Способ термической обработки изделий из серого чугуна

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) А1 (5п 4 С 21 П 5/00, 1/74 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3714690/22-02 (22) 23.03.84 (46) 23.07.86. Бюл. У 27 (71) Институт повышения квалификации руководящих работников и специалистов Министерства тракторного и сель, скохозяйственного машиностроения

СССР (72) А.E.Êðàâ÷èê, С.M.1"óãåëü и

В.Л.Попов (53) 621,785.06 (088.8) (56) Фомин В.В, Гидроэрозия металлов; M. Машиностроение, 1977, с.276-282.

Там же, с. 255-257.,(54) (57) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИИ ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА, включающий нагрев до температуры аустенизации, выдержку и охлаждение, о т— л и ч а ю шийся тем, что,.с целью повышения гидроэрозионной стойкости серого чугуна, нагрев до температуры аустенизации, выдержку и охлаждение изделий до 550-650 С ведут в обезуглероживающей атмосфере, затем при 550-650 С проводят выдержку изделий в окислительной атмосфере водяного пара, содержащего летучие неорганические соединения молибдена, а окончательное охлаждение ведут на воздухе.

1? 4 5607.

Изобретение относится к термичес- кой обработке изделий из чугуна и может быть использовано в производстве пароводяной трубопроводной запорно-регулирующей арматуры, гидронасосов и в других областях техники для повышения надежности и долговечности чугунных изделий, работающих в условиях гидроэрозионного износа.

Целью изобретения является повышение гидроэрозионной стойкости серого чугуна.

На чертеже представлено устройство, реализующеее предлагаемый способ термической обработки.

Основными элементами устройства являются шахтная электропечь 1, ретора 2, крышка 3, песочный затвор 4, механизм 5 подъема крышки, электродвигатель 6 с вентилятором 7, капельница 8, сообщающаяся через шланг ,9 и вентили 10 и 11 с сосудами 12 и 13, свеча, 14 с регулятором 15 давления и U- îáðàçíûì монометром 16.

Сосуд 10 заполняют углеродсодержащей жидкостью, термическое разложение которой создает в печи обезуглероживающую атмосферу. В качестве такой жидкости используют известную среду, например, на основе водного раствора триэтаноламина или среду, состоящую из раствора триэтаноламина и молибденовокислого аммония в воде.

Термическое разложение водного раствора триэтаноламина в рабочем пространстве печи сопровождается следующими основными реакциями:

Г1(СР Н4 ОН) = 2СН4 +ЗСО+ЗН +НСГ1(1 )

СО+Н2 О 4 СО2+Н2 (2)

При этом обезуглероживающие свойства полу .аемой атмосферы, определяемые температурой, количественным составом и влажностью продуктов пиролиза, регулируются содержанием воды в исходном растворе. Увеличение содержания воды в растворе приводит к повышению концентрации СО, и уменьшению СО в атмосфере. При этом влажность атмосферы растет, а углеродный потенциал уменьшается. Таким образом регулируются свойства атмосфе-, ры в процессе нагрева, вьдержки и охлаждения изделий при обезуглероживании.

Сосуд 12 заполняют водным раствором неорганического соединения молибдена, например водным раствором молибденовокислого аммс ния, который при термическом разложении образует в печи окислительную активнун атмосферу, состоящую из трехокиси молиб5 дена, водяного пара и аммиака: (Г1Н )ь Г1о.,О 4 4Н,0=7MoO +

+7Н О 6Г1Н (3)

В исходном состоянии вентили 11 и 10 и капельница 8 закрыты, электро10 двигатель 6 отключен.

Подачу того или иного раствора в печь проводят открытием вентиля 11 или 10. При этом раствор из соответствующего сосуда по шлангу 9 посту15 пает в капельницу 8. Расход жидкости устанавливают вентилем капельницы и измеряют числом капель в единицу времени. При скорости подачи 60 ка— пель в минуту расход жидкости сос20 тавляет 0,35-0,40 л в час.

Свеча 14 служит для отвода из печи отработанного газа.;Регулятором

15 давления варьируют расход отводимого газа и, таким образом, поддер25 живают избыточное давление в реторте 2 в пределах 98-147 Па (10-15 мм вод.ст.), которое контролируют по

U-образному манометру.

Предлагаемый способ термической обработки осуществляют последовательным выполнением следующих операций.

С помощью механизма 5 поднимают крышку 3 и загружают детали в печь, прогретую до 850-950оС. Закрывают крышку печи, включают вентилятор 7, открывают вентиль 11, устанавливают подачу обезуглероживающей среды в печь и прогревают детали до 850о

950 С. Вьдерживают детали при 850о

950 С 60-180 мин в обезуглероживающей атмосфере. По окончании вьдержки охлаждают детали в печи в обезуглероживающей атмосфере до 550о

650 С. При 550-650оС закрывают вен45 тиль 11 и открывают вентиль 10 проЭ водя таким образом замену обезуглероживающей среды на активную окислнтельную. Вьдерживают детали при 5500

650 С в активной окислительной ат50 мосфере, например в парах водного раствора молибденовокислого аммония, 60-90 мин.

По окончании вьдержки перекрывают подачу активной среды,, выгружают детали из печи и охлаждают на возду55

Пример. Проводят обработку образцов из серого чугуна марки

1245602

С4 18 10 20 мм по предлагаемому спо, собу и известному. Исходная структура чугуна перлитная. Общее содержание углерода 3,5-3,67 с концентрацией графитовых включений до 127..

Характер распределения графита преимущественно розеточный и междендритный. Форма графитовых включений пластинчатая в сочетании с гнездообразной при длине пластинок 40—

1.25 мкм.

По известному способу поверхностную закалку проводят с температуры о

900 С путем индукционного нагрева образцов с помощью лампового генератора Л32-.67 и спрейерного охлаждения водой. После закалки образцы подвергают отпуску для снятия напряжений при 400 С в лабораторной электропечи типа МП2..

По предлагаемому способу термическая обработка включает нагрев в о печи Ц-25 до 900 С в обезуглероживающей атмосфере, состоящей из продуктов пиролиза водного раствора триэтаноламина (50 об.7); вьдержку в этой атмосфере 120 мин и последую— щее промежуточное охлаждение с печью в той же среде до 500, 550, 600, 650 и 700 С; замену обезуглероживающей атмосферы на окислительную (пары

1,5/-ного водного раствора молибденовокислого аммония) и вьдержку в окислительной атмосфере при 500700 С в течение 60 .мин, выгрузку образцов из печи и окончательное охлаждение на воздухе.

Характеристика образцов после обработки.

После поверхностной закалки структура поверхностных слоев чугу на сорбитная, глубина закаленного слоя 2,5-2,7 мм. Количество и характер распределения графитовых включений практически без изменения.

После термической обработки по предлагаемому способу на поверхности образцов присутствует оксидная молибденсодержащая пленка толщиной 6

35 мкм в зависимости от температуры в интервале 500-700 С. Под окисным .слоем располагаются в направлении от поверхности ферритный слой (80100 MKM) и далее на глубину до

600 мкм феррито-перлитная зона. Графитовые включения практически полностью отсутствуют на глубину до 500 мкм.

Испытания проводят на ультразвуковом диспергаторе УЗД-2Т при контакте образцов с водой. Возбуждаемые при этом ультразвуковые колебания среды способствуют микроударному (кавитационному) разрушению поверхности образцов. Степень разрушения оценивают потерей массы образцов . через каждый час в течение 3 ч испытания.

Влияние способа и режима обработки на гидроэрозионную стойкость поверхностных слоев образцов из серого чугуна показано в таблице.

Предлагаемый способ термической обработки по сравнению с известным (с поверхностной индукционной закалкой) обеспечивает повышенце гидроэрозионной стойкости серого чугуна в 1,6-3,5 раза в зависимости оТ режима обработки и длительности испытания.

Повышенис стойкости серого чугуна против микроударного разрушения в этом случае связано прежде всего с изменением структуры поверхностных слоев чугуна, а именно с образованием поверхностной безграфитной зоны и защитного оксидного покрытия.

При этом стойкость чугуна против эрозии в значительной степени завнсит от толщины окспдного покрытия, которая определяется температурой промежуточного охлаждения.

Максимальньп положительный эффект достигается при температурах промежуточного охлаждения в интервале 550-650 С (опыты 3-5). При постоянном времени выдержки снижение температуры до 500 С приводит к увео

40 личению потери массы образцов вследствие малой толщины защитной оксидной пленки (опыт 2). То же наблюдают

0 и при повышении температуры до 700 С (опыт 6). Однако в этом случае мож45 но предполагать, что интенсивность разрушения поверхности образцов возрастает вследствие снижения адгезионной прочности оксидного покрытия из — за его значительной толщины.

При оптимальных режимах термической обработки (опыты 3-5) гидроэро— зионная стойкость серого чугуна, по сравнению с упрочнением методом ин55 дукционной закалки повышается в 3,03 5 раза.

1245602.

Аустениэвцня при 900 С

Опыт отеря массы образ ов, мг, эа время спытання, ч

Сред

1ф0 2 0 3,0 емпе- Среда вту" в, С

Вода

84 151 293

Воздух 5

6 4,1

8,3 16,5

Воздух

550 То ae . 60

То же

То же 120

12 35 58 105

600 ""- 60

16 3,2. 4,3 9,6

120 юе 120

650 60

«и«

21;2,7 . 5,4 9,2

700 60

35 5,1

«н»

120

10,7 18,3

Составитель И.Липгарт

Техред Л.Олейник. Корректор И.Муска

Редактор Н. Гунько

Заказ 39Ü1/17 Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4

Иэвестный (поверхностная закалка) Предла геемый (термическая обработка) Обеэугле" рокивающвя !20 ромежуточное хла кдение до вданной темературы

Обеэугле" рокмвающвя

Выдержка в Мо"со» держащей паровой среде, мин

Среда оконча тельного охлвждения

Толщи н оксид" ной пленкм мкм