Способ термоциклической обработки чугуна
Владельцы патента RU 2370548:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)
Изобретение относится к области металлургии и используется при производстве отливок из серого чугуна. Для снижения коэффициента линейного расширения отливки ее подвергают термоциклированию и последующему нагреву в расплавленной мочевине в интервале 135-150°С с выдержкой 10-20 мин и охлаждением на воздухе, при этом в каждом цикле отливку нагревают до 980-1020°С, выдерживают при этой температуре в течение 5-15 мин и охлаждают в воде, а количество циклов составляет до 3. 1 табл., 1 ил.
Изобретение относится к металлургии чугуна и может быть использовано для снижения коэффициента линейного расширения (КЛР).
Известно использование термоциклирования для обработки чугуна [1] с целью повышения однородности химического состава металла и пластических свойств. Известен также способ термоциклической обработки чугуна, включающий многократные нагревы до температур на 50-200°С выше Ас3 и охлаждение на воздухе до температур на 50-200°С ниже Ar3 [2]. Однако снижения коэффициента линейного расширения при использовании этого способа не происходит.
Наиболее близким к заявляемому является способ термической обработки чугуна, включающий нагрев и охлаждение в воде, отличающийся тем, что нагрев проводят в интервале 890-1020°С циклически с выдержкой 5-15 минут, при этом число циклов выбирают 2-4 [3]. Однако этот способ не приводит к существенному снижению КЛР.
Задачей предлагаемого способа термической обработки чугуна является снижение коэффициента линейного расширения в интервале температур испытания 50-250°С, что в перспективе позволит использовать серый чугун в качестве нового прецизионного материала, частично заменив такие сплавы с низкими значениями КЛР, как инвары, суперинвары и ковары.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что чугун нагревают при 980-1020°С, выдерживают при этой температуре в течение 5-15 мин, охлаждают в воде, затем выдерживают в расплаве мочевины при 135-150°С в течение 10-20 мин с последующим охлаждением на воздухе. Количество циклов - до 3.
Использование такой термической обработки позволяет снизить КЛР до необычно низких значений за счет интенсификации процессов диффузии.
Эта термообработка снижает КЛР при температурах испытания 50-100°С, что важно для материалов приборной техники, а также при температурах испытания 150-200°С, что необходимо для гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Оптимальное количество циклов составляет до 3. Увеличение количества циклов более 3 нецелесообразно, так как дальнейшее снижение КЛР незначительно.
На чертеже представлены значения КЛР после термообработки, проводимой по известному и предлагаемому способам.
Пример. Использовали чугун марки СЧ-20, выплавленный в литейном цехе ОАО «ЗСМК». Плавка проводилась в индукционной печи ИЧТ-10М№5, номер плавки 2-8377. Химический состав чугуна: С - 3,65%; Si - 1,77%; Mn - 0,56%; S - 0,021%; P - 0,16%; Cr - 0,32%; Ni - 0,17%; Ti - 0,04%; V - 0,05% (ГОСТ 1412-85). Нагрев отливок осуществляли при 980-1020°С с выдержкой в течение 5-15 мин, охлаждали в воде, затем выдерживали в расплаве мочевины (химическая формула - CO(NH2)2) при 135-150°С в течение 10-20 мин и охлаждали на воздухе. Для сравнения проводили термоциклическую обработку чугуна по способу, принятому за прототип. Температуры нагрева составляли 980-1020°С с выдержкой 5-15 мин, охлаждение в воде. Количество циклов составляло 1-4. После каждого цикла проводили дилатометрический анализ. Эффективность обработки оценивали по результатам определения КЛР на оптическом дилатометре системы Шевенара. Полученные результаты сведены в таблицу.
Как видно из приведенных в таблице результатов, эффективность предлагаемого способа термоциклической обработки чугуна с количеством циклов до 3 выше по сравнению с известным способом.
Предлагаемый способ термоциклической обработки может быть использован на металлургических и машиностроительных заводах для улучшения свойств отливок из чугуна.
| Таблица | |||||||||
| Способ обработки чугуна | Кол-во циклов | Коэффициент линейного расширения при различных температурах испытания, α×106, град-1 | |||||||
| 50 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | ||
| Известный: | без обработки | 8,45 | 9,70 | 10,72 | 11,74 | 12,47 | 13,03 | 13,47 | 13,37 |
| 980°С, 15 мин, вода | 2 | 10,41 | 11,37 | 7,79 | 9,62 | 14,83 | 16,58 | 16,82 | 13,26 |
| 1000°С, 10 мин, вода | 4 | 10,41 | 11,11 | 6,24 | 8,98 | 13,49 | 15,82 | 16,05 | 8,41 |
| 1020°С, 5 мин, вода | 6 | 10,41 | 11,11 | 6,11 | 8,76 | 13,47 | 15,60 | 16,05 | 8,41 |
| Предлагаемый: | без обработки | 8,45 | 9,70 | 10,72 | 11,74 | 12,47 | 13,03 | 13,47 | 13,37 |
| 980°С, 15 мин, вода+расплав мочевины 150°С, 20 мин, воздух | |||||||||
| 1 | 7,93 | 6,90 | 3,07 | 7,69 | 12,25 | 14,31 | 14,17 | 10,42 | |
| 1000°С, 10 мин, вода+расплав мочевины 140°С, 15 мин, воздух | |||||||||
| 2 | 7,57 | 7,53 | 9,47 | 7,27 | 12,01 | 14,65 | 15,33 | 7,62 | |
| 1020°С, 5 мин, вода+расплав мочевины 135°С, 10 мин, воздух | |||||||||
| 3 | 6,97 | 6,70 | 2,66 | 7,89 | 12,93 | 13,15 | 1,27 | 0,71 | |
| то же | 4 | 8,76 | 6,20 | 6,84 | 8,28 | 12,48 | 14,42 | 14,74 | 14,84 |
Источники информации
1. Федюкин В.К., Смагоринский М.Е. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин. - Ленинград: Машиностроение, 1989, с.128-138.
2. А.с. №412262, кл. 21 D 5/00 «Способ термоциклической обработки чугуна» / Лебедев Т.А., Маринец Т.К., Федюкин В.К. ЛПИ им. Калинина. Опубл. БИ №3, 1974.
3. А.с. №2322515, кл. C21D 5/02 «Способ термоциклической обработки чугуна» / Афанасьев В.К., Чибряков М.В., Корнеева О.В., Толстогузов В.Н., Старовацкая С.Н. СибГИУ. Опубл. БИ №11, 2008.
Способ термоциклической обработки отливок из серого чугуна, включающий в каждом цикле нагрев отливки до 980-1020°С, выдержку 5-15 мин, охлаждение в воде, отличающийся тем, что проводят дополнительный нагрев в расплаве мочевины при 135-150°С, выдержку 10-20 мин и последующее охлаждение на воздухе, при этом количество циклов составляет до 3.
