Способ термической обработки чугуна

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СодетскикСоцкапнстнческмкРеспубики и 899685(5)М. Кл. С 21 0 5/00 ЬеударетееиныИ квинтет СССР ео делен изобретениИ и открытий(7 Я) Авторы изобретения Г.Ф. Тихонов и А.П, РукавишниковаГорьковский политехнический институт им.1 А.А. ЖдановаГ(5 Й) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЧУГУНА Изобретение относится к областитермообработки чугунного литья и может быть использовано для деталей,работающих в условиях трения скольжения (поршневые кольца, узлы трения,ломоперерабатывающее оборудованиеи т.п.),Известен способ термической обработки существующих марок чугунов, заключающийся в закалке с непрерывным охлаждением в одной среде и последующем отпуске или в изотермической закалке. Указанный способ позволяет получить мартенситную, тростомартенситную или бейнитную структуруз 5 .металлической основы чугуна высокой твердости и износостойкости 13.Однако повышение износостойкости за счет высокой твердости может бытьЬ20 получено не всегда, тек как при работе в паре подшипник скольжениявал идет интенсивныйизнос контртела. К недостаткам способа относится и 2возможность коробления детали и образование закалоцных трещин.Чаще используются комплексные способы повышения антифрикционных свойств чугунов: легирование + термообработка. В результате легирования (что значительно удорожает детали) получают мартенситную, аустенитомартенситную или аустенитную структуру металлической основы чугуна.Известны также способы термической обработки легированного чугуна сложного химического состава по режиму: нагрев до 970+20 С, выдержка и охлаждение на воздухе - нормализация и отжиг 800-820 С в течение 5 ч, закалку от 1000 С на воздухе и отпуск при 500 С в течение 6 ц. Получаемая структура аустенито-мартен- ситная 23 и 31. Известные способы могут быть применены только для легированных дорогостоящих чугунов.3 899685 4Наиболее близким по технической подшипников скольжения, для которых сущности к изобретению является спо- наибольшее значение имеют антифриксоб термообработки чугуна (нормали- ционные свойства, т.е. одновременно зация), согласно которому нагрев за- стойкость на износ (окислительный, готовок производят до 850"950 С (ско-нормальный износ ) и низкий коэффиорость нагрева 4- 12 С/мин), осущест- циент трения.овляют выдержку (0,5-1,0 ч), послечего их охлаждают на воздухе. В табл, 1 приведены свойства чуИзготовленные из такого чугуна де- гуна, подвергнутого нормализации по тали используют обычно в качестве 1 известному способу. Таблица 1 Иикроструктура Тип чугуна Перлитная основа и графитпластинчатый Серый чугун маркиСЧ 24-44 Феррит кремнистый и шаро-:видный графит Высокопрочнцй 240 Ледебурит, цементит и пластинчатый графит Половинчатый 280 груэкой 30 кг/см 2 (контртело-вал иэзакаленной стали 45 с твердостьюНЙС 48"50)В табл. 2 приведена износостойкость чугунов при испытаниях на маши" не ИИИ при скорости 1,27 м/с с наТаблица 2 Тип чугуна Свойства чугуна Серный, марки СЧ 24-44 Высокопрочный Половинчатый(0,134 й 1,0,104 Ио) Износ чугуна на каждые4 км пути трения приустановившемся режи"ме, мкм, 1,17 1,0 Прирост пористости чугуна при термообработке по известному способу составляет 0,13-0,3 41Недостаток известного способа тер"мообработки заключается в том, что фон не дает возможности использоватьв полной мере антифрикционные свойства чугунов.Цель изобретения - повышение анти"фрикционнцх свойств эа счет увеличе" Иния пористости,Поставленная цель достигается тем,что в способе термической обработки чугуна, включающем нагрев до 850- 95 ООС, выдержку и охлаждение на воздухе, заготовки после выдержки охлаждают вместе с печью до 720-680 С, затем повторно нагревают и выдерживают при первоначальной температуре.По сравнению с нормализованной структурой, структура, полученная после обработки по предлагаемому способу, не отличается по фазовому составу, морфологии, степени дисперсности, но имеет иную пористость, что еще более повышает антифрикционные свойства чу5 89 гуна эа счет большего роста пор, способствующие образованию устойчивой смаэывающей пленки на поверхности деталей, работающих в условиях трения и износа.П р и м е р 1. Образцы чугуна СЧ 24-44 обрабатывают по режиму: нагрев с печью до 900 С со скоростью 5 С/мин выдержка 0,5 ч, медленное (с печью) охлаждение до 650, 680, 720 и 780 С снова нагрев с печью до 900 С, выдержка 0,5 ч и охлаждение на воздухе до комнатной температуры. Исходная структура перлит + пластинчатый графит. После термообработки по предлагаемому режиму структура не изменилась.В табл. 3 приведен химический состав обрабатываемого в эксперименте чугуна, в табл. 4 - данные по износу чугуна, обработанного по известному и предлагаемому способам. Износ чугуна определяли на машине ИИИ при скорости 1,27 мыс с нагрузкой 30 кг/см (контртело-вал из закаленной стали 45 с твердостью НВС 48-50).П р и м е р 2. Обрабатывают и испытывают половинчатый чугун состава 2 (табл. 3), Способ осуществляют так же, как в прим. 1, т.е. меняют температуру промежуточного охлаждения при неизменных прочих параметрах. Результаты эксперимента представлены в табл. 4.П р и м е р 3. Обрабатывают и . испытывают высокопрочный кремнистый чугун состава 3 (табл. 3). Способ осуществляют так же, как в прим, 1 и 2. Результаты эксперимента представлены в табл. 4.Из примеров 1-3 следует:1) Износ после двукратного нагрева ниже, чем после однократного для трех типов чугунов, т.е. ниже, чем при обработке по известному способу.2) При температуре охлаждения перед вторым нагревом, меньшей 680 аС(650 фС) износ образцов почти такой же, как при 680 пС (несколько снижается у половинчатого и вйсокопрочного). Процесс графитизации идет хотя лучше он идет при более высоких температурах. Однако охлаждение до температур, меньших 680 фС, нецелесообразно, так как увеличивается время термообработки и расход энергии, что экономически невыгодно. 5 1 Е 3) При температуре охлаждения пе ред вторым нагревом, большей 720 С (780 С), не завершается полностью про. а о 1цесс превращения аустенита в перлит, и для графитизации перлита эта температура высока, Кроме того, уменьшается количество выделяемого угле- рода в виде цементита или графита иэ аустенита (в сером и половинчатом чугунах) и из феррита (в высокопрочном кремнистом чугуне).Следовательно, оптимальной температурой охлаждения перед. вторым нагревом является 680-720 фС. Следовательно, увеличение техноло гического цикла и связанного с ним расхода энергии при многократных нагревах экономически не оправдано. П р и и е р 4. Для составов чугуна, пряведенных в табл. 3, увеличивали кратность нагрева, т.е. осуществляли нагрев 3 4 5 и 6 раз с промежуточными охлаждениями до 700 фС а нагрев и выдержку - по режиму примера 1. Износ от 3-ого до 6-ого циклов практически не изменялся. Это связано с тем, цто увеличение времени нагрева чугунных заготовок в окислительной (незащитной) атмосфере печи приводит к диффузии кислорода на боль шую глубину, окислению границ зерен, образованию слоя окалины на заготовках, что требует увеличения допуска и, следовательно, увеличения расхода Металла.С 5 Мп Сг йг Мо 5 Р Мд 1 Серый СЧ 24"44 3,15 1,43 1,11 0,28 - - 0,11 0,202 Половинчатый 3,28 4,02 0,32 1,22 0,13 0,1 0,025 0,067 3 Высокопрочный 2,95 4,84 0,74 0,05 0,07 О, 15 0,03 П р и м е ч а н и е. Химические составы чугунов подбирались таким образом,чтобы проверить влияние механизма образования пористости на износ при обработке чугунов по предлагаемомурежиму. Приведенные в табл. 3 и 4 данные свидетельствуют о том, что при суще- . ствующем оборудовании на заводах и параметрах работы печей за счет изменения технологии (промежуточного охлаждения до 720-680 фС) можно повысить антифрикционные свойства чугунных деталей, работающих в условиях трения скольжения.Предлагаемый способ термообработки снижает износ чугуна СЧ 24-44 в 2 раза, высокопрочного (кремнистого)- в 1,1-1,2 раза, половинчатого в 1,3 раза. 3 Ф .Наибольший эффект, полученный насером чугуне, объясняется образованием большей пористости по сравнению с двумя другими химическими составами уу чугуна: в половинчатом чугуне данногосостава отсутствуют процеСсы графитиэации, а в высокопрочном - процессы аустенизации, вследствие чего получение перлитной структуры становится не- В возможно. Нарастание пористости идетза счет переменного растворения и выделения углерода в аустените (табл.3) или в Феррите (состав 3 табл. 3).10-а 1 ф О 1 Х 1 М 0ЧЭЕИНЭИЯИ чэеюинаиеи ан ЧОЕиИНаНЕИ ЭН чэецинэиви эн о о Ф ОО ф- Ч11 11 11 1311 11 31311 111 311 1 1 113 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 111 1 1 11111 11 1 1 1 1 11 11 1 31 1 1 1 1 11е ит ав е а т е 4 еТираж 586 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская набу, д. М/5 Заказ 12090/36 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, ч Формула изобретенияСпособ термической обработки чугуна, включающий нагрев до 850-950 С,выдержку и охлаждение на воздухе,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с Эцелью повышения антиФрикционныхсвойств за счет увеличения пористости, заготовки после выдержки охлаждают с печью до 720-680 фС, а затемповторно нагревают и выдерживают при 1 фпервоначальной температуре.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе 1. Справочник по машиностроительным материалам, Т, 3, Машгиз, 1959, с. 65-79. 2. Авторское свидетельство СССРЮ 511378, кл. С 22 С 37/06, 1975. 3. Авторское свидетельство СССРНф 585229, кл. С 22 С 37/10, 1976 .М. Райцес В.Б. Термическая обработка иа металлургических заводах.М., "Металлургия", 1971, с. 188-169,199, 202-204,