Способ обработки высоколегированного чугуна

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИЛЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 51) 4 С 21 D 5/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3761041, 22-02 (22) 29. 06. 04 (46) 28. 02.86. Бюл, Р 8 (71) Украинский ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт металлов (72) Е.Н. Вишнякова, Т.С.Скобло, Н.И.Воронцов, H.И.Иожарова, P.Ä.ÁîHäèH и Б.Г.Соляников (53) 621.785.79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И- 1006508, кл. С 21 D 5/04, 1981

Авторское свидетельство СССР

В 901302, кл. С 21 D 1/78, 1980. (54)(57) 1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННОГО ЧУГУНА, включающий аустенизацию, охлаждение, механическую обработку, отпуск, о т л и— ч а ю шийся 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 шийся 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 юшийся тем, что при обработке чугуна с содержанием хрома до 12% охлаждение после аустенизации проводят в струе сжатого воздуха.

1 12i

Изобретение относится к металлургии и машиностроительной промьппленности, в частности к термической обработке изделий из высокоуглеродистых сплавов прокатных валков, элементов профилегибочных агрегатов, валковой арматуры.

Целью изобретения является улучшение обрабатываемости, сокращение длительности обработки и повьппение износостойкости.

Высокая температура аустенитиэации 1160-1190 С, что ниже температуры солидуса на 70-100 С, при предварительной термообработке связана с наличием большого количества карбидообразующих элементов. Наличие труднорастворимых карбидообраэующих элементов во вторичных карбидах

И С значительно задерживает их

7 растворение, что приводит к необходимости доведения сплава до температуры 1!60-1190 С для получения аустенитной структуры.

Аустенитизация от температуры о

1160-1190 С с последующим охлаждением на воздухе обеспечивает получение аустенитной структуры, что связано с переходом карбидов в . твердый раствор. Конечная структура: аустенит и эвтектические карбиды, количество которых не изменяется в процессе термической обработки.

Охлаждение должно быть непрерывным, так как изотермические выдержки в интервале превращения аустенита в чугуне в процессе охлаждения приводят к выделению вторичных карбидов

Выделение карбидов, в свою очередь, уменьшает количество углерода в аустените, делает его метастабильным, распадающимся на бейнит и мартенсит.

При этом с увеличением количества карбидов снижается содержание остаточного аустенита.

Полученная аустенитная структура характеризуется 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 ино тервале 540-560 С приводит к значительному повышению твердости аустенита за счет его легирования, что связано с процессом вторичного твер=

55 дения сплава за счет перехода карбидов железа в сложные легированные карбиды, образующиеся при распаде пересыщенного твердого раствора и располагающиеся вокруг эвтектических карбидов, а также расТворения ранее образовавшихся карбидов цементитного типа.

Для чугунов, содержащих до 127 хрома, в процессе предварительной термообработки производят ускоренное охлаждение в струе сжатого воздуха, что связано с более низкой пракаливаемостью этой группы чугунов и повьппенной стойкостью к трещинообразованию.

Аустенитизация при температуре ниже 1160 С не приводит к обраэовао нию чисто аустенитной структуры изиз-за наличия легирующих. элементов во вторичных карбидах, задерживающих их растворение, в то же время аустенитизация с температуры вьппе о

1900 С приводит к перегреву сплава, что вызывает увеличение величины аустенитного зерна и охрупчивание его границ.

Проведение окончательной термообработки (отпуска) при темперао туре ниже 540 С не приводит к повышению твердости, так как аустенит остается стабильным до температуры г о з40 С, начиная с которой аустенит подвергается диффузионному процессу, в результате которого вокруг эвтектических карбидов появляются весьма мелкозернистые сочетания железо — карбиды железа, превращающиеся в сложные переходные карбиды.

При температуре выше 560 С также не наблюдается эффекта вторичного твердения аустенита, так как карбиды H.,Ñ принимают сферическую форму, ведущую к быстрому падению твердости.

Аустенитизация высоколегированных чугунов с содержанием хрома до 127 с последующим охлаждением их в резкой среде — в воде или в масле приводит к образованию в них закалочных трещин, что связано с низкой теплопроводностью и пластичностью этих чугунов. Охлаждение после аустениэации на спокойном воздухе приводит к некоторому понижению твердости по сечению рабочего слоя из-за пониженной прокаливаемости чугунов с указанным содержанием хрома.

3 121

Пример. Обработку по предла- гаемому способу проводили на валках из высоколегированного чугуна диаметром 330 мм следующего состава, вес. : С 3,0, Si 0,6, Ип 0,8, Cr 15, Ti 0,5, No 0,4, Al. 0,5, Си 1,2 остальное Fe.

Предварительную термическую обработке проводили следующим образом.

Отливки нагревали со скоростью

100 С/ч до температуры полного пе-. о ревода чугуна в аустенитное состояние — 1180 С (для чугуна данного состава 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 со скоростью 100 C/час до температуры

540 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 воздуха после аустенитизации подвергались отливки 330 мм из чугуна следующего состава, вес. : С 2,8; $ 0,6, Мп 0,5; Cr 11, Ti 0,3, No 0,5, Al 0,6, со временем выдержки при аустенитизации и отпуске такими же, как и в сплавах с содержанием хрома свыше 12 .

Кроме того, проводили термическую обработку по способу-прототипу на валках из высокохромистого чугуна диаметром 330 мм следующего состава, вес. : С 3,0, Si 0,6, Ип 0,8, Cr 15, Ti 0,5, Мо 0,4, А1 0,5, Си 1,2, остальное Fe.

Обработка включала термоциклирование, механическую обработку и термоупрочнение — закалка с отпуском.

Термоциклирование проводили сле1дующим образом. Нагревали отливки до

1130 С в соляной ванне (с температурой 1260 С) в течение б ч, ускоренно охлаждали на медной плите с обдувом сжатым воздухом до 450 С в течение 3,5 ч, выдерживали при этой температуре в течение 3,8 ч и повторно нагревали (2 ч до 1130 C), На каждом последующем щткле на-. о грева 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 С и выдерживали в ней в течение 8 ч. Окончательно охлаждали на воздухе.

После механической обработки

5 проводили окончательную термообработку, заключающуюся в закалке и о отпуске: нагревали до .950 С со скоростью 100-150 С/ч, выдерживали в течение 5 ч, охлаждали на возду10 хе с последующим высоким отпуском, о который 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 после закалки подвергались отливки диаметром 330 мм из чугуна следующего состава, вес. ; С 2,8, $i О,б, Мп 0,5, Cr 11, Ti 0,3, No 0,5, AL 0,6; остальное P. При этом общая длительность обработки составила 85,3 ч.

25 Граничные и оптимальные значения предлагаемых режимных параметров и механические характеристики легированного чугуна, обработанного по предложенному и известному способам, представлены в таблице.

Испытания сравнительной износостойкости проводили на машине МИ на дисковых образцах диаметром 40 мм и толщиной 10 мм. Удельное давление составляло 50 кг/мм, проскальзы35 вание 0,27 м/с, охлаждение образцов производилось водой, время испытачия 2,5 ч, относительный износ рассчитывали как отношение из разности

40 конечного и начального весов образцов к начальному весу образцов, вырезанных из центральной эоны.

Обрабатываемость высоколегированного сплава оценивали методом свер-, ления темплетов толщиной 20 мм

45 после предварительной термообработки — после аустенитизации по предлагаемому способу и после отжига по известному способу. Для стандартных сверл осевое усилие при свер50 лении определяли по формуле

Р, =0,195 HB f eD + 90,0 ° 022 НВ-Э2 где Н — твердость стали по Бринелю !

f — подача, мм/об.

D — диаметр сверла, мм, При обеспечении постоянства осевого усилия, диаметра и материа=

1214769

В результате использования предложенного способа обработки полученные отливки характеризовались твер> дость после предварительной термообработки 269-302НВ, после окончательной термообработки 88-91HSD, износом 0,0035-0,0043%, подачей шпинделя на оборот 8,3-102-9,8 10 мм

Предложенный способ в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами: твердость после предварительной термообработки

15 снизилась, обрабатываемость улучшилась, продолжительность обработки сократилась, срок службы валков увеличился, износ снизился. г

Образец

Обш,ая продолжи тельТвердость после

Тверость

Износ,%

ОбрабатываеРежим термооб работки

Способ охлаждения предварительной мость после

Предварительная

Оконча тельна термоо работк отпуск

С окончательной термообработки, HSD предварительной ность обработки, ч термообра- = ботки, НВ термообработ ка,температу» ра аустенити термообработки мм/об зации, ОС

Предлагаемый способ

1150 530 Охлаж- 25 311

8, О ° 10 84

9,4 10 88

9,8.10 90 дение

1160 540 на спо- -"- 293 койном

286 воздухе

92 102 91

269

277 9,3 ° 10 91

-и- 302

23 321

Охлаждение в струе сжатого

311

302 воздуха

302

311 ла сверла, числа оборотов шпинделя подача на оборот (f) является критерием обрабатываемости материала. При сверлении каждого темплета использовали новые сверла диаметром

10 мм из стали Р6М5К5. 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"4угуна с более низким содержанием хрома (до 12%1 обеспечивает практически одинаковый уровень эксплуатационных свойств с высоколегированными чугунами.

) 1170 550

1180 550

1190 560

1200 570

1150 530

1160 540

1170 550

1180 550

1190 560

7610 91

7 ь4 10 85

8,3" 102 91

8,8 ° 10 92

8,7-10 90

8,6 ° 102 90

0,006

0,0040

0,0035

0,0043

0,0042

0,0055

0,0062

0,0040

0,0037

0,0042

0,0041

1214769.Продолжение таблицы

-ФИзнос,X

Твердость после

Режим термообработки

Способ охлаждения

Образец

ОкончаПредварительная предварительной ность обработки термообработки.мм/об зации, 0С

1200 570

321 7,2 10 87

0,006

Известный способ

0,0072

Термо- Термоцикли- упрочрование нение

1130,450 950,500

1130,450

86,5 340

Охлаждение

5,1 10 80 на спокойном воздухе

II tt

14 и и

Охлаж85,3 351

5,3 ° 10 85

0,0068 дение в струе сжатого воздуха

П р и м е ч а н и е. В таблице приведены средние значения испытания

4-6-ти образцов. Образцы 1-6 и 13 содержат 15Х. хрома, а образцы 7-12 и 14 — iiX крома.

Составитель И. Лингарт

Редактор 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-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал IIIIII "Патент", г. Ужгород, ул . Проектная, 4 термообработ ка,температура аустенити тельная термообработка, отп ск

Общая продолжи тельТвердость предварительной термообра-Е ботки, НВ

Обрабатываемость после окончательной термооб- работки, HSD