Способ обработки высоколегированного чугуна

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 191 (111(5114 С 21 В 5/04 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Украинский ордена ТрудовогоКрасного Знамени научно-исследовательский институт металлов(56) Авторское свидетельство СССРИ 1006508, кл, С 21 Р 5/04, 1981.Авторское свидетельство СССРВ 901302, кл. С 21 Р 1/78, 1980.(54)(57) 1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВЫСОКЛЕГИРОВАННОГО ЧУГУНА, включающийаустенизацию, охлаждение, механиче кую обработку, отпуск, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения обрабатываемости, сокращения длительности обработки и повышения износостойкости аустенио зацию проводят при 1160-1190 С, а отпуск ведут при 540-560 С.2. Способ по п. 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что при обработке чугуна с содержанием хрома более 12% охлаждение после аустенизации проводят на воздухе.3. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что при обработке чугуна с содержанием хрома до 12% охлаждение после аустенизации проводят в струе сжатого воздуха.1 121Изобретение относится к металлургии и машиностроительной промьппленности, в частности к термическойобработке изделий из высокоуглеродистых сплавов прокатных валков, элементов профилегибочных агрегатов,валковой арматуры.Целью изобретения является улучшение обрабатываемости, сокращениедлительности обработки и повьппениеизносостойкости.Высокая температура аустенитиэации 1160-1190 С, что ниже температуры солидуса на 70-100 С, при предварительной термообработке связанас наличием большого количества карбидообразующих элементов. Наличиетруднорастворимых карбидообраэующихэлементов во вторичных карбидахИ Сз значительно задерживает ихрастворение, что приводит к необходимости доведения сплава до температуры 160-1190 С для полученияаустенитной структуры.Аустенитизация от температурыо1160-1190 С с последующим охлаждением на воздухе обеспечивает получение аустенитной структуры, чтосвязано с переходом карбидов в. твердый раствор. Конечная структура:аустенит и эвтектические карбиды,количество которых не изменяетсяв процессе термической обработки,Охлаждение должно быть непрерывным,так как изотермические выдержки винтервале превращения аустенитав чугуне в процессе охлаждения приводят к выделению вторичных карбидовВыделение карбидов, в свою очередь,уменьшает количество углерода в аустените, делает его метастабильным,распадающимся на бейнит и мартенсит.При этом с увеличением количествакарбидов снижается содержание остаточного аустенита.Полученная аустенитная структурахарактеризуется невысокой твердостью(порядка 220-260 НВ) и изделия подвергаются предварительной механической обработке, при этом время,затрачиваемое на их обработку, не превышает времени затрачиваемого на обработке иэделий иэ низколегированного чугуна,Последующий высокий отпуск в инотервале 540-560 С приводит к значительному повышению твердости аустенита за счет его легирования, чтосвязано с процессом вторичного твер= 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 дения сплава за счет перехода карби.дов железа в сложные легированныекарбиды, образующиесяпри распадепересыщенного твердого раствораи располагающиеся вокруг эвтектических карбидов, а также расТворенияранее образовавшихся карбидов цементитного типа.Для чугунов, содержащих до 122хрома, в процессе предварительнойтермообработки производят ускоренное охлаждение в струе сжатого воздуха, что связано с более низкойпракаливаемостью этой группы чугунови повышенной стойкостью к трещинообразованию.Аустенитизация при температурениже 1160 С не приводит к обраэоваонию чисто аустенитной структуры изиз-за наличия легирующих. элементовво вторичных карбидах, задерживающих их растворение, в то же времяаустенитизация с температуры вьппео1900 С приводит к перегреву сплава,что вызывает увеличение величиныаустенитного зерна и охрупчиваниеего границ.Проведение окончательной термообработки отпуска) при темпераотуре ниже 540 С не приводит к повышению твердости, так как аустенитостается стабильным до температурыэ 40 С, начиная с которой аустенитподвергается диффузионному процессу, в результате которого вокругэвтектических карбидов появляютсявесьма мелкозернистые сочетанияжелезо - карбиды железа, превращающиеся в сложные переходные карбиды.При температуре выше 560 С такжене наблюдается эффекта вторичноготвердения аустенита, так как карбиды И.,С принимают сферическую форму, ведущую к быстрому падению твердости,Аустенитизация высоколегированных чугунов с содержанием хромадо 127 с последующим охлаждением ихв резкой среде - в воде или в маслеприводит к образованию в них закалочных трещин, что связано с низкойтеплопроводностью и пластичностьюэтих чугунов, Охлаждение послеаустениэации на спокойном воздухеприводит к некоторому понижениютвердости по сечению рабочего слояиз-за пониженной прокаливаемостичугунов с указанным содержаниемхрома.3 121П р и м е р. Обработку по предла-гаемому способу проводили на валках из высоколегированного чугунадиаметром 330 мм следующего состава,вес, : С 3,0, Бд 0,6, Мп 0,8, Сг 15,Тю. 0,5, Мо 0,4, АЕ 0,5, Сц 1,2остальное Ре.Предварительную термическую обработке проводили следующим образом.Отливки нагревали со скоростью100 С/ч до температуры полного пеоревода чугуна в аустенитное состояние - 1180 С (для чугуна данногосостава с выдержкой при этой температуре в течение 5 ч), далее охлаждали на воздухе. Затем проводили,механическую обработку. Нагрев отливок для окончательной термообработки (высокого отпуска) приводили соскоростью 100 С/час до температуры540 С, с выдержкой при этой температуре в течение 3 ч и с последующим охлаждением на воздухе до комнатной температуры.Термообработке с ускоренным охлаждением в струе сжатого воздухапосле аустенитизации подвергалисьотливки330 мм из чугуна следующего состава, вес. ; С 2,8; Б 0,6,Мп 0,5; Сг 11, Т 0,3 ф Мо 0,5,А 1 0,6, со временем выдержки приаустенитизации и отпуске такими же,как и в сплавах с содержанием хромасвыше 12 .Кроме того, проводили термическую обработку по способу-прототипуна валках из высокохромистого чугуна диаметром 330 мм следующего состава, вес. : С 3,0, Б О,бф Ип 0,8,Сг 15, Тз. 0,5, Мо 0,4, А 1 0,5,Сц 1,2, остальное Ре.Обработка включала термоциклирование, механическую обработку итермоупрочнение - закалка с отпуском.Термоциклирование проводили сле 1 дующим образом. Нагревали отливки до1130 С в соляной ванне (с температурой 1260 С) в течение б ч, ускоренно охлаждали на медной плите собдувом сжатым воздухом до 450 Св течение 3,5 ч, выдерживали приэтой температуре в течение 3,8 ч иповторно нагревали (2 ч до 1130 С),На каждом последующем юдкле наогрева время выдержки при 450 С уменьшалось (3,6, 3,4, 3,2, 3,0) . С температуры последнего нагрева заготовки переносили в соляную ванну с 4769 1 температурой 700 фС и выдерживали в ней в течение 8 ч. Окончательноохлаждали на воздухе.После механической обработки5проводили окончательную термообработку, заключающуюся в закалке иоотпуске: нагревали до .950 С соскоростью 100-150 С/ч, выдерживалив течение 5 ч, охлаждали на возду 10 хе с последующим высоким отпуском,окоторый включал нагрев до 500 С,выдержку 3 ч и охлаждение на воздухе.Общее время термообработки составило 86,5 ч.Обработке с ускоренным охлаждением в струе сжатого воздуха послезакалки подвергались отливки диаметром 330 мм из чугуна следующегосостава, вес, ; С 2,8, Бд О,б,Мп 0,5 ф Сг 11 ф Т 0,3, Мо 0,5,А 1 0,6; остальное Р. При этом об"щая длительность обработки составила 85,3 ч.25 Граничные и оптимальные значенияпредлагаемых режимных параметрови механические характеристики легированного чугуна, обработанного попредложенному и известному способам,З 0 представлены в таблице.Испытания сравнительной износостойкости проводили на машине МИна дисковых образцах диаметром 40 мми толщиной 10 мм. Удельное давлениесоставляло 50 кг/мм, проскальзы 35вание 0,27 м/с, охлаждение образцовпроизводилось водой, время испытачия 2,5 ч, относительный износ рассчитывали как отношение из разности40конечного и начального весов образцов к начальному весу образцов, вы"резанных из центральной эоны.Обрабатываемость высоколегированного сплава оценивали методом свер-,ления темплетов толщиной 20 мм45после предварительной термообработки - после аустенитизации по предлагаемому способу и после отжигапо известному способу. Для стандартных сверл осевое усилие при свер 50лении определяли по формулеР, =0,195 НВ Ец 0 + 90,0022 НВ Э 2где НВ - твердость стали по Бринелю55- подача, мм/об.П - диаметр сверла, мм,При обеспечении постоянстваосевого усилия, диаметра и материа=1214769 Твердость после Образе Твер ост браб соб Режим термоо работкиИзнос,7 ая ыва охлаждения должн тельост Оконча тельна термоо работк отпуск ри ль посл редваоконча тельно предварительной рительная ность обработкич ермообаботки,БП ерм термо- обрабо обра-=:ботки,НВ термообработки мм/об ка, температура аустенити ции Предлагаемый способ 00 0,004,61 0,00 3 Охлаждение в струе сжатого воздуха 410 8,0062 116 311 8,3" 10 040 50 02 8,810 0,0037 0,0042 10 1180 55 1190 56 7 10 90 11 8,61 0,004 ла сверла, числа оборотов шпинделя подача на оборот (й) является критерием обрабатываемости материала, При сверлении каждого темплета использовали новые сверла диаметром 1 О мм из стали Р 6 И 5 К 5, Сверление производили беэ охлаждения инструмента, фиксировали время прохода сверла через темплет и рассчитывали подачу на оборот. Каждый темплет сверлили не менее пяти раз.Ускоренное охлаждение чугуна с более низким содержанием хрома (до 127) обеспечивает практически одинаковый уровень эксплуатационных свойств с высоколегированными чугунами.) 1150 530 Охлаждение 1160 540 на спокойном 1170 550 воздухе В результате использования предложенного способа обработки полученные отливки характеризовались твер-дость после предварительной термообработки 269-302 НВ, после окон.чательной термообработки 88-91 НЯ 0, износом 0,0035-0,0043%, подачей шпинделя на оборот 8,3-102-9,8 10 мм 1 О Предложенный способ в сравнениис прототипом обладает следующими преимуществами: твердость после предварительной термообработки 15 снизилась, обрабатываемость улучшилась, продолжительность обработки сократилась, срок службы валков увеличился, износ снизился.г 25 311 8,010 8 293 9,4102 8-ФИзнос,Х Твердость после Режим термооб- работки Способохлаждения Образец ОкончаПредварительная предварительной ность обра- ботки термообработки.мм/об зации,12 1200 570 321 7,2 е 10 87 0,006 Известный способ 0,0072 13 Термо- Термоцикли- упрочрование нение 1130,450 950,500 1130,450 86,5 340 Охлаждение 5,1 1 О 80 на спокойном воздухе14Охлаж 85 , 3 3 5 1 5 , 3 1 О 8 5 О, 006 8 дениев струесжатого воздуха П р и м е ч а н и е . В таблице приведены средние значения испытания 4 -6-ти образцов . Обрацы 1 - 6 и 1 3 содержат 1 5 7, . хрома , а образцы 7 - 1 2 и 1 4 - 1 1 7. крома . Составитель И, ЛингартРедактор Л. Повхан Техред Т.Тулик Корректор С. Черни Заказ 859/39 Тираж 552 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5