 Тираж 621 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4

То же, с дополнительной закалкой с

900ОC а масле и отпуске при 500 С

1. Способ термоциклической обработки белого чугуна, включающий многократный нагрев выше A с промежус„ точными охлаждениями и окончательное охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения пластичности при сохранении прочностных свойств, в каждом цикле чугуна нагревают до 1070-1120 С и охлаждают до 750 850 С с выдержками при этих температурах 1-3 мин.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что многократный нагрев и промежуточное охлаждение производят со скоростью 10 -10 град/мин.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем,,что окончательЩ ное охлаждение производят со скоростью

10-104 град/мин. . 1

4. Способ по пп.1-3, о т л и ч а ю шийся тем, что при окончательном охлажденли осуществляют выдержку при 200-700ОC до завершения распада аустенита.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 460308, кл. С 21 0 5/04, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

9 460307, кл. С 21 0 5/04, 1973.