Способ изготовления отливок из чугуна с шаровидным графитом

Куликов, Е. В А, Волкова и 2) Авторы изобретен учно-производственное объединение пср"технологии машиностроения ЦНИИТМАШ явите 4) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ ЧУГ С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ и с шаро- рмообваИзобретение относится к металлургиичугуна, в частности к способам иэготовления отливок иэ чугуна с шаровиднымграфитом, обладающих повышенным сопротивлением хрупкому разрушению,Йэвестны способы изготовления отливок из нелегированных чугунов с шаровидным графитом, включающим раснлавление .шихтовых: материалов, перегрев, сфероидизирующую и графитиэируюпую обработку, заливку форм и термообработку,как правило, двухстадийную. Эти способьобеспечивают получение высокого относительного удщнения .(О ) и ударной вязко,сти (ан ), необходимых для применения вусловиях работы под давлением корпусныдеталей энергетического и др. оборудования, и направлены на получение гомогенной ферритНой структуры металлической основы Н.Наиболее близким по технической сушности и достигаемой цели является способизготовления отливок иэ чугунавидным графитом и способ их теКовалевич, Н. Н, Аександров,С, Васильченко ботки, состоящий иэ выбора и подготовкшихтовых материалов с низким содержанием фосфора (менее 0,12%) и марганца(менее 0,6%), расплавления шихтовых материалов и перегрева расплава, обработкиф расплава сфероидизируюшими присадкамина основе магния и его сплавов, обработки расплава графитизирующими моДификаторами, как правило, совместно с флюсами, и удаления шлака, разливки металла19ло формам ириоталлиэаиии и оилалдалииоаииаои 2,Термообработка состоит из двух стадий1. Двухступенчатый отжиг в стациоИнарном тепловом поле для разложения цементита и ферритизации металлической основы при температурах Аа+10%: и Аф 1(УСсоответственно. Время выдержки вбира-36,ют достаточным дпя завершения обоихпроцессов - 2-6 ч,2. Низкотемпературный отжиг в ста,ционарном тепловом поле для снятия нфпряжений в сложных деталях, приМеняемый868917 как после выбивки, так и охлаждения на воздухе после термообработки.Недостатком известных способов изготовления стали из чугуна с шаровидным графитом является то, что, несмотря на высокий уровень относительного удлинения, основной показатель механики лйнейного разрушения Кчугуна оствтся низким и не превышает 100 кгс/ммф. При этом Кслабо зависит от неправильности шаровианой формы графита, структуры металлической основы и механических свойств, Вместе с тем эта характеристика является главной при определении эксплуатационной надежности и долговечности работы детали, твк как она характеризует ее работоспособность при наличии дефектов (раковин, трешин и др.), скорость их роста и допустимые размеры.Цель изобретения - повышение сопротигения хрупкому разрушению.Цель достигается тем, что согласно способу отливок иэ чугуна с шаровидным графитом, заключаюшийся в расплавлениишихтовых материаловсодержащих 0,005- 0,05% фосфора, перегрев расплава, вводе сфероидизаторов и графитизаторов в ковш при выпуске в него расплава, заливке форм, в расплав перед выпуском изпечи вводят легируюшие аустенитообразую 30 шне элементы, при выпуске в ковш передвводом сфероиаизаторов раскисляют силикокальцием 0,5-1,5% от веса металла иалюминием 1,0-1,5 суммы содержанияхрома и молибдена в чугуне, при этомрасплав ремодифицируют цериевыми РЗМ.В качестве аустенитообраэуюших легирующих элементов в расплав вводят 81 Со, Мо, С, в следующем количестве,в ". от веса расплава:Й 1 0,5-2,0СО 0,3-1,5Мо 0,05-0, 15С0,03-0,40Цериевые РЗМ вводят в количестве0,03-0,05% от веса расплава.4Кроме тогосогласно способу термообработки отливок из чугуна с шаровиднымграфитом, включавшему графитиэирующийотжиг при температуре Ас +10 С в течение 2-4 ч и ферритиэируюший отжиг притемпературе Ас 4+10 С в течение 3-6 ч,Опосле ферритиэируюшего отжига проводятдополнительный нагрев со скоростью 2 5 град/мин до температуры Ас х 10 С,выдерживают при этой температуре в те- Ичение 0,2-2 ч, охлаждают на возаухе дотемпературы Ф 1 - (10-20 С), а затемоохлаждают со скоростью 30-600 град/мин. 4Дополнительный нагрев ведут от 1 до 5 раз.Для деталей сложной конфигурации дополнительно проводят отпуск в течение 2-6 ч при 280-300 С.Пегироввние чугуна аустенитообразующими элементами в указанных количествах производят для понижения устойчивости феррита при термообрвботке и облегчении выделения новой фазы при рекристаллизационной термообработке. Увеличение количества легируюших элементов выше укаэанных пределов способствует образованию бейнито-перлнтных структур и снижению сопротивления хрупкому разрушению.Раскисление расплава чугуна при выпуске в ковш силикоквльцием в количестве 0,5-1,5% способствует удалению из расплава кислорода и серы, увеличению продолжительности сфероидиэируюшего эффекта, измельчению графита и перераспределению фосфора в структуре чугуна. Введение силякоквльция в количестве, меньшем 0,5%, не обеспечивает получения указанных эффектов, а количество, бо лысее 1,5% способствует насышению чугуна кремнием и затрудняет процесс получения качественных деталей.Введение в расплав при выпуске в ковш алюминия в количестве 1,0-1,5 суммы содержания хрома и молибдена препятствует образованию цементита, снижает его устойчивость при отжиге, способствуя переходу этих элементов в твердый раствор, снижая тем самым его устойчивость при послеауюшем рекристаллизационном отжиге, и способствуя выделению новой фазы, обогащенной хромом и молибденом. Большие присадки алюминия приводят к образованию литейных дефектов, меньшие не обеспечивают, при наличии в чугуне хрома, полной грвфитизации в процессе кристаллизации и отжига,Ремодифицирование цериевыми РЗМ необходимо для нейтрализации охрупчивающего влияния на феррит микропримесей поверхностно-активных цветных металлов: мышьяка, висмута, сурьмы и др. и стабилизации сфероидизируюшего действия магния. Присадки РЗМ в больших количествах ,лриводят к затруднению графитиэации в процессе кристаллизации и термообработки, а в меньпщх необеспечивают нейтрализацию вредных примесей.В способе термообработки температура нагрева, продолжительность выдержки, скоросгь нагрева и охлаждения, квк и число нагревов и охлаждений, зависят5 25 ЭО от состава чугуна и устанавливаются годилатометрическим кривым нагрева и охлаждения, а также в зависимости от массы и конструкции деталей,Отклонение от указанных температурных, временных и скоростных режимовтермообработки приводит к появлению перлито-мартенситных структур или не обеспечивает выпадение новой фазы, что вобоих случаях приводит к снижению сопротивления хрупкому разрушению.При охлаждении сложных разностенныхдеталей при быстром охлаждении тонкихчастей возможно получение больших ос 1таточных напряжений, для снятия которыхцелесообразно проводить низкотемпературный отпуск цри 280-300 С.ОПри реализации способа плавку проводили в печи ИЧТ на шихтовых матерылах, состоящих иэ ПВК-З, содержащими0,14% Р и 0,11% МИ, и стальной высечки. После расплавления чугуна в печь присадили 1,3% Й 1, 0,6% Сц н 0,1% Мо. Содержание хрома определялось присутствием его в шихтовых материалах.При выпуске иэ печи металл обрабатывали 0,8% Са 51, 0,3% А 0, что составляло величину, в 1,5 раза превышающую сумму содержания С и Мо в чугуне, и 0,03% мишметалла. После удаленияшлака расплав модифицировали магнием вколичестве 0,25%, затем модифицировали вторично Реи в количестве 0,5% иразливали по формам,Отлитые заготовки термообрабатывали,по режиму: нагрев в течение 5 ч до960 С, выдержка 4 ч, охлаждение с пеочью до 750 С, выдержка 4 ч и охлаждение с печью, далее трехкратная рекристаллиэационная термообработка по режиму: нагрев с печью до 750 С, выдерж 4ка 1 ч, охлаждение на воздухе до 650 Сои последующее охлаждение со скоростью60 град/мин,Исследование структуры и свойствполученного чугуна с шаровидным ггафитом состава,%:С 3,08; Ы 2,2; Мы0,25; Р 0,007;60,003; С 0,10;);ф 1 ч 3 ю, ОА 016 Мо 0,07; АЯ 0,15,Ю,показало, что, не отличаясь по Механическим свойствам ( 3 Ъ, дв, Ч, НВ) отобычного ферритового чугуна, полученного обычным способом, он характеризуется в 1,5 раза более дисперсными включениями графита, особым строением межэеренных границ, при этом в составе фаз,выделяющихся по границам зерен, найподается повышенное на 20% содержаниеаусгенитообразуюших элементов (М, С 65917 6Со, Мо) и на 20% меньшее содержание кремния, в сравнении с основной металлической матрицей - Аерритом.В результате указанных изменений вструктуре в 10 раз уменьшилась скорость роста трещины, приблизив чугун по атому показателю в кованой роторной стали 25 ХНЗМФА, Коэффициент интенсивности напряжений, характеризующий сопротивле О ние распространению трещин, воз зс р3,5-4 разадостигнув 350 кгс/мм92Ожидаемый экономический эффект 226 т.руб. в год. формула изобретения 1, Способ изготовления отливок иэ чугуна с шаровидным графитом, заключающийся в расплавлении шихтовых материалов, содержащих 0,005-0,05% фосфора,перегреве расплава, вводе сфероидиэаторов и графитизаторов в ковш при выпуске в него расплава и заливке форм, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения г опротивления хрупкому разрушению, в равплав перед выпуском изпечи вводят легирующие аустенитообраэующие элементы, при выпуске в ковш перед вводом сфероидизаторов раскисляют силикокальцием 0,5-1,5% от веса металла и алюминием 1,0-1,5 суммы содержания хрома и молибдена в чугуне, приэтом расплав ремодифицнруют первымиРЗМ.Э 52. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в качестве аустенитообразующих элементов в расплав вводятникель, медь, молибден и хром в следующем количестве, в % от веса расплава:Никель 0,5-2,0Медь 0,3-1,5Молибден 0,05-0,15Хром 0,03-0,403. Способ цо и. 1, о т л и ч а юш и й с я тем, что цериевые РЗМ вводят в количестве 0,03-0,05% от весарасплава.4. Способ термообработки Ьтливок иэчугуна с шаровидным графитом, включающий графитизирующий отжиг при температуре Ас+1 дС. в течение 2-4 ч и ферритнэируюший отжиг при температуреАб+1 ОС в течение 3-6 часов, о тл й ч а ю щ и Я с я тем, что, с цельюповышения сопротивлении хрупкому разрушению, после ферритизируюшего отжигапроводят дополнительный нагрев со скоростью 2-5 град/мин до температуры7 86591 АСкй 10 фС, выдерживают при этой температуре в течение 0,2-2 ч, охлаждают на воздухе до температуры А 1 (10-20 С), а затем охлаждают со скоростью 30- 600 град/мин.5, Способ по п. 4, о т л и ч а ю - щ я й с я тем, что дополнительный нвг- рев ведут от 1 до 5 раз. 7 8 И сточники информации,принятые во внимание при экспертизеСоставитель А. КондратьевРедактор С. Патрушева Техред З.фантаКорректор Е. РошкоЗаказ 7992/39 Тираж 621 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо дедам зобретеняй я открытий113035, Москва, Ж, Рвуаская наб., д. 4/5Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул, Проектная, 4