Способ получения поверхностно-легированных отливок

 

К, И, Вельский, Ю. В. Соколов, M. В. Ситкевич, Г. И, Залужный и И. Е. Горелик

1... !

Белорусский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (72) Авторы изобретения (71) Заввнтевь (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНО-ЛЕГИРОВАННЫХ

ОТЛИВОК

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химикотермической обработке, и может быть использовано для получения поверхностно-легированных отливок с хорошей прочностью и пластичностью сердцеФ вины. ,Известен способ создания материалов, отвечающих требованиям эксплуатации их при высоких температурах и .

Ф0 осевых нагрузках, заключающийся в получении ориентированной структуры однонаправленньм осевым теплоотводом (l ), Однако существующий способ в ряде случаев требует проведения дополнительной химико-термической обработки с целью получения, например, высокой жаростойкости, износостойкости, твердости поверхностного слоя деталей.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ получения отливок с поверхностно-легированным слоем, включающий нанесение на рабочую поверхность литейной

2 формы слон легирующего покрытия, предварительный подогрев ее, заливку расплавленного металла, выдержку с подогревом в нагревателе и последующее охлаждение j2).

Однако способ не позволяет получить заданную толщину насыщенного слоя и исключает возможность ee регулнрования по длине отливки, что в зависимости от условий эксплуатации деталей бывает необходимо, например, при работе выталкивателей горячештампового инструмента. Кроме того, сердцевина отливки, полученной в условии объемной кристаллизации, характеризуется относительно низкой прочностью и пластичностью.

Целью изобретения является обеспечение регулирования толщины поверхностно-легированного слоя по длине отливки с одновременным повьвпением прочности и пластичности ее сердцеВИНЫ, 869959

Поставленная цель достигается в способе, включающем нанесекие на рабочую поверхность литейной формы слоя легирующего покрытия, предварительный подогрев ее, заливку расплавленного металла, выдержку .с подогревом в нагревателе и последующее охлаждение, поверхностное легированке ведут в установке для направленного затвердеванкя, размещая литейную форму. на поддоне-холодильнике, предварительный

/ нагрев литейной формы ведут до температуры на 50-!00 С выше температуры ликвкдуса заливаемого сплава, причем после выдержки литейную форму выводят из нагревателя вниз со скоростью 0,52 мм/мни.

ФЬрму заливают расплавленным металлом и помещают в высокотемпературную камеру установки для .направленной кристаллизации. Процесс насыщения происходит при заливке металла и во всем интервале его кристаллизации с опновременным формированием продольно ориентированной столбчатой структуры сердцевины, образующейся при однона-, / правленном охлаждении жидкого металла ° Создание ориентированной структуры обеспечивает повышенные показатели пластичности к прочности, Пример. Проводили поверхностное легирование отливок бором.

Смесь порошкообразных компонентов, и жидкого стекла состава, вес.X: карбид бора 35, фтористый натрий 5, железная окалина 45, растворимое сте35 кло 15 (размер фракции порошковых компонентов 0 1-0,2 мм) наносили толщиной 4-5 мм на внутреннюю поверхность литейной формы кистью. Затем форма с диффузионно-активным покрытием подвер40 галась сушке в электропечи при температуре 200 С в течение 30 мин. Форма была подготовлена для получения литых образцов диаметром 20 мм и длиной

50 мм. Подготовленную форму помещали в высокотемнературную камеру н прогревали до 1200-1300 С, после чего провоо дили заливку жидкой стали 50 а температурой 1700 С. Форму с расплавленным металлом устанавливали на водоохлаждаемое основание, являющееся конструк тивной частью (кристаллизатором) установки для направленной кристаллизации, помещали в камеру установки с

4 температурой на 50-100 С, превышающей

O линию ликвкдус 1550, !575, 1600 С. Выдерживали при этой температуре в течение 15 мин и затем выводили из камеры со скоростью 0,5-2 мм/мин: сверху вниз.

Для предотвращения выгорания углерода через камеру пропускали аргон, После кристаллизации и охлаждения отливок проводились металлографические, рентгенографические исследования и испытания на растяжение. Результаты исследований представлены в таблице.

Компоненты состава применялись в виде: технический карбид бора (ГОСТ 3647-71), натрий фтористый марки "Ч" (ГОСТ 4463-66), железная окалина (отход кузнечно-прессового производства), жидкое стекло (ГОСТ 13076-67).

Результаты металлографического и рентгеноструктурного анализов свидетельствуют, что диффузионные слои со" стоят иэ боридной эвтектики и имеют различную глубину по длине отливки.

Микротвердость поверхностных слоев при этом 1200-1300 кгс/мм, в то время как микротвердость нелегированных образцов 250-300 кгс/мм

Сердцевина представляет собой структуру столбчатых кристаллов с преимущественным направлением роста $110$

В случае использования известного способа получения поверхностно-легированных отливок по прототипу (заливка стали 50 с температурой 1700 С в аналогичную форму с таким же лЮгирующим покрытием) получались отливки, у которых толщина борированного слоя составляет 1,25 мм. Проведенные испытания показали, что предел прочности на разрыв таких образцов составляет

6 = 55 кгс/мм, а относительное удлинение б = 133.

Данные испытаний свидетельствуют, что показатели прочности в 1,4 а показатели пластичности в 1,8 раза выше при использовании предложенного ,способа по сравнению со способом, взя- тым за прототип, При этом толщина слоя высокотвердых боридов возрастает вследствие увеличения длительности высокотемпературного взаимодействия формы и стали.

869959

Скорость перемещения

Э мм/мин

Температу- 6, ра камеры, кгс/мм

0С

Толщина борированного слоя мм конец отливки начало отливки

73 24

74 23

76 25

1550

1,60

0,5

0,95

1575

1,57

1,0

1,05

1600

1,10

1,55

Формула изобретения

Составитель Т, Королева

Редактор Н. Аристова Техред А, Ач Корректор M.Kîñòâ

Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР .по делам изобретений и открытий

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

Заказ 8719/18

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Способ получения поверхностно-легированных отливок, включающий нанесение на рабочую поверхность литей- щ ной формы слоя легирующего покрытия, предварительный подогрев ее, заливку расплавленного металла, выдержку с подогревом в нагревателе и последующее охлаждение, о т л. и ч а ю шийся у тем, что, с целью регулирования толщины поверхностно-легированного слоя по длине отливки с одновременным повышением прочности и пластичности ее сердцевины, поверхностное легирование ведут в установке для направленного затвердевания, размещая ее на поддонехолодильнике, предварительный подогрев литейной формы ведут до температуры на 50-100 С выще температуры ликвидуо са заливаемого сплава, причем после выдержки литейную форма выводят из нагревателя вниз со скоростью 0,5—

2 мм/мин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

"Монокристальные волокна и армированные ими материалы". Мир, 1973, с. 334.

2. Авторское свидетельство СССР

У 579098, кл. В 22 0 27/20, (В 22 С 3/00), 1975.