Способ получения отбеленных износостойких отливок
Владельцы патента RU 2477195:
Открытое акционерное общество "ГАЗ" (ОАО "ГАЗ") (RU)
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) (RU)
Изобретение относится к литейному производству. Способ включает изготовление форм, установку холодильников, перелив чугуна из печи в ковш, заливку форм чугуном и последующее охлаждение кристаллизующегося металла. При разливке в ковш вводят гипс в количестве 0,1-0,8% совместно с ферромарганцем, взятым в количестве 3,0%. Обеспечивается увеличение усвоения серы в ковше, увеличение твердости и глубины отбеленного слоя. 2 табл.
Изобретение относится к металлургии литейного производства, в частности к разработке способа получения отбеленной износостойкой отливки.
Известен «Способ получения отливок автомобильных распредвалов» [1]. Недостатком данного способа является недостаточная глубина отбела на носиках кулачков и наличие цементита в опорных шейках. Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является «Способ получения отбеленных износостойких отливок» [2].
Недостатком данного способа является низкая эффективность его применения при вводе гипса в печь.
Технической задачей данного изобретения является исключение ввода серосодержащих веществ в шихту печи, т.к. металл в печи является базовым в том числе и для получения высокопрочного чугуна (с низким содержанием серы до 0,02%) с шаровидным графитом.
Технический результат достигается совместным вводом гипса и ферромарганца в ковш.
Аналогов, содержащих отличительные признаки предлагаемого технического решения, не обнаружено.
На «ГАЗе», в условиях литейной цеха были проведены опытные сравнительные плавки получения распредвалов известным и предложенным способами. Чугун выплавляли в дуговой печи с кислой футеровкой. В качестве шихты использовали чушковые передельные чугуны, возврат чугуна СЧ21, отходы стали, ферросилиций, ферромарганец, феррохром и коксик.
Металл перегревали в печи до 1520°С, выливали в передаточный ковш, а из него - в 3 заливочных ковша. Заливка форм распредвалов велась при 1360-1420°С тремя вариантами: 1 вариант - с добавкой гипса в печь, 2 вариант - с добавкой гипса в ковш и 3 вариант - с добавкой гипса вместе с ферромарганцем в ковш.
В таблице 1 приведены химсоставы распредвалов с различным количеством введенных добавок гипса.
В таблице 2 приведены твердости кулачков, величины чистого отбела на кулачках, твердости опорных шеек и их микроструктура в зависимости от разного способа введенного в чугун гипса. Серосодержащее вещество - гипс попробовали ввести в ковш. Усвоение серы было небольшим (таблица 1, 230-470%) по сравнению с вводом в печь (400-800%). При совместном вводе в ковш гипса и ферромарганца усвоение серы увеличилось и стало 370-730%. В таблице 2 приведены механические свойства и структура - твердость и величина отбела кулачков выше у предлагаемого способа, чем у известного, что повышает износостойкость кулачков распредвала по новому способу. В структуре опорной шейки известного способа имеется цементит. В опорной шейке предлагаемого способа цементита и феррита нет. Структура стабильно-перлитная и твердость выше, что повышает и их износостойкость. Как видно из таблиц 1 и 2, совместный ввод гипса и ферромарганца в ковш дает максимальный положительный эффект: увеличение усвоения серы в ковше (варианты 2-5, таблица 1 предлагаемого способа), увеличение отбеленного слоя со стороны холодильников(варианты 2-5, таблица 2 предлагаемого способа) и исключение «отбела» в центральной части отливки распредвала.
Поскольку усвоение серы в известном способе, в ковше, ниже, чем в печи (как видно из таблицы 1), вариант ввода одного гипса в ковш в таблице 2 уже не рассматривается.
Ввод 0,08% гипса с ферромарганцем в ковш (вариант 1 предлагаемого способа) дает недостаточную величину отбела на носиках кулачков распредвала. Начиная с 0,1% до 0,8% гипса, введенного с 3% ферромарганца в ковш, получается стабильно нормированная величина отбела на носиках кулачков и полностью отсутствует цементит в опорных шейках (варианты 2-5).
Ввод 0,9% гипса с ферромарганцем в ковш является уже излишним, т.к. приводит к появлению цементита в опорных шейках и завышенной их твердости (вариант 6, таблица 2). Добавка ферромарганца меньше 3% (вариант 7 таблиц 1 и 2) уменьшает твердость отбеленного слоя кулачка и опорной шейки (по сравнению с вариантом 6). Увеличение ферромарганца свыше 3% (вариант 8 таблиц 1 и 2) увеличивает твердость опорной шейки с появлением цементита в ее структуре. Таким образом, ввод 0,1-0,8% гипса вместе с 3% ферромарганца в ковш дает самый оптимальный положительный эффект, увеличение твердости и глубины отбеленного слоя со стороны холодильника и исключение отбела в центральной части элементов отливки.
Таблица 1 | |||||||||||
Способ получения отливок | Вариант № | Химанализ, % | Увеличение серы, % | Количество гипса, % | Совместно, в ковш: (гипс + FeMn 70), % | ||||||
С | Si | Мn | Сr | Р | S | В печь | В ковш | ||||
исходный | 3,81 | 1,75 | 1,02 | 0,32 | 0,075 | 0,012 | - | - | - | - | |
Известный | 1 | 3,80 | 1,76 | 1,03 | 0,31 | 0,075 | 0,02 | 170 | 0,08 | - | - |
2 | 3,81 | 1,79 | 1,02 | 0,30 | 0,074 | 0,022 | 180 | 0,1 | - | - | |
3 | 3,78 | 1,76 | 1,03 | 0,30 | 0,074 | 0,052 | 430 | 0,4 | - | - | |
4 | 3,76 | 1,78 | 1,02 | 0,29 | 0,073 | 0,072 | 600 | 0,6 | - | - | |
5 | 3,74 | 1,80 | 1,04 | 0,29 | 0,072 | 0,096 | 800 | 0,8 | - | - | |
6 | 3,72 | 1,87 | 1,05 | 0,28 | 0,068 | 0,102 | 900 | 0,9 | - | - | |
1 | 3,80 | 1,78 | 1,02 | 0,32 | 0,075 | 0,015 | 125 | - | 0,08 | - | |
2 | 3,81 | 1,79 | 1,03 | 0,31 | 0,074 | 0,019 | 150 | - | 0,1 | - | |
3 | 3,79 | 1,79 | 1,02 | 0,30 | 0,074 | 0,028 | 230 | - | 0,4 | - | |
4 | 3,78 | 1,80 | 1,02 | 0,29 | 0,073 | 0,042 | 350 | - | 0,6 | - | |
5 | 3,77 | 1,81 | 1,01 | 0,28 | 0,073 | 0,056 | 470 | - | 0,8 | - | |
6 | 3,76 | 1,89 | 1,00 | 0,28 | 0,072 | 0,070 | 580 | - | 0,9 | - | |
Предлагаемый | исходный | 3,82 | 1,77 | 0,30 | 0,32 | 0,074 | 0,013 | - | - | - | - |
1 | 3,81 | 1,78 | 1,21 | 0,33 | 0,073 | 0,018 | 150 | - | - | 0,08+3,0 | |
2 | 3,80 | 1,79 | 1,18 | 0,32 | 0,074 | 0,021 | 175 | - | - | 0,1+3,0 | |
3 | 3,79 | 1,80 | 1,17 | 0,29 | 0,073 | 0,044 | 370 | - | - | 0,4+3,0 | |
4 | 3,78 | 1,81 | 1,18 | 0,28 | 0,072 | 0,066 | 550 | - | - | 0,6+3,0 | |
5 | 3,78 | 1,83 | 1,19 | 0,28 | 0,073 | 0,088 | 730 | - | - | 0,8+3,0 | |
6 | 3,77 | 1,81 | 1,20 | 0,28 | 0,074 | 0,100 | 800 | - | - | 0,9+3,0 | |
7 | 3,78 | 1,78 | 1,03 | 0,28 | 0,073 | 0,061 | 542 | - | - | 0,6+2,8 | |
8 | 3,77 | 1,82 | 1,42 | 0,29 | 0,074 | 0,068 | 561 | - | - | 0,6+3,2 |
Таблица 2 | |||||
Способ получения отливок | Вари ант № |
Твердость кулачков, HRC | Величина отбела на кулачках, мм | Твердость опорной шейки, НВ 5/750/10 | Микроструктура опорной шейки |
Известный способ | 1 | 46 | 6,8 | 179 | ПГф1,2-ПГд45-90-ПГр1,2-ПГ10-П85(Ф15) |
2 | 49,7 | 7,8 | 190 | ПГф1,2-ПГд45-90-ПГр1,2-ПГ10-П96(Ф4) | |
3 | 49 | 8,6 | 197 | ПГф1,2-ПГд45-ПГр1-ПГ10-П96(Ф4) | |
4 | 52 | 8,9 | 217 | ПГф1,2-ПГд45-ПГр1-ПГ10-П(Ф0) | |
5 | 53 | 9,2 | 229 | ПГф1,2-ПГд45-ПГр1,2-ПГ10-П(Ф0) | |
6 | 58 | 11 | 260 | ПГф1,2-ПГд45-ПГр1,2-ПГ10-П(Ф0)Ц6-Цп2000 | |
Предлагаемый способ | 1 | 47 | 7,0 | 187 | ПГф1-ПГд45-ПГр1,2-ПГ10-П96(Ф4) |
2 | 49 | 8,4 | 220 | ПГф1-ПГд45-ПГр1-ПГ10-П(Ф0) | |
3 | 51 | 8,8 | 229 | ПГф1,2-ПГд45-90-ПГр1-ПГ10-П(Ф0) | |
4 | 53 | 9,2 | 235 | ПГф1-ПГд45-ПГр1-ПГ10-П(Ф0) | |
5 | 55 | 9,4 | 240 | ПГф1-ПГд45-ПГр1-ПГ10-П(Ф0) | |
6 | 60 | 12 | 260 | ПГф1-ПГд25-ПГр1,2-ПГ10-П(Ф0)Ц4-Цп2000 | |
7 | 49 | 8,0 | 220 | ПГф1-ПГд45-ПГр1-ПГ10-П96(Ф4) | |
8 | 58 | 9,8 | 260 | ПГф1-ПГд25-ПГр1,2-ПГ10-П(Ф0)Ц2-Цп2000 | |
Технические условия | ≥49 HRC -3 мм | ≥7,8 мм | 190-255 | Феррита до 8%, цементит не допускается |
Способ получения отбеленных износостойких отливок, включающий изготовление форм, установку холодильников в формы, перелив чугуна из печи в ковш, заливку форм чугуном и последующее охлаждение кристаллизующегося металла, отличающийся тем, что в ковш с чугуном вводят гипс в количестве 0,1-0,8% совместно с ферромарганцем в количестве 3,0%.