Способ изготовления отливок из чугуна с шаровидным графитом

 

!

В. И. Куликов, E. В. Ковалевич, H. Н. Александров, Т. A. Волкова и Г. С. Васильченко !

Научно-производственное объединение пср" технологии машиностроения БНИИТМАШ

1 ! ! ! (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ ЧУГУНА

С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ

Изобретение относится к металлургии чугуна, в частности к способам изготовления отливок иэ чугуна с шаровидным графитом, обладающих повышенным сопротивлением хрупкому разрушению.

Йэвестны способы изготовления отливок из нелегированных чугунов с шаровидным графитом, включающим раснлавление .шихтовых: материалов, перегрев, сфероидиэирующую и графитиэирующую обработку, заливку форм и термообработку, 1Е как правило, двухстадийную. Эти способы обеспечивают получение высокого относительного удлинения .(О ) и ударной вязко,сти (ан ), необходимых для применения в условиях работы под давлением корпусных

1% деталей энергетического и др. оборудования, и направлены на получение гомогенной ферритНой структуры металлической основы Н.

Наиболее близким по технической cymности и достигаемой цели является способ изготовления отливок иэ чугуна с шаровидным графитом и способ их термообва2 ботки, состоящий иэ выбора и подготовки шихтовых материалов с низким содержанием фосфора (менее 0,12%) и марганца (менее 0,6%), расплавления шихтовых материалов и перегрева расплава, обработки расплава сфероидизирующими присадками на основе магния и его сплавов, обработки расплава графитиэирующими модификаторами, как правило, совместно с флюсами, и удаления шпака, разливки металла ло формам ириооаллиэаиии и оилаисаалии оолиаои 2), Термообработка состоит из двух стадий

1. Двухступенчатый отжиг в стационарном тепловом поле для разложения цементите и ферритизацин металлической основы при температурах Ао+10%. и Аф1(УС соответственно. Время выдержки в бирают достаточным дпя завершения обоих процессов - 2-6 ч.

2. Низкотемпературный отжиг в ста-, ционарном тепловом поле для снятия нап- ряжений в сложных деталях, приМеняемый

865917 как после выбивки, так и охлаждения на воздухе после термообработки.

Недостатком известных способов изготовления стали из чугуна с шаровидным графитом является то, что, несмотря на высокий уровень относительного удлинения, основной показатель механики лйнейного разрушения К„ чугуна остается низким и не превышает 100 кгс/мм . При этом Këñ слабо зависит m неправильности о шаровидной формы графита, структуры металлической основы и механических свойств. Вместе с тем эта характеристика является главной при определении эксплуатационной надежности и долговечности работы детали, так как она характеризует ее работоспособность при наличии дефектов (раковин, трещин и др.), скорость их роста и допустимые размеры.

Бель изобретения — повышение сопротиг ения хрупкому разрушению.

Бель достигается тем, что согласно способу отливок иэ чугуна с шаровидным графитом, заключающийся в расплавлении шихтовых материалов содержащих 0,0050,05% фосфора, перегрев расплава, вводе сфероидизаторов и графитизаторов в ковш при выпуске в него расплава, заливке форм, в расплав перед выпуском из печи вводят легирующие аустенирсобразую30 шне элементы, при выпуске в ковш перед вводом сфероидизаторов раскисляют силикокальцием 0,5-1,5% от веса металла и алюминием 1,0-1,5 суммы содержания хрома и молибдена в чугуне, при этом расплав ремодифицируют цериевыми РЗМ.

В качестве аустенитообраэующих легирующих элементов в расплав вводят Hj

CU, )ho, CI" в следующем количестве, в от веса расплава:

Ni 0,5-2,0

Сц 0,3-1,5

Мо 0,05-0. 15

С 0,03-0,40

Бериевые РЗМ вводят в количестве

0,О3-0,О5% от веса расплава.

Кроме того„согласно способу термообработки отливок из чугуна с шаровидным графитом, включающему графитиэирующий отжиг при температуре Ас +10 С в течение 2-4 ч и ферритизируюший отжиг при температуре Ась+10 С в течение 3-6 ч, 0 после ферритиэирукнцего отжига проводят дополнительный нагрев со скоростью 2—

5 град/мян до температуры Ас 110 С, выдерживают при этой температуре в течение 0,2-2 ч, охлаждают на воздухе до температуры А — (10-20 С), а затем о охлаждают со скоростью 30-600 град/мии.

Дополнительный нагрев ведут от 1 до

5 раз.

Для деталей сложной конфигурации дополнительно проводят отпуск в течение

2-6 ч при 280-300 С.

Пегирование чугуна аустенитообразующими элементами в указанных количествах производят для понижения устойчивости феррита при термообработке и облегчении выделения новой фазы при рекристаллизационной термообработке. Увеличение количества легирующих элементов выше

I укаэанных пределов способствует образованию бейнито-перлнтных структур и снижению сопротивления хрупкому разрушению.

Раскисление расплава чугуна при выпуске в ковш силикокальцием в количестве 0,5-1,5% способствует удалению из расплава кислорода и серы, увеличению продолжительности сфероидиэирующего эффекта, измельчению графита и перераспределению фосфора в структуре чугуна.

Введение силикокальция в количестве, меньшем 0,5%, не обеспечивает получе-. ния указанных эффектов, а количество, бо» лысее 1,5% способствует насыщению чугуна кремнием и затрудняет процесс получения качественных деталей.

Введение в расплав при выпуске в ковш алюминия в количестве 1,0-1,5суммы содержания хрома и молибдена препятствует образованию цементита, снижает его устойчивость при отжиге, способствуя переходу этих элементов в твердый раствор, снижая тем самым его устойчивость при последующем рекристаллизационном отжиге, и способствуя выделению новой фазы, обогащенной хромом и молибденом. Большие присадки алюминия приводят к образованию литейных дефектов, меньшие не обеспечивают, при наличии в чугуне хрома, полной графитизации в процессе кристаллизации и отжига.

Ремодифицирование цериевыми РЗМ необходимо для нейтрализации охрупчивающего влияния на феррит микропримесей поверхностно-активных цветных металлов: мышьяка, висмута, сурьмы и др. и стабилизации сфероидизирукнпего действии магния. Присадки РЗМ в больших количествах ,приводят к затруднению графитиэации в процессе кристаллизации и термообработки, а в меньших не обеспечивают нейтрализацию вредных примесей.

B способе термообработки температура нагрева, продолжительность выдержки, скорос.гь нагрева и охлаждения, как и число нагревов и охлаждений, зависят

ЭО от состава чугуна и устанавливаются по дилатометрическим кривым нагрева и охлаждения, а также в зависимости от массы и конструкции деталей.

Отклонение от указанных температурных, временных и скоростных режимов термообработки приводит к появлению перлито-мартенситных структур или не обеспечивает выпадение новой фазы, что в обоих случаях приводит к снижению сопротивления хрупкому разрушению.

При охлаждении сложных разностенных деталей при быстром охлаждении тонких частей возможно получение больших ос1 таточных напряжений, для снятия которых целесообразно проводить низкотемпературный отпуск цри 280-300 С.

О

При реализации способа плавку проводили в печи ИЧТ на шихтовых материалах, состоящих иэ ПВК-З, содержащими

0,14% Р и 0,11% МИ, и стальной высечки. После расплавления чугуна в печь присадили 1,3% Й, 0,6% Сп и 0,1% Мо. Содержание хрома определялось присутствием его в шихтовых материалах.

При выпуске иэ печи металл обрабатывали 0,8% Са 5i, 0,3% AR, что составляло величину, в 1,5 раза превышающую сумму содержания Ct и Мо в чугуне, и 0,03% мишметалла. После удаления шлака расплав модифицировали магнием в количестве 0,25%, затем модифицировали вторично Ре .и в количестве 0,5% и разливали no формам.

Отлитые заготовки термообрабатывали, по режиму: нагрев в течение 5 ч до

960 С, выдержка 4 ч, охлаждение с пео чью до 750 С, выдержка 4 ч и охлаждение с печью, далее трехкратная рекристаллизационная термообработка по режиму: нагрев с печью до 750 С, выдерж4 ка 1 ч, охлаждение на воздухе до 650 С о и последующее охлаждение со скоростью

60 град/мин.

Исследование структуры и свойств полученного чугуна с шаровидным ггафитом состава,%:С3,08; Si 2,2; Ми

0,25» Р 0,007 6 0,003 Cl" 0,10 );

%le 1ч3ъ, С3 0,6; Мо 0,07; AE 0,15,Ю, показало, что, не отличаясь по Механическим свойствам (39,3s У, НВ) от обычного ферритового чугуна, полученного обычным способом, он характеризуется в 1,5 раза более дисперсными включениями графита, особым строением межэеренных границ, при этом в составе фаз, выделяющихся по границам зерен, наблюдается повышенное на 20% содержание аус.генитообразуюших элементов (Ц, О, 65917 6

Со, Мо) и на 20% меньшее содержание кремния, в сравнении с основной металлической матрицей — Аерритом.

В результате указанных изменений в структуре в 10 раз уменьшилась скорость роста трещины, приблизив чугун по атому показателю в кованой роторной стали

25ХНЗМФА. Коэффициент интенсивности напряжений, характеризующий сопротивлеIО ние распространению трещин, воз эс в

3,5-4 раза„достигнув 350 кгс/мм

92

Ожидаемый экономический эффект226 т.руб. в год.

Формула изобретения

1. Способ изготовления отливок иэ чугуна с шаровидным графитом, заключающийся в расплавлении шихтовых материалов, содержащих 0,005-0,05% фосфора, перегреве расплава, вводе сфероидиэаторов и графитизаторов в ковш при выпуске в него расплава и заливке форм, о тличающийсятем, что, сцелью повышения г.опротивления хрупкому разрушению, в равплав перед выпуском из печи вводят легируюшие аустенитообраэуюшие элементы, при выпуске в ковш перед вводом сфероидизаторов раскисляют

-силикокальцием 0,5-1,5% от веса металла и алюминием 1,0-1,5 суммы содержания хрома и молибдена в чугуне, при этом расплав ремодифицируют первыми

РЗМ.

Э5

2.Способпоп. 1,отличаюш и и с я тем, что в качестве аустенитообразуюших элементов в расплав вводят никель, медь, молибден и хром в следующем количестве, в % от веса расплава:

Никель 0,5-2,0

Медь 0,3-1,5

Молибден 0,05-0,15

Хром 0,03-0,40

3.Способцоц. 1,отличаю45 ш и и с я тем, что цериевые РЗМ ввоa@1 в количестве 0,03-0,05% от веса расплава.

4. Способ термообработки отливок as чугуна с шаровидным графитом, включающий графитизируюший отжиг при температуре AC +10 С. в течение 2-4 ч и ферритиэируюший отжиг при температуре

А0 +10 C в течение 3-6 часов, о тлйчаюшийсятем,что, cöåëüþ повышения сопротивлении хрупкому разрушению, после ферритизируюшего отжига проводят дополнительный нагрев со скоростью 2-5 град/мин до температуры

7 86S9i

Ас ) 10 С, выдерживают при этой температуре в течение 0,2-2 ч, охлаждают на воздухе до температуры At (10-20 С), а затем охлаждают со скоростью 30BOO град/мин.

5. Способ по п. 4, о т л и ч а ю— ш я и с я тем, что дополнительный наг рев ведут от 1 до S раз.

7 8

И сточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ващенко К. И., Софрони Л. Магниевый чугун. Машгиз, 1960, с. 207-210.

2. !!ыпин И. О. Высокопрочный чугун с шаровидным гр, фитом, М., 1958, с. 51.

Составитель A. Кондратьев

Редактор С. Патрушева Техред З.Фанта Корректор Е. Рошко

Заказ 7992/39 Тираж 621 Подписное

ВНИИПИ Госудйрствениого комитета СССР по делам изобретений я открытий

113035, Москва, -35, Рауаская наб., д. 4/5

Филиал ППП Harem, г. Ужгород, ул. Проектная, 4