Способ получения деталей из высокохромистых чугунов

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ ЧУГУНОВ с карбида ми и мартенситной структурой металлической основы, включающий заливку в литейную форму легированного чугуна и последующее охлаждение до полного затвердевания, о тличающийся тем, что, с целью повыше ния ударно-абразивной стойкости и механических свойств деТсшей без проведения термической обработки, охлгикдение залитого чугуна осуществляют со скоростью 1501000 С/С . (Л

СОЮЗ GOBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

Э(5П В 22 D 27/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 3378311/22-02 (22) 05.01.82

1 . (46) 07.09. 83. Бюл. 9 33 (72) О.N. Романов, Е.В. Рожкова, Л.М. Романов и Л.Я. Козлов (7l) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-технологический институт угольного машиностроения и

Московский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного

Знамени институт стали и сплавов (53) 621.746 ° 58(088.8) (56) 1. Бунин К.П. и др. Основы металлографии чугуна. М., Металлургия, 1969, с. 415.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 348294, кл. В 22 D 27/04, 1971, 3. Гарбер М.E. Отливки из белыи износостойких чугунов. М., Машиностроение, 1972, с. 112...SU„„ А (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

ИЗ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ ЧУГУНОВ с карбида ми Cr C> и мартенситной структурой металлической основы, включающий заливку в литейную форму легированного чугуна и последующее охлаждение до полного затвердевания,.о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения ударно-абразивной стойкости и механических свойств деталей без проведения термической обработки, охлаждение залитого чугуна осуществляют со скоростью 1501000 С/с.

1.039644

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке cnocoeon получения отливок нз иэносостойких чугунов с .высокими механическими свойствами.

В ряде агрегатов, предназначенных для подачи и переработки минерального сырья, отдельные узлы и детали подвергаются абразивному износу, сопровождаемому значительными ударами (зубья и ковши экскаваторов, шаровые мельницы и т.д.).

Известны высокохромистые чугуны, которые обладают высокой стойкостью к абразивному износу, благодаря наличию в структуре большого количест- 15 ва карбидов хрома. Карбидная фаза в хромистых чугунах в продольных разрезах эвтектических колоний представлена пучком ответвлений от базового стержня, а в поперечных имеет форму либо розетки, либо многочисленных полнэдров jl) .

Это приводит к охрупчиванию материала и снижению ударной вязкости и ударно-абразивной стойкости. Ударная вязкость этих сплавов обычно составляет 0,5-0,8 кгм/см, а ударно-абра2 эивная стойкость при больших углах атаки (80-9-0 ) равна или. ниже, чем о у стали 110Г1ЛЗ, и в 20 раэ меньше, чем у сплава ВК-15.

При .заливке высокохромистых чугунов в стальной кокиль скорость охлаждения, по сравнению с заливкой в песчано-глинистую форму, растет от 1,05 до 32 C/ìèí. Это приводит к измельчению карбидной фазы, но морфология ее не меняется.

В этих условиях успевают образоваться крупные включения карбидов . (преимущественно CrTC ), приводящие 40 к охрупчиванию отливки и снижению ее механических свойств. Структура металлической основы представляет собой аустенит (НЗ -500 кгс/мм ) и перлит (Н о -350 кгс/мм ) . 45

Известен способ повышения механических свойств модифицированных чугунов за счет охлаждения отливок в интервале кристаллизации от 1 до

14 С/с (2).

Однако эти скорости применительно

50 к белым хромистым чугунам не приводят к значительному повышению механических свойств.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ, заклю чающийся в расплавлении шихты, легировании, заливке в стальную форму и охлаждении расплавленного чугуна в форме (скорость 35 C/ìèí) до пол- 60 ного затвердевания (31 .

Однако укаэанный способ не позволяет изменять морфологию карбидов.

Целью изобретения -является повышение ударно-абразивной стойкости и. g5 механических свойств деталей иэ высокохромистых чугунов беэ применения термической обработки.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения деталей иэ высокохромистых чугунов с карбидами Cr> С и мартенситной структурой металлической основы, включающему заливку в литейную форму легированного чугуна и последующее охлаждение расплава чугуна в форме до полного затвердевания, расплав охлаждают со скоростью 150-1000 С/с.

При использовании в шихте углеродистого феррохрома или отходов высокохромистого чугуна расплав перед охлаждением разогревают до 15501700 С, выдерживают в течение 10о

15 мин и заливают в форму.

При охлаждении жидкого высокохромистого чугуна со скоростью менее

150 С/с компактные карбиды Cr3Cg о превращаются в соединения Cr7C ., которые успевают в процессе эатвердевания заметно увеличить размеры и образовать крупные включения разветвленной формы в аустенитно-перлитной основе. В результате этого происходит охрупчивание отливок и снижение их механических свойств.

Проведение дополнительной термической обработки (закалки), с целью получения мартенситной структуры основы, не приводит к существенному увеличению служебных характеристик.

Охлаждение расплавленного высоко-. хромистого чугуна со скоростью 1501000 С/с позволяет подавить реакцию превращения карбидов Cr9C .в Cr C3 и образование больших карбидных включений. Одновременно с этим происходит резкое уменьшение интервала кристаллизации (практически до нуля), благодаря чему высокохромистые чугуны независимо от состава имеют структуру, близкую к эвтектической, состоящую иэ искаженного мартенсита и впервые полученных в .сплавах данного состава равномерно распределенных мелкодисперсных карбидов Cr C . Это обеспечивает наилучшую ударно-абразивную стойкость.

Способ обеспечивает получение мартенситной основы без дополнительной термической обработки.

Охлаждение расплава в форме со скоростью свыше 1000 С/с приводит к полному подавлению реакции образования карбидов в жидком состоянии, появлению аморфных фаэ.

Структура чугуна (1,6-2,2% углерода, 7-30% хрома) в литом состоянии представляет собой чистую )1 -фазу (аустенит). В процессе термической обработки в сплаве, полученном таким способом (Vz < 1000 C/с), по границам зерен аустенита выделяются;

1039644

4 карбиды Cr>C, что резко ухудшает пребывания расплава в форме до полсвойства чугунов. ного затвердевания, и следовательно, В тех случаях, когда легнрование происходит укрупнение карбидных хромом производят с помощью углеро-,включений и понижение уровня механидистого феррохрома нли отходов высо- . ческих свойств. Попадание в изложникохромистых чугунов, в расплав из з цу сильно перегретого металла вызышихты переходит большое количество вает подплавление .поверхностных слоев крупных карбидных включений. формы, приваривание отливки к стенРазогрев расплава высокохромис- ке изложницы. В результате этого того чугуна до температуры 1550о происходит разрушение кокиля и на1700 С обеспечивает, согласно термо-. 10 рушение геометрии отливки и однодинамике, смещение равновесия кар- временно замедление скорости охлажде. бида Cr7Cy в сторону более полного ния. превращения его в соединение Сг С, Кроме того, разогрев металла бокоторое в виде мелких частиц равно- лее 1700 С связан с дополнительными мерно распределяется по всему объему 5 затратами электроэнергии и увеличеметалла. кием продолжительности плавки и

Кроме того, повышение температуры быстрым изиашиванием;огнеупорной приводит к ускорению диффузионных . футеровки плавильных агрегатов. .процессов, протекающих при растворе-. Пример. Проводят обработку нии карбида Cr7C в жидком металле ® высокохромнстых чугунов, содержащих, Выдержка расплава в течение 5-15 мин Ъ хром 131 молибден 11 марганец 1,8; при температуре 1550-1700оС способ- .. кремний 0,6, .и имеющих .различные ствует полному превращению карбидов концентрации углерода от 2 до 4%.

Сг С g . Температура расплава перед заливкой

При температурах ниже 1550 С в . в медный кокиль 1600 С, время выжидком металле диффузионные процессы . держки 10 мин. Отливки имеют форму растворения карбидов протекают мед- прямоугольных пластин 120х30х20 мм. ленно, что требует значительного Охлаждение расплава в форме до затвремени выдержки, увеличивает расход вердевания осуществляют со скоростью электроэнергии и резко снижает произ- . 500-700 С/с. водительность плавильных агрегатов. .З Сравнительная характеристика

Температуры заливки свыше 1700 С .свойств деталей, полученных по предявляются нецелесообразными, посколь« лагаемому и известному способам ку при этом увеличивается время представлена в таблице. б х х

С4

3 о бб и

+ х

Н 9 х а х Э ф Л н

o Z

> 9 ю

1

1

Ю 1

a in

С б in

t

I

1

1

I

1 н

X х

Э н о

>I ю

СО

in

Г и

1»

11

+ н х х

9 н о й3

+ н х !

Э а

+ н х х

Э н о

> п3

+ н

fJ

9V

Н 3Q. aa

9V

+ ф к о

CO м1

Ю

Ю

v

1-

+ н х о х

Э н а аа3

С)

34

Ф н х о х

Э н а аа3

l Ф

CO м и

4б

+ н х

v х

Э н а

Е

v бб и

+ н х о х.

Э н а аа3 и (О

ЧР

EO

M сб и и и

+ н х о х

Э н а

X и бб

+ и х о х

Э б б ни а

9 3 б

1 (I

I

1

1

I

1

1

1 9

1 133 н ! o.

1 CC ! о

1 lat

I V

1 !

Ф а

И сб

Ю

CV

1О

CO

I к и о и хи

К 3Х м

М м х нх ох ох

ct o ан

9V

N О е о

9

9 а аo о но

3С 3 ь а а Ф о оэх ак Ic х он

3 2е ф с к х ох он

3:O

А 9 на ое оо

Qa X м. о ф ILV

333 Э Рб яб н а

Э X

3 м в 3

Q в

333 ео

Х IC х х

ЦЮ

Ф а а 9

v ы

9 а х

w x н х о ан н о оо о о

0 х 3 хо х н

1 I ! 1

I, I

1 l

1 I

1 1

1 1

l 1 ! о!

I Ю I ! Ю

I л 1

1 1

l ф

1 Э !.

l К 1 о

1 О

1 1

1 1

1 1

I I

1 ! I ! 1

1 1

3 1

I 1

I I

1 Ю

I с

1 1

I ф I

1 9 1

l Х I

Э 1

I 3 1

I .

1 г ! I

Ю

Ю

a I л I

I I

Ю I !

Ю!

I CO 1

I 1 б 1

3 1

1 1

1 1

I I

1 1

1 1

1 . 1

I Ю! !

Ю!

111

l 3 1 !

Ю!

1 Ю

V an

1 1

V 1 о Š— — 3

I

I

I

3 1

1Ю

1 3 1

I б 1

1 1 ! Ю

1 an

I б I

1 I

1 I

I

1

I

1

1

1 ! б

I !

Ъ

1 I

1 !

1 I

I 1

1 1

I. u

1 I V

1О! 1

1 1

I Х х! 1 9

1 ° 1 Ct

1 33

1 1 9

I 1 К

1 I IC о

1 I Я

1 1 0

1 Н о о

I 1 04 о

l Ы о! 1

3 O о

1 1 с

1 Х! 3

I x н

1 I ф

l I ббб

1 1 я

1 l

1 I

1 с

I Х

1 Х х

1 Э

1 О 1 Ц

3ol33

О!9 о !!

v! o

1 I Я

I 1 Ф

I 1 Н

I 0

1 а о

1 Х

1 V

1 I

I O

1 O

1 с

3О .ЗГ !

Ь о

Х1Н

НЭО оао

Н Э:В о

9 33I Н

goo

Ы ХЗХ х 33 3Х вко вфх

aaI t оххLC О б 3 34

I 1 оо! х х:х н а.о

О 9 Н цо

Н 3 о

9eOуо хи

Х 33 Х С вкех

ВЭЭН э н ао

ОХа0О

LC V aat 3C

I

1

I

1

Ю I

Ю сч 1

I

I

1.

1

I

1

I

6 Q I бЛ. 1

<ч

I

1 о сч 1 сч 1

I

1

Х 9 1

Н х 1 о ох х1

O9

Qa Н 3б 1

g)X ко

ЭХО 1

Ц g I ф g Ia I

Qi Qa Iaa 1

ЕЛЯХ 1

1039644

Составитель T. Королева

Редактор Л. Повхан Техред Т.Маточка Корректор Ю. Макаренко

Заказ 6793/10

Тираж 813 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, X-35, Раушекая наб., д. 4/5

Филиал ППП Патеит, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Детали иэ высокохромистого чугуна, полученные по предложенному способу, имеют ударную вязкость в 8-10 раз .выше, чем иэ чугуна того же способа, но полученного по известному способУ.

5 ударно-абразивная стойкость деталей из высокохромистого чугуна, полученных по предложенному способу, при углах атаки 60-90О в 2 раза вы,ше, чем у cwiàâà ВК-15, и в 60 раз чем у стали 110Г13Л.