Способ термической обработки двухслойных чугунных валков

(51)5 С 21 О 9/38, 5/00 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМУ О 4 )Щ Асн, В - А сн 1 Н - А ч ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Украинский научно-исследовательскийинститут металлов и Кушвинский завод прокатных валков(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИДВУХСЛОЙНЫХ ЧУГУННЫХ ВАЛКОВ(57) Сущность изобретения: двухслойный чугунный валок многократно нагревают до Изобретение относится к металлургии, и в частности к разработке способов термической обработки чугунных прокатных двухслойных валков,Цель изобретения - повышение контактной выносливости, пластичности, ударной вязкости при сохранении уровня прочностных характеристик.Сущность изобретения заключается в применении в процессе термической обработки двухслойных чугунных валков термоциклирования относительно критической точки фазового превращения А 1, при этом нагрев будет до температуры Асн 1 В + (10- 15)С - Ас 1 Н, охлаждение до температуры Аг 1 Н - 15-20 С, а количество нагревов с выдержками и охлаждениями определяют по математической зависимости: Й 21770405 А 1 температуры Ас" 1 В + (10-15) С - Ас"1 н, где Ас"1 В - критическая точка начала фазового превращения чугуна внутреннего слоя при нагреве, С, Ас"1 н - критическая точка конца фазового превращения чугуна наружного слоя при нагреве, С; промежуточное охлаждение ведут до Ач"1 н - 15-20 С, где Аг",и - критическая точка конца фазового превращения чугуна наружного слоя при охлаждении, С. Количество нагревов с выдержками и охлаждениями определяют по математической зависимости: и = Асн 1 В-Ач 1 н/Ас 1 н - Ачк 1 н, где Ас 1 н - критическая точка начала фазового превращения чугуна наружного слоя при нагреве, С. 2 табл,где Асн 1 В - критическая точка нагрева начала фазового превращения чугуна внутреннего слоя при нагреве, С;Ас 1 Н - критическая точка конца фазового превращения чугуна наружного слоя при нагреве, С;Ачн 1 Н - критическая точка конца фазового превращения чугуна наружного слоя при охлаждении, С;Ас 1 Н - критическая точка начала фазового превращения чугуна наружного слоя при нагреве, С,При нагреве в процессе термическойобработки двухслойных валков, наружный и внутренний слой которых выполнен из чугунов с различным химическим составом (табл, 1), для обеспечения начала фазового превращения во всем объеме валка, его необходимо нагревать до критической температуры не ниже Ас 1 В + 10-15 С, а при охлаждении для завершения фазового превращения охлаждать до критической температуры не выше АчН - 15-20 С. Нагрев дотемпературы ниже Ас" 1 В + 10-15 С не приведет к началу фазового превращения у чугуна с более высокой критической точкой АсВ (внутренний слой), в то же время нагрев до температуры выше критической точки конца фазового превращения, Ас 1 Н (наружный слой) при последующем быстром охлаждении на воздухе может привести к закалке поверхностного, слоя, увеличить хрупкость, снизить пластичность и контактную выносливость, что приведет к ухудшению эксплуатационных характеристик и рокатн ых валков. Охлаждение двухслойных валковдотемпературы Ач"1 Н - 15-20 С, а также выдержки при этой температуре необходимо для завершения фазовых превращений во всем объеме отливки, Проведение термоциклирования двухслойных валков в интервале температур АсВ+ 10- 15 С - Ач 1 Н - 15-20 С необходимо для достижения химической и структурной однородности чугунов, применяемых для наружного и внутреннего слоев. Оптимальное количество термоциклов определяется по предложенной математической зависимости, При количестве термоциклов менее расчетного не достигается химическая и структурная однородность чугунов наружного и внутреннего слоя. Это приводит к недостаточному снятию структурных напряжений, и как следствие, пониженной контактной выносливости материала наружного (рабочего) слоя. При количестве термоциклов больше расчетного, увеличивается длительность термообработки, расход энергии и снижается производительность термического оборудования. По предлагаемому способу термической обработки двухслойных чугунных валков целесообразней представляется следующая последовательность действий: исходя из химического состава чугунов, ис. пользуемых для формирования наружного и внутреннего слоев валка, для каждого из них при помощи дилатометра определяют критические точки Ас"1; Ас 1; Лч"1 и Ач"1. Исходя из значений критических точек, определяют максимальную из двух применяемых чугунов при нагреве Ас 1 В и минимальную при охлаждении Ач 1 Н. Определяют оптимальное количество термоциклов по зависимости и = (Ас 1 В АчН)/(Ас 1 Н - АчН). После чего проводят термическую обработку валков, используя полученные выше параметры, Проверку эффективности заявляемого способа проводили на двухслойных чугунных отливках размеров о 120 х 500 мм. Химический состав чугунов, применяемых для наружного и внутреннего слоев отливок и значения критических точек приведен в табл, 1, Отливкиподвергали термоциклической обработке по следующему режиму: нагрев в печи со скоростью 50 С/ч до температуры Ас" 1 В +5-20 (755-770 С), выдержка при этой температуре 1 ч, указанное охлаждение на воздухе до температуры Ач"1 Н - 10-25 С (580-565 С) и выдержка при этой температуре в течение 1 ч. Количество термоциклов (и) 10 для используемых чугунов(табл. 1) составляет три - п = (Ас 1 В - Ач 1 Н) = (750 С - 590 С)/(720 С - 670 С) э 3, После термоциклирования отливку при температуре 575-570 С помещали в печь и медленно ох лаждали для получения минимального уровня остаточных напряжений до температуры 100 С, а далее на спокойном воздухе, Для сравнительного анализа свойств материала одну партию отливок исследовали после об работки по заявляемому способу, а вторуюпо прототипу, Примеры на граничные и оптимальные значения заявляемых режимных параметров и характеристики материалов, обработанных по предлагаемому и извест ному(а,с, М 1435628) способам, приведеныв табл, 2. В таблице приведены средние значения испытания 4-6 образцов, Определение характеристик механических свойств чугунов проводили, используя стандартные 30 методики. Как видно из таблицы 2, обработка отливок по режимам вне граничных параметров формулы изобретения (варианты 1,2) не приводят к улучшению пластичности, ударной вязкости и контактной выносливо сти в сравнении с прототипом, При термической обработке отливок по режимам в пределах граничных параметров по температуре термоциклирования (варианты 3,4,5) лучшие результаты достигнуты при количе стве термоциклов равном 3 (варианты 3,5),Так, в сравнении с прототипом (вариант 7) после обработки по варианту 5 контактная выносливость возросла в 1.16 раза( с 1620 до 1880 Н/мм ), относительное удлинение в 45 2,15-3,3 раза (0,6 и 0,9 до 1,3 и З,ЗЯ аударная вязкость повысилась в 2-2,5 раза (с 6 и 8 до 12 и 20 Дж/см ). При двукратном термоциклировании (вариант 4) химическая и структурная неоднородность материала 50 отливки еще недостаточна и свойства несколько ниже, чем при оптимальном трех.кратном термоциклировании(варианты 3,5), Проведение четырехкратного термоцикли.рования (вариант 6) уже, по-видимому, не 55 вызывает существенного улучшения химической и структурной однородности и, канследствие, не приводит к дальнейшему по вышению уровня пластичности и контакт.ной выносливости и кроме этогс увеличивает время термообработки, чтс1770405 25 Таблица 1 Хинический состав и значение критицеских точек валковых чугунов еКритические точки, С Нассовал долл элементов, е Чугун г Ст Н 5 Сц СШХННД 3,3 1,6 (наруыный,рабочий слой валка)1,14 0,15 0,02 720 770 635 590 0,2 0,05 036 25 15 0,7 0,08 0,15 0,02 750 800 710 670 0,54 0,72 0,85 СШХН 2,97 (внутренний слойвалка сердцевина) 0,47 0,01 690 765 630 500 0,65 0,70 3,75 2,70 0,40 ЛЛХНд1 нарукный,рабочий слой валка) 3,6 1,2 0,5 - 1,0 - - - 0,25 0,1 710 790 685 640 ЛДП(внутренний слой, сердцевина валка) 55 требует дополнительных затрат энергии, и приводит к снижению производительности печного оборудования, По сравнению с прототипом и известными аналогичными решениями заявленное изобретение обладает следующими преимуществами: имея более высокий уровень качества, прокатные валки, изготовленные по предлагаемому способу, обеспечат более высокую производительность прокатных станов, повысится выход годного более высоких сортов проката. При этом будет снижен удельный расход валков, так как при сохранении прочностных характеристик, контактная выносливость материала рабочего слоя валков, изготовленных по заявляемому способу на 16 выше, чем у валков текущеГо производства,Формула изобретения Способ термической обработки двухслойных чугунных валков, включающий нагрев до заданной температуры, выдержку и охлаждение, отл и ча ющийся тем,что,с целью повышения контактной выносливости, пластичности, ударной вязкости при сохранении уровня прочности, нагрев, выдержку и охлаждение осуществляют мно гократно, при этом нагрев ведут до температуры Ас") В+ (10-15) С - Ас)Н, где Ас 1 В - критическая точка начала фазового превращения чугуна внутреннего слоя при нагреве, С; Ас)Н - критическая точка конца 10 фазового превращения чугуна наружногослоя при нагреве, ОС; промежуточное охлаждение ведут по Ачк 1 Н - 15-20 С, где Ач) Н - критическая точка конца фазового превращения чугуна наружного слоя при ох лаждении, С, а количество нагревов с выдержками и охлаждениями определяют по математической зависимостиА с 11 В А ч Ни20Асн 1 Н - Ач) Ннгде Ас 1 Н - критическая точка начала фазового превращения чугуна наружного слоя при нагреве, С. 11 6Но НО Р Ас 1 . А 2 Ат1770405 Таблицах Характеристика свойств двухслойных чугунных валковзависимости от режимов термообработки. Режимы термической обработки Число Неханические свойства Пределы термоциклови Нагрев до АсВ + 20 С(770 С) выдержка 1 ч охлаждение до Ач, Н "25 С (565 С)3 7 И.653 1878.985 1 ь 3 0,8 9 6 к к Нагрев до АсВ + 5 С (755 С), выдержка, 1 ч, охлаждение до Ач 1 Н-Ю С (580 С)3 О 8 ь 0(прототип) хв - в числителе свойства чугуна наружного слоя; в знаменателе . внутреннего слоя,Составитель В. ГончаровТехред М.Моргентал Корректор И,Шулла Редактор Заказ 3718 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/,Номеравариантовтермзобработки Нагрев до температуры ниже Ас (Тн/690 С), выдержка 8 ч, охлаждение спокойном воздухе 60 15 - 10 330 С + 90/-"- " (20 . - -- с/ 2,5 3,0 до 100 С с печью, далее на