Способ изготовления отливок из низколегированных сталей

у ФСОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 96125 А 51)5 В 22 О 25/О ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Л Т Я К АВТО. Бюл. М 45т проблем литья АН УСБабаскин, Е. Г, Афтанн и А, Ю, Кошель02(088.8)ое свидетельство СССРл. С 21 С 5/52, 1980.ое свидетельство СССРкл, В 22 О 25/00, 1981. лян(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕН ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ (57) Изобретение относится производству. Цель изобрете ние прочностных свойств от хранении их пластических св ИЯ ОТЛИВОСТАЛЕЙ к литейном ия - повыш ивок при с йств. Спосо выбивку, ботку, ра азотом в к ванадием термическ при темпе ратуры по надия, кот Изобретение относи производству, в частности ливок из низколегированнЦелью изобретения я ние прочностных свойств о нении их пластических свСпособ включает выпл фицирование, заливку в л тся к литейномук получению отых сталей.вляется повышетливок при сохраойств,авку стали,итейные. фо кую абра легируют мас.и мас,%, а проводя же темпе ридов ва рмуле моди- -,рмы,(21) 4754484 (22) 30.10.89 (46) 07.12,91 (71) Институ (72) Ю. 3, Е.В,Гаспаря (53) 621.746 (56) Авторск М 990828, кАвторск М 1057177,НИЕ ИЗОБ МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ изготовления отливок включает выплавку стали, модифицирование, заливку в литейные формы, выбивку, охлаждение и термическую обработку, Расплав перед заливкой легируют азотом в количестве 0,012-0,018 мас.% и ванадием в количестве 0,08-0,12 мас а термическую обработку отливок проводят при температуре на 100-150 С ниже температуры полного растворения нитридов ванадия, которую определяют по формуле тчи = (- 9473 + 2436 (Ч) + 8950 (й) + 932 (С) + 160 (Мп) - 67 (5) + 419 (Сг) + 1610 (А/(1 д М+ 1 д Й 3,966+ 1,5 (Я+ 5,44 (М)+ + 0,059 (5) + 0,128 (Сг) + 0.0598 (Мп) +0,831 (А 1 - 273, где Ч М С, Мп, Щ, Сг РО - процентное содержание соответственно ванадия, азота, углерода, марганца, кремния, хрома и алюминия, 1 з.п, ф-лы, 1 табл. хлаждение и термичесплэв перед заливкойоличестве 0,012 - 0,018в количестве 0,08-0,12ую обработку отливократуре нэ 100-150 С нилного растворения ниторую определяют по фо С +160 ЬЬ - 67 3 +419 Сг Ф 1610 й)+0,059(8)+,128( )+0, (й ературэ полного растворенадия, 0 С.е затвердевания отливок азкапливается на фронте крсталлизации и уменьшают линейную скорость кристаллизации, что приводит к формированию дисперсной дендритной структуры по всему объему отливки и, как следствие, к более равномерному распределению неметаллических включений по объему отливки, что затрудняет процесс образования микротрещин в процессе эксплуатации. Для эффективного повышения уровня эксплуатационных свойств необходимо такжедиспергировать и гомогенизировать вторичную структуру и равномерно перераспределить вторичные фазы по объему отливки, В противном случае при вводе азота и ванадия может наблюдаться ухудшение эксплуатационных свойств вследствие при. сутствия крупных нитридов ванадия,Оптимальное воздействие азота и вана. дия на.процесс формирования вторичной структуры достигается при аустенизирующем нагреве до температуры на 100-150 еС ниже температуры полного растворения нитридов ванадия. Это позволяет стабили- зировать при нагреве зерно аустенита и в то же время растворяет значительную часть нитридов ванадия в аустените с целью повышения устойчивости переохлажденного аустенита и приводит к диспергированию вторичной структуры и равномерному распределению избыточных вторичных фаз по объему отливки,Обработка расплава перед заливкой азотом меньше 0,012 мас. и ванадием меньше 0,08 мас.не приводит кэффективному влиянию на формирование дендритной структуры отливок, а в сочетании с термообработкой при температуре более чем на 150 ОС ниже температуры полного растворения нитридов ванадия приводит к формированию грубой вторичной структуры вследствие снижения устойчивости переохлажденного аустенита и недостаточното растворения нитрид-ванадия.Обработка расплава перед заливкой азотом в количестве более 0,018 мас.и ванадием более 0,12 мас.% приводит к образованию крупных,труднорастворимых нитридов ванадия, для растворения которых необходимы высокие температуры нагрева, трудно осуществимые на практике. В сочетании с аустенизирующим нагревом при температуре менее чем на 100 С ниже температуры полного растворения нитридов ванадия, это приводит к росту зерна эустенитэ и ухудшению свойств отливок,Полная температура выделения нитридов ванадия зависит от концентрации элементов в твердом растворе,Свободная энергия образования нитридов ванадия определяется хак сумма свободных энергий следующих реакций;5 1(2 И 2(2)+ чть = ч М(еь)Ь Я = 114639 + 82,42 Т, Дж;М = Чвь; Ь Я = 15480 + 31,38 Т, Дж;Л Ий = 216969+ 97,14 Т, Дж.Температурная зависимость 9 1 ч определяется по литературным данным.Изменение свободной энергии азотаЛЯ) и ванадия (Л Я) при переходе к стандартному 1%-ному раствору составит (Дж)Дф( =-ВТ(п ч М",МЧ10020 где 19 Ф= . +0,48;1082МреМч - атомная масса железа и ванадия;ЬЯ (1) = - 2,3 КТ(- - 2,38), Дж.108225 Известна зависимость растворимостиазота в у- Ре:19 ИУ-Ге =- 17,719 + 3,683(Т -Т109 й30 + Д 9Преобразовывая это уравнение методом наименьших квадратов в общепринятое вида 9 Я= А+ В/Т, определяем, что приатмосферном давлении (Р(2 = 0,7 1,013 х35 х 10 бПа),19 Иу-Ре = -- 3,49891 109 МТТПринимая 1 ф -ный раствор азота ву- Реза стандартный и перехода к десятичным40 логариФмам 1 п й =2,303 1 д й), получаем(Дж)Л Я (1) = 2,3 й Т ( - . - 3,49).782Общее изменение свободной энергиисоставит45ЛЯбщ = ЛАНЧИ + ЬОЧ + ЬЫ;ЬЯбщ= й Т и ач аи = 2,3 В Т(1 д Ь хх Ч+д ЬИЦ,Получаем 19 ч+ 1 д й = - д Ь -Ь Ябщи л- 19 Ь, где тч (еч Щ; Ь =,Х енИ=г 2,зпараметры взаимодействия, ечея55Таким образом, равновесная температура образования нитридов ванадия определяется следующей конц(ентрационной зависимостью:-27 З,После заливки, затвердевания и охлаждения трефовых проб по ГОСТУ 7832-65 определяли содержание элементов в стали, Химический состав металла следующий, 10 мас.ф:С 0,21; Мп 1,0; 31 1,15; Сг 1,0; Ч 0,09; А0,02; М .0,016. Количество азота в металле определяется как сумма введенного (0,012) и остаточного, т.е. присутствующе го при производстве любой марки стали азота (в данном случае остаточное содержание азота составляло 0,004 ).После определения химического состава определили температуру полного раство рения нитридов ванадия, которая составилаба=1054 С. 73+2436 Ч +8950 й +932 С +160 М - 67 Э +419 Сг 1610 А)1( ) 949 +9 - ,9 +,5(Ч)+5,44( )+0, 9( )+01 (Сг +, (ЬЬ)+О, - 273." 1054 С. Осле определения температурных режимов термической обработки трефы загружали в термическую печь, нагревали до 30 указанных температур и охлаждали на воздухе. Механические свойства приведены в таблице,Как видно из таблицы, оптимальными значениями введения азота и ванадия явля ются соответственно 0,012-0,018 мас.0 ь и 0,08-0,12 мас,%.Использование предлагаемого изобретения позволит повысить прочностные свойства отливок при сохранении пластиче-. 40 ских свойств, что у в е л и ч и т срок службыдеталей, изготовленйых из этих отливок.Формула и з обретен ия1. Способ изготовления отливок из низколегированных сталей, включающий вы- 9473+2436 Н +8950 М +932 С +160 ЬЬ -67 3 +419 Сг 1610 А9 + д - , +, ( )+5,44(й)+,059( )+,1 ( +, ( )+, 1(, - 273,50где Ч, й, С, Ми, Щ, Сг, А 3 - процентное содержание в отливке соответственно,ванадия, азота, углерода, марганца, кремния, хрома, алюминия; где С, Сг, ЯВ, Мп, й, Ч, АВ - содержание в отливке углерода, хрома, кремния, марганца, азота, ванадия и алюминия соответственно:тю - температура полногб растворения нитридов ванадия, С.П р и м е р. В 150 кг индукционной печи МГПбыла выплавлена сталь 20 ХГСАФЛ: После расплавления металла и его раскисления расплав в печи перед заливкой легировали азотом (вводили литой азотированный феррохоом марки ФХО 4 ОН 2-0154 ТУ 14-5-159-84) в количестве 0,12 мас. отжидкого металла и ванадием (вводили феррованадий ФВд 35 по ТУ 14-5-98- 78 э) в количестве 0,1 мас.ф от жидкого металла. плавку стали, модифицирование, заливку в литейные формы, выбивку, охлаждение и термическуюобработку,отл и ч а ю щи йся тем, что, с целью повышения прочностных свойств отливок при сохранении их пластических свойств, расплав перед заливкой легируют азотом в количестве 0,012-0,018 мас.,4 и ванадием в количестве 0,08-0,12 мас.0, а термическую обработку отливок проводят при температуре на 100-150 С ниже температуры полного растворения нитридов ванадия. 2, Способ по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что температуру полного растворения нитридов ванадия для низколегированных сталей определяют по формуле 1 чм - температура полного растворениянитридов ванадия, С.1696125 Вверено в расплав,иас.ч Теи пе рат ураполного ра"створениянитрид-ва.палия, Со Иеханические свойства1 ТеипературанориалввЬ,оС 6 , ИПа С , ИПа ао, 2 4 2 КСИиЪ/и Составитель Е.ХлудовГехред М,Моргентал Корректор Т.Малец Редактор Л,Гратилло Заказ 4259 Тираж 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 0 012 0,012 0,015 0,012 0,018 0,02 0,009 0,012 0,015 0,0 Е 0,019 0,011 0,10,1О,0,880,12О,5 .0,0,60,080,10,120,13С,07 105405 а 1040 931 1070 1099 961 1055 1063 1117 1129 1038 100 150 25 100 150 160 90 100125 150 160 90 95 а 904 915 ее 920 Э 39 871 955 938 967 969 94 Е 733 763 1050 1035 1100 890 830 895 853 Э 12 ЭОЗ 802 680 6 ое 760 740 830 570 555 72 69 ч 720 703 63 о 26,5 65, 0 0,48 26,8 62,2 0,чЭ 17,8 47,7 0,58 18,0 47,5 0,58 17,5 47,0 0,58 17,5 47,0 0,57 1 о 47,5 0,38 27,1 56,3 0,56 26,5 67,2 0,58 27,4 60,8 0,53 16,2 42 0,35 28,0 60,1 051