Способ изготовления изделий из высокопрочного чугуна

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 6 51)5 С 21 О 5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ Т(54) СПОСОБ ИЗГОТИЗ ВЦСОКОПРОЧНО итутутов, ровехническии иудецкая, В.Иманюк, А.И,П/02, 1979.ОВЛЕНИЯ ИЗДЕГО ЧУГУНА Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам изготовления изделий из чугуна, работающих в условиях повышенного износа и динамических циклических нагрузок, например шестерен, звездочек.Известны способы изготовления литых шестерен из.чугуна с шаровидным графитом с бейнитной основой.Однако эти способы требуют проведения сложного и длительного режима термообработки - изотермической закалки, легирования исходного расплава дорогими и дефицитными элементами - никелем, молибденом, медью, кроме того, бейнитная структура в литом изделии обеспечивается во всем объеме изделия, что затрудняет проведение механической обработки шестерен, готовое изделие обладает недостаточной динамической прочностью при знакопеременных нагрузках - в бейнитной структуре не блокируется рост зародившейся трещины.Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления изделий из чу(57) Использование: изготовление изделий из чугуна, работающих в условиях повышенного износа и динамических циклических нагрузках. Сущность изобретения: металл заливают в форму и охлаждают в интервале температур эвтектического затвердевания со скоростью 6 - 10 С/с. Отливку извлекают из формы, нагревают до 950+50 С и штампуют в закрытом штампе со степенью деформации 70 - 90 поверхности и не более 10 б/ внутренней части изделия. 1 табл. гуна, включающии механическую обработку отлитой заготовки и последующую термообработку, причем с целью повышения прочности и износостойкости перед механической обработкой производят нагрев до температуры окончания а - у превраще- ф ния и горячее гидродинамическое выдавливание в зазор между заготовкой иконтейнером, Этот технологический процесс обеспечивает повышенную прочность Ср и износостойкость изделий цилиндропоршневой группы,Вместе с тем способ достаточно сложно осуществим в практике массового произеодстеа, Механическая обработка яитои заготовки не позволяет использовать бла- д гоприятную структуру матрицы (высокая дисперсность фазовых составляющих) в рабочих поверхностях изделия,Цель изобретения - повышение износостойкости рабочей поверхности и ударной вязкости во внутренних объемах изделия,Поставленная цель достигается тем, что при изготовлении литой заготовки обеспе 1731836чивают охлаждение в интервале эвтектичео ского затвердевания со скоростью 6 - 10 С/с, нагрев заготовки ведут до 950+50 С и осуществляют точную штамповку в закрытом штампе с дифференцированной по сечению изделия степенью деформации - более 70 для рабочей поверхности и не более 10 для внутренней части изделия.Скорость охлаждения наружных слоев заготовки в пределах 6 - 10 С/с обеспечивает оптимальную структуру сплава. Она может быть достигнута различными технологическими приемами, например, использованием технологии непрерывного литья. Более низкие скорости охлаждения не обеспечивают достаточно высокую дисперсность графитных включений и металлических фаз, а также эвтектического зерна, Более высокие скорости охлаждения могу привести к образованию ледебурита с крупными включениями карбидов, что снижает деформируемость сплава, ухудшает чистоту поверхности изделия, что вызывает необходимость установления больших припусков на механическую обработку и, таким образом, не позволяет использовать благоприятную структуру литейной корочки в качестве рабочей поверхности готового изделия.Интервал нагрева заготовки выбран исходя из необходимости достижения максимальной деформируемости чугуна с шаровидным графитом и формообразования при пластической деформации. Превышение верхнего предела нагрева заготовки приводит к чрезмерной окисленности поверхности, росту и сплавлению границ эвтектического зерна, что безусловно снижает износостойкость рабочей поверхности готового изделия, требует повышенных припусков на механическую обработку.Градиент степени деформации (не менее 70 в рабочей части и не более 10 фв остальной) приводит к образованию в различных частях изделия структур с различной степенью текстуирования,Степень деформации до 107 о в объеме изделия позволяет сохранить форму графита в виде сфероидов правильной формы, в то же время создает определенное количество несовершенств структуры чугуна (точечные и линейные дефекты), что ускоряет процесс распада цементита перлита и структурно-свободного цементита и обеспечивает получение ферритной основы сплава в объеме изделия, это является оптимальным с точки зрения эксплуатационной стойкости шестерен.Степень деформации в пределах 70 - 90;4 рабочих поверхностей изделия обеспечивает высокое текстуирование графитных включений - они принимают форму волокон, расположенных в перпендикулярном направлении к силе деформации, Располо жение волокон графита вдоль плоскостейтрения резко снижает износ материала вследствие эффекта смазки трущихся пар графитом (увеличивается удельная поверхность контакта графитных включений в тру щейся паре). Пластическая деформация стакой степенью приводит к "залечиванию" литейных дефектов - усадочной пористости, микрораковин,. повышает плотность металла. Особенно это важно в объемах рабочей 15 части зуба шестерен у его основания, гденаблюдается зарождение усталостной трещины. Деформация со степенью ниже нижнего предела(меньше 70 ) не обеспечивает достаточного измельчения фазовых состав ляющих материала на рабочих поверхностях и получение деформированного графита. Превышение верхнего предела (более 90 ) приводит к появлению макротрещин на поверхности шестерен, что снижает 25 ее эксплуатационный ресурс.П р и м е р. Исходный чугун, выплавленный в 60 кг индукционной печи, имеет следующий химический состав,: углерод 3,6; кремний 1,8; марганец 0,4; хром до 0,1; сера 30 до 0,02, Модифицирование осуществляли вковше железокремниймагниевой лигатурой ФСМг 7 с содержанием магния 7,2 (ТУ 14- 5 - 134 - 86) в количествах 2 от веса жидкого, Вторичное модифицирование проводили 35 ферросилицием ФС 75 в .количестве 0,5.Заливку металла осуществляли методом вертикального непрерывного литья в водоохлаждаемый медный кристаллизатор диаметром 30 мм, Скорость охлаждения поверхностных 40 слоев в интервале эвтектического затвердевания фиксировали платино-платинородиевой термопарой по кривым охлаждения на реальном слитке. Отливки резали на заготовки соответствующих размеров по высоте, Пе ред штамповкой заготовки нагревались виндукторе до 900 - 1000 С током высокой частоты. Пластическое формообразование проводили в специальном штампе, подогретом до температуры 400 С. Степень деформа ции в соответствии с принятой схемой составляла в рабочей части изделия 70-90;6 в остальной части 5 - 10. Образцы на ударную вязкость вырезались из внутренних объемов шестерни.55 Износостойкость определялась по изменению геометрических размеров р. 3 очей поверхности шестерен при наработке их 24 ч,Изготовление изделий из чугуна по прототипу осуществлялось по описанию к изобретению.Способ Износ рабочеи поверхности,мм Ударная вязкость,КДж/ммрабочейповерх- ности объема изделия 530 0,026 850 ИзвестныйПредлагаемый Отработка процесса кристаллизации отливок (скорости охлаждения) 10 10 10 10 10 80 80 80 80 80 0,020 0,012 0,003 0,002 0,019 695 765 940 955 750 950 950 950 950 950 6 8 10 12 0,014 0,008 0,003 0,003 0,009 10 10 10 10 10 Отработка оптимальных температур поддеформацию 80 80 80 80 80 800 900 950 1000 1020 545 880 940 930 650 Отработка параметров пластической деформации 8 8 8 8 8 8 9 10 50 70 80 90 95 950 950 950 950 950 495 860 940 955 693 0,023 0,015 0,003 0,0030 019 5 10 10 10 15 Составитель Т, БердышевскаяРедактор Н. Лазаренко Техред М.Моргентал Корректор Т. Палий Заказ 1558 1 ираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Сравнительные результаты приведены в таблице, Шестерни, полученные предлагаемым способом характеризуются значительно более высокой износостойкостью и повышенной ударной вязкостью материала внутренних объемов шестерни, что достигается выбранными параметрами изготовления литой заготовки пластическим формообразованием с дифференцированной степенью деформации в различных объемах изделия,Формула изобретения Способ изготовления изделий из высокопрочного чугуна, включающий заливку металла в форму, охлаждение, извлечение отливки из формы, нагрев до заданной температуры и штамповку в закрытом штампе, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью 5 повышения износостойкости поверхности иударной вязкости внутренней части изделия, охлаждение в интервале температур эвтектического затвердевания ведут со скоростью 6-10 град/с, нагрев осуществ ляют до 950:"50)С, а штамповку проводятсо степенью деформации 70 - 90поверхности и не более 10% внутренней части изделия,