Способ изготовления стандартного образца чугуна

(5 )М. Кл.С 21 0 У 04 0 О 1 й 1/28 3 Ьеударетюный камнтвт СССР ао делам нэабрвтвннй н открытнйОпубликовано 30.12.82. Бюллетень М 48 Дата опубликования описания 06.0183 1 СВ , Н.Д,К, Е.А.Руб Ми М.И,Срогович1 ЙЛТЕОТИО- т.уральский научно-исследовательский ин ФфуТрПффщ тметаллов и Институт стандартных образ овНИЮЧерметаЗЕИВ т 1 Токя(54) С ПОСОБ ИЗГОТО ВЛЕНИЯ СТАНДАРТНО ГО ОБРАЗЦА ЧУГУНА1Изобретение относится к черной металлургии, точнее к технологии получения материала стандартного образца (СО) чугуна,. применяемого в металлургической промышленности для контроля химического состава. чугуна.Стандартные образцы состава подразделяются на дисперсные и монолит- ные и применяются для химических и физических методов анализа соответственно. Готовый материал СО должен соответствовать по химическому сос- таву контролируемым объектам, быть однородным во всем объеме партии и стабильным в течение срока службы в соответствии с ГОСТ 8315-78.Известен способ изготовления дис- персного СО, включающий выплавку, отжиг, измельчение,усреднение и расфасовку материала СО. Причем измель-. чение материала СО чугуна осуществляется резанием на токарном станке заготовок серого чугуна со свободным грфитом, полученных из отбегенных заготовок в результате длительного и выосокотемпературного от.жига. Полученная на токарных станках стружка измельчается в конусном дробителе, после чего производится отсев крупной и мелкой фракции.Мелкая фракция отбрасывается, а круп"ная - доизмельчается1 1.Известен также способ изготовления монолитного СОвключащий вы" "плавку, отжиг, металлографическиеисследования и рентгенодефектоско"пию заготовок, подготовку проб для:исследования однородности, отборпроб для аттестационного химического анализа, механическую обработку,.маркировку и упаковку монолитныхСО. При подготовке материала монолитных СО чугунов отбор проб для 20 аттестационного химического анализа производится сверлением заготовоксерого чугуна, полученных в результате длительного и высокотемпературного отжига заготовок со сквозным985083 ЭО 35 40 45 50 55 отбелом. Отсев фракции неоднородной пробы не допускается. Каждая проба чугуна, рассчитанная на одну навеску, заворачивается в пакет изкальки, на котором указывается номерСО и масса пробы 1",2 1.Отжиг литых заготовок являетсявынужденным звеном в технологии изготовления дисперсного и монолитного. материала СО чугуна, посколькуотбеленный чугун с твердостью выше18 НВС не поддается механической обработке резанием с целью получениянеокисленной и негорелой стружки.Графитизирующий отжиг проводится привысоких температурах 900-1100 С в течение 2"5 ч. При этом происходитразложение цементита с образованием,графита отжига - компактных включе.ний графита. В результате этого,твердость заготовок чугуна эначительно снижается до 12-.20 НВС и их обработка не вызйвает затруднений 3 1.Основным недостатком известныхспособов изготовления дисперсного имонолитного материала СО чугунаявляется существенная межфракционнаянеоднородность стружки, обусловленная различным сопротивлением измельчению структурных составляющихсерого чугуна, выкрашиванием включений графита и обогащением включениями с размерами частиц менее0,09 мм мелких фракций стружки. Повышение однородности дисперсногоматериала СО чугуна достигаетсяотсевом мелких фракций, например ме.нее 0,3 мм. Однако при этом выходготового материала СО составляетвсего 25-304 и состав его отличается от состава исходной заготовкив основном за счет снижения содержания углерода.Отсев фракций стружки, отобранной для аттестационного анализа монолитных СО чугуна, не допускаетсяиз"за необходимости обеспечения со ответствия состава пробы и заготовок,Это приводит к значительному повышению трудозатрат на пробоотбор, таккак от одного СО приходится отбиратьв отдельные пакеты до ОООО проб заданного веса,При изготовлении дисперсного материала СО чугуна происходит интенсивное загрязнение атмосферы производственных помещений графитовой пылью, образующейся при резании заготовок и дроблении стружки. Эти операции выполняются персоналом в противогазах, а производственные помещения после выпуска СО чугуна очищаются и ремонтируются. Отсев малой 5, фракции стружки, сопровождающийсянаиболее интенсивным пылевыделением,производится на открытой площадкеза городской чертой.Цель изобретения - повышение од нородности материала стандартногообразца и улучшение его обрабатываемости.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу изготовления стандартного образца чугуна,включающем выплавку, отжиг заготовокпри температуре выше Асна ЙОС,охлаждение и получение дисперсного или монолитного стандартного об раэца, отжиг проводят в. течение0,5-1 ч, а охлаждение ведут, со скоростью 80-120 С/ч в интервале оттемпературы отжига до 200 С, далеена воздухе.25 Получение дисперсного материаластандартного образца осуществляют иэмельчением заготовки чугуна реэцами с твердосплавными пластинами, усреднением путем перемешивания и расфасовкой.Получение монолитного стандартного образца осуществляют отбором проб для аттестационного химического анализа точением заготовки чугуна резцами ствердосплавными пластинами, механической обработкой, маркировкой и упаковкой.Температура отжига зависит от состава чугуна и определяется по расчетной формуле:Е, 0 С=780 + 814+15 СгЖ+15 ЧФ+10 А 1- -2 ОМ 14-9,5 Мп Ф 0. Время выдержки при расчетной температуре составляет 30-60 мин. В про-. цессе указанной выдержки перлитная матрица переходит в аустенитное состояние а диффузионное выравнивание аустенита по углероду не успевает произойти. При последующем охлаждении со скоростью 80-120 вС/ч неоднородный аустенит превращается в зернистый перлит.Отбеленный чугун до предлагаемого отжига состоит из эвтектического и вторичного цементита и перлита, имеет высокую твердость и не поддается механической обработке с целью отбора дисперсного материала СО5 9850В результате кратковременного отжига происходит сфероидизация перлита,которая не сопровождается, графити-зацией.При этом твердость чугуна су-щественно снижается и его измельчениеточением на токарном станке возможно,Отжиг по предлагаемому способуимеет весьма малую продолжительность (30-60 мин). При меньшем времени выдержки (например, 20 мин) необеспечивается полнота аустенизациии, следовательно, не происходит пол"ная сфероидизация перлита, что не Юпозволяет достигнуть снижения твердо.сти, необходимого для отбора дисперсного материала СО. Увеличениепродолжительности отжига до 7080 мин приводит к началу интенсив- щной графитизации чугуна, что снижает однородность материала СО,Повышение производительности отбора проб монолитного СО чугуна дляаттестационного химического анализа 35достигается охлаждением заготовокпосле отжига со скоростью 80-120 ОС/чдо 200 фС, обеспечивающим отсутствие,остаточных напряжений в монолитном,материале СО. ЗОСкорость охлаждения выше 120 ОС/чприводит к появлению остаточных напряжений вследствие перепада температуры по сечению отливки. Скорость ох.лаждения ниже 80 вС/ч экономическинецелесообразна из-за значительногоувеличения длительности процесса.В процессе охлаждения при 210 ОСцементит в отбеленном чугуне претерпевает магнитное превращение, сопровождающееся стрикционным эффектом.Следовательно, необходимо медленноепрохождение этого критического интервала. Дальнейшее охлаждение (ни- .же 200 фС) на спокойном воздухе недает заметного перепада температурыпо сечению отливки и, следовательно, не приводит к появлению остаточных напряжений,/Повышение производительности до,стигается высокой однородностью заготовок и стружки, что позволяет перейти от отбора проб сверлением в отдельные пакеты к резанию всей массыстружки для аттестационного анализа55на токарном станке. 83 б Улучшение условий труда обеспечи- вается отсутствием по предлагаемому способу выделения графитовой пыли. при резании, дроблении и-рассеве чу гуна, при этом отпадаетнеобходимость работы персонала в респираторах и противогазах, .а также не . нужна последующая чистка и покраска производственных помещений.Отжиг может быть выполнен в печах любого типа (по конструкции и роду топлива), оборудованных регуляторами температуры и не требует создания нейтральной или защитной атмосферы, в отличие от известного способа термообработки,Способ получения СО чугуна является эффективным при следующем содержании,элементов в чугуне, вес,:углерод .2,5-4,2; кремний 0,3-2,51марганец 0,2-2,5 ф Фосфор 0,01-2,01сера 0,01-0,2," хром 0,05"2,0; ни"кель 0,02-0,8; алюминий 0,01-0,5,Таким образом, преимуществом пред-лагаемого способа является обширная гамма составов белых чугунов, которые могут быть подвергнуты смяг-. чающему отжигу, не сопровождающему" ся графитизацией. П р и м е р 1. Для изготовления СО У 43 а для химических методов ана лиза выплавляют чугун, содержащий, 3: углерод 3,68, марганец 1,67,кремний 0,49, серу 0,02, фосфор 2,37 в 500-килограммовой индукционной печи, Заготовки чугуна диаметром 120 мм имеют сквозной отбел и отжигаются перед измельчением согласно предлагаемому способу при. 765 С в течение 60 мин. Заготовки охлаждают в печи со скоростью 90 С/ч до 200 С, далее на воздухе. В результате такой обработки происходит сфероидизация пер" лита (без графитизации) и твердость чугуна снижается с 50 до 42 НВС Измельчение заготовки. чугуна СО У 43 а осуществляют на токарном стан- ке резцами с твердосплавными пластинками ВК. Затем проводят усреднение путем перемешивания и расфасовкуПараметры резания заготовок чугуна и производительность приготовления стружки приведены в табд. 1.. Как видно из данных табл. 1 производительность резания чугуна СО У ЧЗ в три раза вь 1 ше по сравнению с чугу- И ном, приготовленным по предлагаемому способу, Однако общая производительность изготовления дисперсного, материала по предлагаемому способу выше, так как исключаются операции, щ погрузки - нагрузки и транспортировки материала на открытую площадЧЗа 3,46 3,49 Из табл. 2 следует, что по предлагаемому способу достигается лучшее соответствие готового материала и исходной заготовки. Расходждение40 по содержанию углерода в чугуне ЧЗа ,в три раза меньше, чем в ЧЗ, и меньше допустимых по ГОСТ 22536.1-77 значений (О, 14), Полученный по предлага" емому способу материал СО ЧЗа одно 43 роден и может быть использован в ка- честве материала СО. ку для рассева,а также отпадаетнеобходимость чистки и покраски помещений, в которых расположены токарные станки. Данные о изменении содержания индикатора однородности (углерода) по фракциям готового материала чугуна, полученного по предлагаемому и известному способам, приведены в табл.2,Приготовление дисперсного мате. риала чугуна по предлагаемому способу сопровождается значительным улучшением условий труда врезультате уменьшения графитовой пыли. Концентрация пыли в воздухепри приготовлении дисперсного материала в сравнении приведена втабл. 3.9850Из приведенных данных следует,что запыленность воздуха по предлагаемому способу снижена до минимума,что позволяет проводить все операции по приготовлению материала СОчугунов в отделении товарных станков без использования респираторов ипротивогазов и беэ последующего ремонта помещений,Таким образом, предлагаемый способ 10получения дисперсного материала СОчугуна позволяет повысить однородность материала, увеличить производительность его получения и улучшитьусловия труда. 1%П р и м е р 2. Для изготовлениямонолитных СО выплавляют чугун, содержащий, вес.4: углерода 3,5, кремния 1,46, марганца 2,23, серы 0,03,фосФора 0,15, хрома 0,18, никеля 0,16 щмеди 0,2, ванадия 0,17, в 400-килограммовой индукционной печи и разливают в кокили. ,Литые заготовки монолитного СО 782-е со сквозным отбелом с диаметром 40 мм отжигают в 25соответствии с предлагаемым способом 83 10при 770 С в течение 40 мин, Заготовки охлаждаются в печи со скоростью100 еС/ч до 200 С, далее на воздухеВ результате такой обработки происходит сфероидизация перлита (безграфитизации) и твердость чугуна снижается с 54 до 45 НКС. Стружку заготовки такого чугуна для аттестационного анализа состава материалаСО получают точением на токарном стан.ке резцами с твердосплавными пластинками ВКпри скорости вращениязаготовок 40 об/мин и подаче резца0,13 мм/об. Затем проводят механическую обработку, маркировку и упаковку монолитных СО,Материал СО чугуна, полученный по предлагаемому способу, отличается более высокой однородностью (С=008 ) от стружки, измельченной по известной технологии (С=6,173), и соответствует по составу исходной заготовкеСодержание углерода в заготовке и в различных фракциях материала в сравнении приведено в табл.Таблмца .4,96 335 24 3,49 3,5 3,5 ет,углер22536ченматер мого.,15 чЦ,Из приведенных данных следу что расхождение по содержанию да меньше допустимого по ГОСТ 1-77 расхождения (0,1/), Полу ный по предлагаемому способу ал для аттестационного анализа однороден, так как Фактическое среднее квадратичное отклонение по содержанию углерода меньше допустиТрудозатраты получения стружки для аттестационного анализа одного стандартного образца по предлагаемому способу снизились на 323 чел а экономический эффект составил 135144 руб. Ожидаемый экономический эффект от отбооа стружки по но вому способу на 20 СО чугуна превышает 27 тыс. руб. в год.Предлагаемый способ может быть использован для отбора представительной и однородной пробы чугуна для химического анализа в металлур гии и машиностроении,Формула изобретения1. Способ изготовления стандартного образца чугуна, включающий выплавку, отжиг заготовок при температуре выше Асна 40-60 С, охлаждение и получение дисперсного или монолитного стандартного образца, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью повышения однородности материала стандартного образца и улу щения его обрабатываемости, отжиг проводят в течение 0,5-1 ч, а охлаждение ведут со скоростью 80-120 С/ч в интервале от температуры отжига до 200 ОС, далее на воздухе.2. Способ по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем что получение дисперсного стандартного образца осуществляют измельчением заготовки чугуна резцами с твердосплавными пластинами, усреднением путем перемешивания и расфасовкой.113. Спосоо по и, 1, . о т л и ч аю щ и й с я тем, что получение мо- нолитного стандартного образца осуществляют отбором проб для аттеста" ционного химического анализа путем точения заготовок чугуна резцами с твердосплавными пластинами, механической обработкой, маркировкой и упаковкой, 985083 12 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Плинер 10.Л. и рр. Стандартныез образцы металлургических материалов.М., ффМеталлургия", 1976, с, 28, 42,64-72.2, Там же, с, 29, 41-42,3. Там же, с, 40.Составитель И.ЛипгартРедактор Е.Кинив Техред И.Гайду Корректор У.Пономаренкоаказ 100 /3Тираж 5 7 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035. Москва, ЖРаувская наб д, 4/5 илиал ППП Патент , г. Ужгород, ул. роектная,