Способ получения легированного чугуна для износостойких деталей

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения различных марок легированных чугунов для изготовления быстроизнашиваемых деталей, работающих в условиях значительных нагрузок, например защитных втулок подшипников, валов, гильз цилиндров. Получают в печи металлический расплав с содержанием Ni≥1,0%, перегревают его электрической дугой постоянного тока до 1480-1580°C, скачивают шлак и вводят на зеркало металлического расплава алюминий в количестве 0,5÷3,5% от веса жидкого металла в печи для проведения электролитического раскисления расплава, термовыдерживают в течение 1-7 мин, проводят кристаллизацию расплава путем интенсивного охлаждения со скоростью 60-100°C/мин до температуры, находящейся в интервале на 100°C ниже и выше температуры устойчивости перлита, затем извлекают отливку из формы и охлаждают до комнатной температуры со скоростью 30-60°C/ч и проводят механическую обработку рабочей поверхности отливки, которую затем подвергают термообработке токами высокой частоты. Изобретение позволяет получить чугун с высокой трещиноустойчивостью и эксплуатационными характеристиками. 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения различных марок легированных чугунов, предназначенных для изготовления быстроизнашиваемых деталей, работающих в условиях значительных нагрузок, например защитных втулок подшипников, валов, гильз цилиндров.

Известен способ [1] получения чугуна для тонкостенных отливок, включающий расплавление шихтовых материалов, содержащих 0,03…0,4% хрома, перегрев и модифицирование расплава, ввод сфероидизаторов и графитизаторов в ковше при выпуске в него расплава и заливку форм. Содержание кремния в шихте поддерживают равным 0,4…0,6 мас. %.

Недостатками способа [1] являются использование сфероидизирующих модификаторов, нестабильность результатов, ограничение по содержанию кремния в шихте.

Известен способ [2] воздействия электромагнитным излучением на расплавленный металл, включающий в себя обработку расплава металла электромагнитными колебаниями для изменения его физической структуры специальной установкой, которая генерирует электромагнитные колебания.

Недостатками способа [2] являются невозможность использования установки в промышленных печах, сложность в эксплуатации, нестабильная микроструктура чугуна и его механические свойства.

Наиболее близким по существу заявляемого изобретения, прототипом, является способ [3] получения чугуна с различной формой графита, включающий загрузку в печь шихты, состоящей из стального лома, передельного чугуна и углеродсодержащей добавки, проплавление ее под основным шлакообразующим материалом до получения заданного суммарного содержания углерода и кремния в расплаве, перегрев расплава до заданной температуры, введения алюминия с последующей термовыдержкой не более 30 мин, скачивание шлака и модифицирование расплава в ковше силикокальцием в количестве 1,0÷1,5% от веса жидкого металла в ковше.

Недостатками способа [3] являются наличие отбела в различных сечениях отливки, низкие механические свойства, ликвация алюминия в структуре чугуна, низкая трещиноустойчивость при термообработке.

Целью предлагаемого изобретения является получение легированных чугунов с повышенными износостойкими свойствами, устойчивыми к образованию трещин при термообработке, рабочим слоем деталей с повышенной твердостью и видоизмененной матрицей чугуна, обеспечивающей высокие эксплуатационные свойства.

Цели достигают тем, что расплав перегревают электрической дугой постоянного тока до создания неравновесного температурного поля и достижения заданной температуры, а для проведения электролитического раскисления расплава вводят на зеркало расплава алюминий в количестве 0,5-3,5% от веса жидкого металла в печи, термовыдерживают в течение 1-7 мин, проводят выпуск металла из печи в ковш, разливают по формам, в которых расплав кристаллизируется интенсивным охлаждением со скоростью 60-100°С/мин до достижения температурного интервала, на 100°С ниже и выше температуры устойчивости перлита, затем извлекают отливку из формы, охлаждают до комнатной температуры со скоростью 30-60°С/ч. Отливку мехобрабатывают и подвергают термообработке токами высокой частоты с заданными параметрами.

Способ осуществляется следующим образом.

Плавку легированного чугуна проводят в дуговых печах постоянного тока, например ПДППТ-0,25А400 с нейтральной футеровкой. В качестве шихты используют чугунный лом, ферродобавки, графитовую стружку. Расплавление ведут под дугой постоянного тока, перегревают расплав до создания неравновесного температурного поля 1480-1580°С, скачивают образовавшийся при расплавлении шлак и вводят алюминий на зеркало металла к количестве 0,5÷3,5% для проведения электролитического раскисления расплава в процессе термовыдержки в течение 1-7 мин. Выпускают расплав в ковш и производят разливку по формам, а кристаллизацию расплава в форме прозводят интенсивным охлаждением со скоростью 60-100°С/мин до достижения температурного интервала на 100°С ниже и выше температуры устойчивости перлита, затем извлекают отливку из формы, охлаждают до комнатной температуры со скоростью 30-60°С/ч. Далее после проведения механической обработки рабочую поверхность детали подвергают термообработке токами высокой частоты, под воздействием которых перлитная матрица полученного чугуна превращается в мартенситную с твердостью 55-65 HRC.

Расплавление и перегрев чугуна под дугой постоянного тока до создания неравновесного температурного поля, электролитическое раскисление в процессе термовыдержки в течение 1-7 мин, интенсивное охлаждение по заданным параметрам с последующей термообработкой позволяют говорить о чугунах с высокой трещиностойкостью со способностью фазовых превращений с увеличением твердости до 65 HRC и износостойкостью.

Осуществление получения чугунов по предлагаемому способу возможно при получении расплава с содержанием С - 2,6÷3,2%; Si≥0,2%; Ni≥1,0%; Al≥0,3÷3,3% при соблюдении всех заданных параметрах плавления, ввода алюминия термовыдержки и термообработки:

- Ведение плавки под дугой постоянного тока и перегрев расплава до создания неравновесного температурного поля создают непревзойденные условия для последующего электролитического раскисления расплава без применения шлакообразующих материалов (флюсов).

- Термовыдержка 1…7 мин при температуре 1480÷1580°С после ввода алюминия позволяет устранить ликвации химических элементов в расплаве.

- Интенсивное охлаждение со скоростью 60-100°С/мин до достижения температурного интервала на 100°С ниже и выше температуры устойчивости перлита обеспечивает получение 100% перлитной составляющей чугуна, наличие которого необходимо для устойчивого фазового превращения в мартенсит при термообработке.

- Наличие в чугуне никеля обеспечивает трещиноустойчивость детали при закалке токами высокой частоты.

- Закалка деталей токами высокой частоты - ТВЧ-закалка при заданных параметрах обеспечивает превращение перлита чугуна в мартенсит с твердостью 55-65 HRC, повышение износостойкости и эксплуатационных свойств детали.

Наличие карбидов (Fe3CAl) и никеля увеличивает вязкость, износостойкость, обеспечивает мелкодисперсность структуры чугуна, однородную твердость.

Пример. Плавку легированного чугуна осуществляют в дуговой печи постоянного тока с нейтральной футеровкой, используя в качестве шихты чугунную стружку, ферродобавки и графитовую стружку с расчетом получения содержания С - 3,0%; Si - 1,0%; Ni - 1,5%. По получению заданно-требуемого химического состава расплав перегревают до создания неравновесного температурного поля и достижения заданной температуры - 1580°С. Скачивают образовавшийся шлак и на зеркало металла вводят алюминий из расчета 0,8% от веса жидкого металла в печи для проведения электролитического раскисления расплава. Термовыдерживают в течение 1-7 мин. Сливают расплав в ковш и разливают по формам. Кристаллизацию расплава в форме проводят интенсивным охлаждением со скоростью 60-100°С/мин до достижения температурного интервала на 100°С ниже и выше температуры устойчивости перлита, затем отливку извлекают из формы и охлаждают до комнатной температуры со скоростью 30-60°С/ч. Охлажденную отливку механически обрабатывают и подвергают ТВЧ-закалке с целью проведения фазового превращения перлита твердостью 270 НВ в мартенсит с твердостью 55-65 HRC.

Приведена таблица, где представлены результаты плавки и термообработки.

Чугун, полученный по патенту РФ 2181775, авт. св. СССР 1735381, при аналогичных условиях имеет худшие показатели (Таблица, номер 3 и 1), чем чугун заявленным способом.

Таким образом, использование предлагаемого способа получения чугуна позволяет создать гамму новых чугунов с высокой трещиноустойчивостью и эксплуатационными характеристиками, легируя его хромом, молибденом и другими элементами, способных удовлетворить возрастающие требования машиностроения.

Способ позволяет исключить образование цементита, обеспечивает 100% образование перлита в основе чугуна при интенсивном охлаждении и его последующее превращение в мартенсит без образования трещин в деталях. Высокая твердость чугуна после ТВЧ-закалки и как следствие высокая износостойкость позволяет провести замену дорогостоящих легированных и высоколегированных сталей в деталях, работающих в абразивных и агрессивных средах.

Предлагаемое изобретение удовлетворяет критериям новизны, так как при определении уровня техники не обнаружено средство, которому присущи признаки, идентичные (то есть совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) всем признакам, перечисленным в формуле изобретения, включая характеристику назначения.

Заявляемый способ имеет изобретательский уровень, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками данного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат. Заявленное техническое решение можно реализовать в области металлургии, а именно в производственных условиях литейно-металлургических предприятиях. Это соответствует критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям.

Использованные источники.

1. Авт. св. СССР 1735381, М. Кл. С21С 1/00.

2. Патент РФ 1435609, М. Кл. С21С 1/00.

3. Патент РФ 2181775, М. Кл. С21С 1/00, 1/10.

Способ получения легированного чугуна для износостойких деталей, включающий загрузку шихты и ее плавление в электродуговой печи, легирование полученного в печи металлического расплава, его термовыдержку и разливку в формы, отличающийся тем, что получают в печи металлический расплав с содержанием Ni≥1,0%, перегревают его электрической дугой постоянного тока до 1480-1580°C, скачивают шлак и вводят на зеркало металлического расплава алюминий в количестве 0,5÷3,5% от веса жидкого металла в печи для проведения электролитического раскисления расплава, термовыдерживают в течение 1-7 мин, проводят кристаллизацию расплава путем интенсивного охлаждения со скоростью 60-100°C/мин до температуры, находящейся в интервале на 100°C ниже и выше температуры устойчивости перлита, затем извлекают отливку из формы и охлаждают до комнатной температуры со скоростью 30-60°C/ч и проводят механическую обработку рабочей поверхности отливки, которую затем подвергают термообработке токами высокой частоты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для модифицирования отливок из ковкого чугуна. Модификатор содержит смесь порошков, мас.

Изобретение относится к металлургии, а именно к износостойким чугунам с шаровидным графитом для производства литьем деталей, предназначенных для работы в условиях ударно-абразивного износа при температуре до 500°C, в частности деталей машин для изготовления асфальта, бетона и т.п.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения высокопрочного чугуна, пригодного для производства изделий с высоким пределом прочности.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам износостойких чугунов, и может быть использовано для изготовления деталей гидромашин, перекачивающих абразивные смеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к аустенитным чугунам с шаровидным графитом для производства деталей, предназначенных для работы в агрессивной среде при температуре от -60° до +90°С, в частности для изготовления рабочих органов погружных центробежных насосов для добычи нефти.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения алюминиевого чугуна с измельченной структурой из исходного, который используют при массовом производстве отливок.

Изобретение относится к металлургии и может быть использован для получения модифицированного чугуна с высокими качественными показателями. В способе используют пыль газоочистки электротермического производства кремния, содержащую компоненты в следующем соотношении, мас.

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к способам получения высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита, и может быть использовано при производстве средних и крупногабаритных отливок с толщиной стенки 50 мм и выше.

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейному производству, и может быть использовано при производстве отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам высокопрочного хладостойкого чугуна для производства литых заготовок в условиях массового производства.

Изобретение относится к металлургии, а именно к модификаторам и лигатурам, используемым при производстве серого и высокопрочного чугунов. Модифицирующий брикет для чугуна содержит шлам соляных ванн закалочных баков и алюминий в виде стружки при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюминий в виде стружки 40-30, шлам соляных ванн закалочных баков 60-70, при этом шлам содержит карбонат бария в количестве 36-38%, хлористого калия, хлорида натрия и хлорида магния по 10% и окись магния в количестве 0,5%.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к составам модификаторов, используемых в производстве легированных чугунов с шаровидным графитом. Модификатор содержит, мас.%: магний 2,0-9,0; церий 6,0-12,0; железо ≤ 1,5; барий 4,0-10,0; алюминий 2,0-4,0; никель остальное.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к литейному производству, и может быть использовано при производстве высокопрочных чугунов и отливок из них ответственного назначения.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к литейному производству, и может быть использовано при производстве чугунов различного функционального назначения в индукционных печах.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для внепечной обработки металлургических расплавов с помощью порошковой проволоки. Порошковая проволока состоит из металлической оболочки и наполнителя из механической смеси порошков магния и пассивирующей добавки.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения высокопрочного чугуна, пригодного для производства изделий с высоким пределом прочности.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения алюминиевого чугуна с измельченной структурой из исходного, который используют при массовом производстве отливок.

Изобретение относится к металлургии и может быть использован для получения модифицированного чугуна с высокими качественными показателями. В способе используют пыль газоочистки электротермического производства кремния, содержащую компоненты в следующем соотношении, мас.

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейному производству, и может быть использовано при производстве отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам лигатуры, которая может быть использована для производства чугуна. Лигатура содержит, мас.%: алюминий 2,0-3,0; гафний 23,0-25,0; бор 3,0-5,0; углерод 0,5-1,5; ниобий 15,0-20,0; цирконий 5,0-10,0; железо - остальное.
Изобретение относится к чугунному сплаву со сферическим графитом и может быть использовано для изготовления зубчатых колес и зубчатых шестерен. Чугун со сферическим графитом содержит, в мас.%: углерод от 2,5 до 4, кремний от 1,5 до 4,4, магний от 0,02 до 0,1, никель от 3,5 до 7, медь от 0,5 до 3, молибден от 0,15 до 1, железо и неизбежные примеси - остальное. Изобретение направлено на изготовление изделий из чугуна с большой передающей мощностью. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения различных марок легированных чугунов для изготовления быстроизнашиваемых деталей, работающих в условиях значительных нагрузок, например защитных втулок подшипников, валов, гильз цилиндров. Получают в печи металлический расплав с содержанием Ni≥1,0, перегревают его электрической дугой постоянного тока до 1480-1580°C, скачивают шлак и вводят на зеркало металлического расплава алюминий в количестве 0,5÷3,5 от веса жидкого металла в печи для проведения электролитического раскисления расплава, термовыдерживают в течение 1-7 мин, проводят кристаллизацию расплава путем интенсивного охлаждения со скоростью 60-100°Cмин до температуры, находящейся в интервале на 100°C ниже и выше температуры устойчивости перлита, затем извлекают отливку из формы и охлаждают до комнатной температуры со скоростью 30-60°Cч и проводят механическую обработку рабочей поверхности отливки, которую затем подвергают термообработке токами высокой частоты. Изобретение позволяет получить чугун с высокой трещиноустойчивостью и эксплуатационными характеристиками. 1 табл.

Наверх