Способ изготовления стандартного образца чугуна

 

Союз Советских

Социалистических ресттубяик

О Л И С А Н И Е (985083

ИЗОБРЕТЕН ИЯ к лвтовскомь свидитвльствю (6l ) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено 27, 03. 81 (21) 3272080/22 "02 с присоединением заявки М (23) Приоритет (5! )М. Кл.

С21ОУ04

G 01 и 1/28

Рвуяаратеенный камнтет

СССР.ае делам нзабретеннй

II открытнй (53) УДК 669: 543:

: 535(088. 8) Опубликовано 30.12.82. Бюллетень М 48

Дата опубликования описания 06.01 ° 83 * """ Ы Уюыю. и М.И.Срогович

) И 1!ЛТЕНХ1!О- „,Ф I

Уральский научно-исследовательский ин Неду П91! ых, металлов и Институт стандартных образ ов"„4НЧ {Чермета

" мйальи (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАНДАРТНОГО

ОБРАЗЦА ЧУГУНА

Изобретение относится к черной металлургии, точнее к технологии получения материала стандартного образца (CO) чугуна,. применяемого в металлургической промышленности для контроля химического состава. чугуна.

Стандартные образцы состава подразделяются на дисперсные и монолит ные и применяются для химических и физических методов анализа соответственно. Готовый материал СО должен . соответствовать по химическому составу контролируемым объектам, быть однородным во всем объеме партии и стабильным в течение срока службы в соответствии с ГОСТ 8315-78.

Известен способ изготовления дис- персного СО, включающий выплавку, отжиг, измельчение,усреднение и расфасовку материала СО. Причем измель-чение материала СО чугуна осуществляется резанием на токарном станке заготовок серого чугуна со свободным графитом, полученных из отбегенных заготовок в результате длительного и выосокотемпературного от» жига. Полученная на токарных станках стружка измельчается в конусном дробителе, после чего производится отсев крупной и мелкой фракции.

Мелкая фракция отбрасывается, а крупная - доизмельчается 7 1 ).

Известен также способ изготовления монолитного СО, .включающий вы-плавку, отжиг, металлографические исследования и рентгенодефектоско» пию заготовок, подготовку проб для: исследования однородности, отбор проб для аттестационного химического анализа, механическую обработку,. маркировку и упаковку монолитных

СО. При подготовке материала монолитных СО чугунов отбор проб для

20 аттестационного химического анализа производится сверлением заготовок серого чугуна, полученных в результате длительного и высокотемпературного отжига заготовок со сквозным

985083

55 отбелом. Отсев фракции неоднородной пробы не допускается. Каждая про. ба чугуна, рассчитанная на одну навеску, заворачивается в пакет из кальки, на котором указывается номер

СО и масса пробы (2 1.

Отжиг литых заготовок является вынужденным звеном в технологии изготовления дисперсного и монолитного- материала СО чугуна, поскольку отбеленный чугун с твердостью выше

48 HRC не поддается механической обработке резанием с целью получения неокисленной и негорелой стружки.

Графитизирующий отжиг проводится при высоких температурах 900-1100 С в течение 2"5 ч. При этом происходит разложение цементита с образованием, графита отжига - компактных включений графита. В результате этого, твердость заготовок чугуна эначитель но снижается до 12-20 HRC и их обработка не вызйвает затруднений (3 ).

Основным недостатком известных способов изготовления дисперсного и монолитного материала СО чугуна является существенная межфракционная неоднородность стружки, обусловленная различным сопротивлением измельчению структурных составляющих серого чугуна, выкрашиванием включений графита и обогащением включе ниями с.размерами частиц менее

0,09 мм мелких фракций стружки. Повышение однородности дисперсного материала СО чугуна достигается отсевом мелких фракций, например ме-. нее 0,3 мм. Однако при этом выход готового материала СО составляет всего 25-304 и состав его отличается от состава исходной заготовки

s основном за счет снижения содержания углерода.

Отсев фракций стружки, отобранной для аттестационного анализа монолитных СО чугуна, не допускается из"за необходимости обеспечения со ответствия состава пробы и заготовок, Это приводит к значительному повыше. нию трудозатрат на пробоотбор, так как от одного CO приходится отбирать в отдельные пакеты до 4000 проб заданного веса, При изготовлении дисперсного материала СО чугуна происходит интенсивное загрязнение атмосферы производственных помещений графитовой пылью, образующейся при резании заготовок и дроблении стружки. Эти операции выполняются персоналом в противогазах, а производственные помещения после выпуска СО чугуна очищаются и ремонтируются. Отсев малой

5, фракции стружки, сопровождающийся наиболее интенсивным пылевыделением, производится на открытой площадке за городской чертой.

Цель изобретения - повышение од10 нородности материала стандартного образца и улучшение его обрабатываемости.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления стандартного образца чугуна, включающем выплавку, отжиг заготовок при температуре выше Ас„на 40-60 С, охлаждение и получение дисперсного или монолитного стандартного об30 раэца, отжиг проводят в. течение

0,5-1 ч, а охлаждение ведут, со скоростью 80-120 С/ч в интервале от температуры отжига до 200 С, далее на воздухе.

25 Получение дисперсного материала стандартного образца осуществляют иэмельчением заготовки чугуна реэцами с твердосплавными пластинами, усреднением путем перемешивания и расфасовкой.

Получение монолитного стандартного образца осуществляют отбором проб для аттестационного химического анализа точением заготовки чугуна резцами с твердосплавными пластинами, механической обработкой, маркировкой и упаковкой.

Температура отжига зависит от состава чугуна. и определяется по расчетной формуле: о С= 80 + SS13+15Cri+15V<+10A13-20N 14-9, 5Мп 4.

Время выдержки при расчетной температуре составляет 30-60 мин. В про-. цессе указанной выдержки перлитная матрица переходит в аустенитное состояние а диффузионное выравнивание аустенита по углероду не успевает произойти. При последующем охлаждении со скоростью 80-1200С/ч неоднородный аустенит превращается в зернистый перлит.

Отбеленный чугун до предлагаемого отжига состоит из эвтектического и вторичного цементита и перлита, имеет высокую твердость и не поддается механической обработке с целью отбора дисперсного материала СО

5 -9850

В результате кратковременного отжи- . га происходит сфероидизация перлита, которая не сопровождается, графити- зацией.

При этом твердость чугуна существенно снижается и его измельчение точением на токарном станке возможно.

Отжиг по предлагаемому способу имеет весьма малую продолжитель- <в ность (30-60 мин) . При меньшем времени выдержки (например, 20 мин) не обеспечивается полнота аустенизации и, следовательно, не происходит полная сфероидизация перлита, что не М позволяет достигнуть снижения твердости, необходимого для отбора дисперсного материала СО. Увеличение продолжительности отжига до 7080 мин приводит к началу интенсив- щ ной графитизации чугуна, что снижает однородность материала СО.

Повышение производительности отбора проб монолитного СО чугуна для аттестационного химического анализа 35 достигается охлаждением заготовок после отжига со скоростью 80-120 C/ч до 200еС, обеспечивающим отсутствие, остаточных напряжений в монолитном, материале СО. 30

Скорость охлаждения выше 120ОС/ч приводит к появлению остаточных напряжений вследствие перепада темпера. туры по сечению отливки. Скорость охлаждения ниже 80вС/ч экономически нецелесообразна из-за значительного увеличения длительности процесса.

В процессе охлаждения при 210ОС цементит в отбеленном чугуне претерпевает магнитное превращение, сопровождающееся стрикционным эффектом.

Следовательно, необходимо медленное прохождение этого критического интервала. Дальнейшее охлаждение (ни- .

we 200 С) на спокойном воздухе не дает заметного перепада температуры по сечению отливки и, следовательно, не приводит к появлению остаточных напряжений.

Повышение производительности до,стигается высокой однородностью заготовок и стружки, что позволяет перейти от отбора проб сверлением в отдельные пакеты к резанию всей массы стружки для аттестационного анализа

55 на токарном станке.

83 б

Улучшение условий труда обеспечи вается отсутствием по предлагаемому способу выделения графитовой пыли. при резании, дроблении и-рассеве чу» гуна, при этом отпадает необходимость работы персонала в респираторах и противогазах, .а также ненужна последующая чистка и покраска производственных помещений.

Отжиг может быть выполнен в печах любого типа (по конструкции и роду топлива), оборудованных регуляторами температуры и не требует создания нейтральной или защитной атмос . феры, в отличие от известного способа термообработки.

Способ получения СО чугуна является эффективным при следующем содержании,элементов в чугуне, вес.3: углерод .2,5-4,2; кремний 0,3-2,51 марганец 0,2-2,5, фосфор 0,01-2,0, сера 0,01-0,2," хром 0,05"2,0; ни" кель 0,02-0,8; алюминий 0,01-0,5.

Таким образом, преимуществом пред- лагаемого способа является обширная гамма составов белых чугунов, которые могут быть подвергнуты смяг- чающему отжигу, не сопровождающему" ся графитизацией.

Пример I. Для изготовления

СО И 43а для химических методов ана» лиза выплавляют чугун, содержащий, 3: углерод 3,68, марганец 1,67, кремний 0,49, серу 0,02, фосфор 2,37, в 500-килограммовой индукционной печи. Заготовки чугуна диаметром 120 мм имеют сквозной отбел и отжигаются перед измельчением согласно предлагаемому способу при, 765 С в течение

60 мин. Заготовки охлаждают в печи со скоростью 90 С/ч до 200 С, далее на воздухе. В результате такой обработки происходит сфероидизация пер". лита (без графитизации) и твердость чугуна снижается с 50 до 42 HRC..

Измельчение заготовки. чугуна СО и 43а осуществляют на токарном стан- ке резцами с твердосплавными пластинками ВК-8. Затем проводят усреднение путем перемешивания и расфасовку.

Параметры резания заготовок чугуна и производительность приготовления стружки приведены в табд.

985083

Тiблицв 1.

2 9

0,28

Предлагаемый ЧЗа

1 9

Известный

0 39

10 9

Табли ца, 2

3,52

Предлагаемый

3,72 3,49 О, 06

3,88 3,42 0,17

3,28 3,39

Известный

3,45

ЧЗ

Т а б л и ц а 3

Нет

Предлага"„ ЧЗа Нет емый

Менее 1

Нет

Нет

6-8

3-4

1-2

1250

Известный ЧЗ 2-3. Как видно из pBHHblx табл. 1 производительность резания чугуна CO Р ЧЗ в три раза выше по сравнению с чугу- И ном, приготовленным по предлагаемому способу. Однако общая производительность изготовления дисперсного, материала по предлагаемому способу выше, так как исключаются операции, погрузки - нагрузки и транспортировки материала на открытую площадЧза 3,46 3>49

Из табл. 2 следует, что по предлагаемому способу достигается лучшее соответствие готового материала и исходной заготовки. Расходждение

40 по содержанию углерода в чугуне ЧЗа ,в три раза меньше, чем в ЧЗ, и меньше допустимых по ГОСТ 22536.1-77 значений (0,13). Полученный по предлага" емому способу материал СО ЧЗа одно43 роден и может быть использован в ка честве материала CO. ку для рассева, а также отпадает необходимость чистки и покраски помещений, в которых расположены токарные станки.

Данные о изменении содержания индикатора однородности (углерода) по фракциям готового материала чугуна, полученного по предлагаемому и известному способам, приведены в табл.2.

Приготовление дисперсного материала чугуна по предлагаемому способу сопровождается значительным улучшением условий труда в результате уменьшения графитовой пыли.

Концентрация пыли в воздухе при приготовлении дисперсного материала в сравнении приведена в табл. 3.

9850 Из приведенных данных следует, что запыленность воздуха по предлагаемому способу снижена до минимума, что позволяет проводить все операции по приготовлению материала СО чугунов в отделении товарных станков без использования респираторов и противогазов и беэ последующего ремонта помещений, Таким образом, предлагаемый способ 10 получения дисперсного материала СО чугуна позволяет повысить однородность материала, увеличить производительность его получения и улучшить условия труда. 35

Пример 2. Для изготовления монолитных СО выплавляют чугун, содержащий, вес.4: углерода 3 5, кремния 1,46, марганца 2,23, серы 0,03, фосфора 0,15, хрома 0,18, никеля 0,16 20 меди 0,2, ванадия 0,17, в 400-килограммовой индукционной печи и разливают в кокили.,Литые заготовки монолитного СО 782-е со сквозным отбелом с диаметром 40 мм отжигают в соответствии с предлагаемым способом

8З 10 при 770 С в течение 40 мин, Заготовки охлаждаются в печи со скоростью

100 С/ч до 200 С, далее на воздухе

В результате такой обработки происходит сфероидизация перлита (без графитизации) и твердость чугуна снижается с 54 до 45 HRC. Стружку заготовки такого чугуна для аттестационного анализа состава материала

СО получают точением на токарном стан. ке резцами с твердосплавными пластинками ВК-8 при скорости вращения заготовок 40 об/мин и подаче резца

0,13 мм/об. Затем проводят механическую обработку, маркировку и упаковку монолитных СО.

Материал СО чугуна-, полученный по предлагаемому способу, отличается более высокой однородностью (С=0,08а ) от стружки, измельченной по известной технологии (С=6,173), и соответствует по составу исходной заготовке

Содержание углерода в заготовке и в различных фракциях материала в сравнении приведено в табл. 4.

Таблмца 4

Известнмй ., 784-Е

ПРедоагаемый

782-е

3> 04

8,60

3,96

3 ° 35 2.43 2,46 2,45 6 17

3,49

3.53

3,45

3,49

3 50

3,48

3 ° 49 0,08

Из приведенных данных следует, что расхождение по содержанию углерода меньше допустимого по ГОСТ 225361-77 расхождения (0 14). . Получен-,и» ный по предлагаемому способу материал для аттестационного анализа однороден, так как фактическое среднее квадратичное отклонение по содержанию углерода меньше допустимого. »5

Трудозатраты получения стружки для аттестационного анализа одного стандартного образца по предлагаемому способу снизились на 323 чел-ч, а экономический эффект составил

1351,44 руб. Ожидаемый экономический эффект от отбооа стружки по но-вому способу на 20 CO чугуна превышает 27 тыс. руб. в год.

Предлагаемый способ может быть использован для отбора представительной и однородной пробы чугуна для химического анализа в металлургии и машиностроении. формула изобретения

l. Способ изготовления стандартного образца чугуна, включающий выплавку, отжиг заготовок при темпе— ратуре выше Ас„на 40-60 С, охлажде1 ние и получение дисперсного или монолитного стандартного образца отличающийся тем что с целью повышения однородности материала стандартного образца и улучшения его обрабатываемости, отжиг проводят в течение 0,5-1 ч, а охлаждение ведут со скоростью 80-120 С/ч в интервале от температуры отжига до 2000С, далее на воздухе.

2. Способ по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что получение дисперсного стандартного образца осуществляют измельчением заготовки чугуна резцами с твердосплавными пластинами, усреднением путем перемешивания и расфасовкой.

985083

Составитель И.Липгврт

Редактор Е.Кинив Техред И.Гайду Корректор У.Пономаренко

Тираж 5 7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035. Москва, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5 аказ 100 /3 илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. роектная, II

3. Спосоо поп, 1, отл и чаю шийся тем, что получение мо- нолитного стандартного образца осу- ° ществляют отбором проб для аттеста« ционного химического анализа путем точения заготовок чугуна резцами с твердосплавными пластинами, механической обработкой, маркировкой и упаковкой, 12

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Плинер Ю.Л. и др. Стандартные образцы металлургических материалов.

М., "Металлургия", 1976, с. 28, 42, 64"72.

2. Там же, с. 29, 41-42, 3. Там же, с. 40.