RU2695399C2 - Способ штамповки изделий из высокопрочного чугуна - Google Patents

Способ штамповки изделий из высокопрочного чугуна Download PDF

Info

Publication number
RU2695399C2
RU2695399C2 RU2017143190A RU2017143190A RU2695399C2 RU 2695399 C2 RU2695399 C2 RU 2695399C2 RU 2017143190 A RU2017143190 A RU 2017143190A RU 2017143190 A RU2017143190 A RU 2017143190A RU 2695399 C2 RU2695399 C2 RU 2695399C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
austenite
cast iron
martensite
workpiece
Prior art date
Application number
RU2017143190A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2017143190A3 (ru
RU2017143190A (ru
Inventor
Евгений Николаевич Сосенушкин
Владимир Николаевич Климов
Александр Евгеньевич Сосенушкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН")
Priority to RU2017143190A priority Critical patent/RU2695399C2/ru
Publication of RU2017143190A3 publication Critical patent/RU2017143190A3/ru
Publication of RU2017143190A publication Critical patent/RU2017143190A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2695399C2 publication Critical patent/RU2695399C2/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/02Die forging; Trimming by making use of special dies ; Punching during forging
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при штамповке изделий из высокопрочного чугуна. Заготовку нагревают до температуры Т1 и деформируют в штампе. Производят монотонное охлаждение заготовки с температуры T1 до температуры Т2 в процессе пластической деформации и с температуры Т2 до температуры Т3 по завершении пластической деформации с сохранением давления в штампе ниже предела текучести высокопрочного чугуна. Затем при сохранении указанного давления осуществляют непрерывное охлаждение заготовки до температуры Т4 со скоростью Vo и далее до температуры Т5. При этом соблюдают следующие условия: 950°C<Т1<TC; 950°С≤Т2<TC; ТАп≤Т3<950°C; Vo>Vкр; Т4≤ТМн; Т5≤ТМк, где TС - температура солидус высокопрочного чугуна; ТАп - температура начала аустенитно-перлитных превращений в высокопрочном чугуне; Vкр - критическая скорость охлаждения - минимальная скорость, при которой происходит бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит; ТМн - температура начала фазовых превращений аустенита в мартенсит в высокопрочном чугуне; ТМк - температура конца фазовых превращений аустенита в мартенсит в высокопрочном чугуне. В результате обеспечивается расширение технологических возможностей способа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к области обработки металлов давлением и может быть использовано при штамповке изделий из высокопрочного чугуна.
В машиностроении одной из главных проблем является повышение качества и эксплуатационных свойств изделий при уменьшении затрат на их изготовление. В частности, актуальна задача коренного улучшения качества изделий из чугуна. Чугуны используются для изготовления гильз двигателей внутреннего сгорания и компрессоров, пальцев траков гусеничных машин, шестерен, распределительных и коленчатых валов, зубчатых колес и других изделий. Традиционно эти изделия изготавливаются методами литья с последующей механической обработкой.
Одним из способов повышения прочностных и пластических свойств чугунных изделий является отливка их из чугуна с шаровидным графитом - высокопрочного чугуна, объем производства отливок из которого с каждым годом возрастает. Этот материал, по сравнению с углеродистой сталью или серым чугуном, обладает рядом преимуществ. Высокопрочный чугун характеризуется лучшими литейными свойствами, более плотной структурой, обладает высоким сопротивлением износу. Для него характерны: высокая теплостойкость, хладостойкость, коррозионная стойкость, он может подвергаться сварке и автогенной резке.
Однако в процессе литья изделий образуется большое количество брака по характерным литейным дефектам, которые частично можно устранить методами обработки металлов давлением. Поэтому деформирование литых заготовок из чугуна открывает весьма широкие перспективы повышения надежности и долговечности деталей машин и механизмов.
Поиск показал, что в настоящее время, помимо ряда исследовательских работ преимущественно теоретического характера, отсутствует положительный практический опыт изготовления штамповкой деталей из высокопрочного чугуна с получением стабильных гарантированных показателей штампованных изделий.
Начиная с 30-х годов прошлого века были опробованы различные способы деформирования чугуна и установлено, что этот процесс обладает определенной спецификой и существенно изменяет структуру и свойства литых заготовок.
К числу немногих известных, принятому за прототип, относится способ изготовления изделий (типа шестерня) из высокопрочного чугуна, согласно которому металл заливают в форму и охлаждают в интервале температур эвтектического затвердевания со скоростью 6-10°C/с, отливку извлекают из формы, нагревают до 950±50°C и штампуют в закрытом штампе со степенью деформации 70-90% поверхности и не более 10% внутренней части изделия (Авторское свидетельство СССР №1731836 А1, опубл. 07.05.1992).
К недостаткам известного способа следует отнести сложность его реализации и низкие технологические возможности, обусловленные, во первых, обязательностью комбинирования операции штамповки с оригинальной операцией литья, т.е. способ в большей степени можно отнести к комбинированной технологии, нежели к технологическому переходу, в частности - штамповки, а во вторых, обязательные ограничения по степени деформации существенно ограничивают номенклатуру изготавливаемых изделий.
Задачей изобретения является создание способа штамповки изделий из высокопрочного чугуна с получением стабильных гарантированных физических и эксплуатационных показателей.
Технический результат - повышение технологических возможностей за счет исключения ограничений по степени деформации получаемого изделия.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в способе штамповки изделий из высокопрочного чугуна, включающем нагрев заготовки и ее пластическую деформацию в закрытом штампе, нагрев заготовки осуществляют до температуры Т1, деформацию заготовки в штампе с приданием ей формы изделия сопровождают ее монотонным охлаждением с температуры Т1 до температуры Т2 в процессе пластической деформации и с температуры Т2 до температуры Т3 по завершении пластической деформации с сохранением давления в штампе ниже предела текучести высокопрочного чугуна, далее при сохранении давления в штампе ниже предела текучести высокопрочного чугуна осуществляют непрерывное охлаждение заготовки до температуры Т4 со скоростью Vo и далее до температуры Т5, при этом соблюдают следующие условия: 950°C<Т1<TC; 950°С≤Т2<TC; ТАп≤Т3<950°C; Vo>Vкр; Т4≤ТМн; Т5≤ТМк, где TC - температура солидус высокопрочного чугуна; ТАп - температура начала аустенитно-перлитных превращений в высокопрочном чугуне; Vкр - критическая скорость охлаждения - минимальная скорость, при которой происходит бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит; ТМн - температура начала фазовых превращений аустенита в мартенсит в высокопрочном чугуне; ТМк - температура конца фазовых превращений аустенита в мартенсит в высокопрочном чугуне, предпочтительно устанавливать Т1=1147°C, Т2=950°C, Т3=727°C, Т4=250°C, Т5=20°C, Vo=80°C/с.
Изобретение поясняется чертежами:
Фиг. 1 - диаграмма фазовых превращений высокопрочного чугуна в процессе реализации заявленного способа;
Фиг. 2 - изделие «переходник конический».
Обозначения, приведенные на изображениях, имеют следующий смысл:
ГШ - температурный интервал горячей штамповки высокопрочного чугуна;
А1 - соответствует температуре ТАп начала аустенитно-перлитных превращений в высокопрочном чугуне;
Ап - аустенит переохлажденный;
Мн - соответствует температуре ТМн начала фазовых превращений аустенита переохлажденного в мартенсит в высокопрочном чугуне;
Мк - соответствует температуре ТМк конца фазовых превращений аустенита переохлажденного в мартенсит в высокопрочном чугуне;
М - мартенсит;
Аост - аустенит остаточный
Изобретение основано на следующем.
Экспериментально установлено, что высокопрочный чугун (в определении и номенклатуре действующего в РФ на момент подачи заявки ГОСТ 7293-85. Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки) обладает пластичностью, достаточной для его пластической деформации в изделие с сохранением сплошности материала и его физико-механических характеристик у изделия не хуже, чем в литом изделии, в интервале температур горячей штамповки (ГШ) от 950°C до температуры солидус Тс=1147°С. При этом, как показывают эксперименты, попытки штамповки выше температуры солидус приводят к разрушению заготовки и/или ее элементов ввиду собирательной рекристаллизации и/или оплавления по границам зерен. При температуре ниже 950°C резко увеличивается сопротивление деформированию высокопрочного чугуна с одновременным снижением пластичности, что приводит к появлению трещин и иного рода разрушений в изделии. Несмотря на небольшой температурный перепад, который составляет всего 197°C, его следует строго выдерживать при штамповке высокопрочного чугуна для исключения возможности получения бракованных изделий.
Процесс охлаждения отштампованного из высокопрочного чугуна изделия сопровождается следующими фазовыми превращениями. При охлаждении высокопрочного чугуна до температуры выше ТАп аустенит в его структуре является стабильным и его превращения в этих условиях протекать не могут. Для перехода аустенита в метастабильное состояние переохлажденного аустенита Ап требуется температура ниже точки А1, при этом он превращается в более стабильные ферритно-цементитные структуры. Левая кривая на Фиг. 1 соответствует началу превращения аустенита переохлажденного Ап в феррит + цементит. Правая кривая соответствует концу превращения аустенита переохлажденного Ап в феррит + цементит. Влияние скорости охлаждения на степень переохлаждения аустенита (температуру распада) относительно равновесной температуры ТАп показана на диаграмме (Фиг. 1). С увеличением скорости охлаждения понижается температура распада аустенита и тем мельче зерна образующейся ферритно-цементитной структуры. При низкой скорости охлаждения V1 переохлажденный аустенит Ап переходит в перлит, при увеличении скорости V2 образуется сорбит, при еще большей скорости V3 - троостит. Бейнит при непрерывном охлаждении аустенита обычно не образуется. При охлаждении со скоростью V0, превышающей критическую скорость Vкр аустенит переохлаждается до температуры ТМн, соответствующей точке Мн, и переходит в мартенсит. Однако не весь аустенит переходит в мартенсит, поэтому в структуре присутствует остаточный аустенит Аост. Значение критической скорости охлаждения зависит от устойчивости аустенита, определяющейся химическим составом высокопрочного чугуна.
В качестве иллюстрации заявленного способа рассмотрим следующий пример. Штамповке подвергались заготовки, изготовленные из центробежно-литых труб, из чугуна марки ВЧ-40, химический состав которого представлен в табл. 1, а механические характеристики в табл. 2.
Figure 00000001
Figure 00000002
Технологический процесс обжима из центробежно-литых труб коническим инструментом «переходника конического» с условным диаметром проходного сечения Dy=100 мм включает: отрезку мерной трубной заготовки с толщиной стенки 6 мм, внешним диаметром 119,8 мм и длиной 100 мм; предварительный нагрев заготовки до 1147°C (нагрев до 1146,(9)°C был бы предпочтительнее, однако с учетом характерной измерительной/установочной ориентировочно полупроцентной погрешности следует считать оптимальной Т1=1140°C); обжим заготовки в конической матрице с углом α=17°34' до внешнего диаметра 56,46 мм, с калибровочным размером Lкал=5 мм. Поскольку обжим коническим инструментом сопровождается благоприятным для высокопрочного чугуна напряженным состоянием со схемой всестороннего неравномерного сжатия при соблюдении упомянутых температурно-скоростных условий, то при коэффициенте обжима в этом примере Кобж=2,12 разрушения элементов заготовки не происходило, несмотря на высокую степень деформации ε=78% по всей толщине стенки. При этом температурно-скоростные условия охлаждения изделия как в процессе формоизменения при обжиме, так и после него, полностью соответствовали заявленному способу: 950°C<Т1<TC; 950°С≤Т2<TC; ТАп≤Т3<950°C; Vo>Vкр; Т4≤ТМн; Т5≤ТМк. Отштампованное изделие «переходник конический» представлено на Фиг. 2.
В рассмотренном примере скоростное условие охлаждения в штампе выполняется Vо>Vкр, т.к. тонкостенное изделие контактирует с массивными деталями штампа, температура которых относительно невелика Тшт=150°С, при этом температурный напор составляет ΔТ=1147-150=997°С. С учетом наружной и внутренней площадей контакта изделия с формоизменяющими деталями штампа и действующего в процессе охлаждения давления скорость охлаждения составляет Vo=80°C/с.
Таким образом, температурно-скоростные режимы, описанные в изобретении необходимо жестко выдерживать, которые изменяются на разных этапах реализуемой технологии и сопровождаются структурными превращениями. На этапе формоизменения в условиях горячей штамповки деформируется аустенитная структура, имеющая достаточно высокий показатель пластичности, поэтому на этом этапе разрушения заготовки не происходит. Далее при постоянном давлении и непрерывном охлаждении аустенит переохлажденный превращается в мартенсит, что сопровождается, с одной стороны, релаксацией остаточных напряжений в высокопрочном чугуне с повышением его пластических свойств, а с другой стороны, увеличением прочностных характеристик, т.к. мартенсит обладает повышенной прочностью. В совокупности это определяет хорошую штампуемость с приданием заготовке необходимой формы, а по завершении перехода аустенита переохлажденного в мартенсит изделие из высокопрочного чугуна приобретает высокое прочностные свойства, что также препятствует зарождению микротрещин, несмотря на высокую интенсивность накопленной деформации в процессе обработки давлением.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что при реализации изобретения поставленная задача - создание способа штамповки изделий из высокопрочного чугуна с получением стабильных гарантированных физических и эксплуатационных показателей - решена, а заявленный технический результат - повышение технологических возможностей за счет исключения ограничений по степени деформации получаемого изделия - достигнут.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле изобретения признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения требуемого технического результата.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к машиностроению, в частности, к области обработки металлов давлением и может быть использовано при штамповке изделий из высокопрочного чугуна;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Claims (13)

1. Способ штамповки изделий из высокопрочного чугуна, включающий нагрев заготовки и ее пластическую деформацию в закрытом штампе с приданием формы изделия, отличающийся тем, что нагрев заготовки осуществляют до температуры Т1, при этом осуществляют непрерывное охлаждение заготовки с температуры T1 до температуры Т2 в процессе ее пластической деформации с приданием формы изделия и с температуры Т2 до температуры Т3 по завершении процесса пластической деформации с сохранением давления в закрытом штампе ниже предела текучести высокопрочного чугуна, после чего при сохранении давления в штампе ниже предела текучести высокопрочного чугуна осуществляют непрерывное охлаждение заготовки до температуры Т4 со скоростью Vo и далее до температуры Т5, при этом соблюдают следующие условия:
950°C<Т1<TC;
950°C<Т2<TC;
ТАп≤Т3<950°C;
Vo>Vкр;
Т4≤ТМн;
Т5≤ТМк,
где TC - температура солидус высокопрочного чугуна;
ТАп - температура начала аустенитно-перлитных превращений в высокопрочном чугуне;
Vкp - критическая скорость охлаждения, соответствующая минимальной скорости, при которой происходит бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит;
ТМн - температура начала фазовых превращений аустенита в мартенсит в высокопрочном чугуне;
ТМк - температура конца фазовых превращений аустенита в мартенсит в высокопрочном чугуне.
2. Способ штамповки по п. 1, отличающийся тем, что Т1=1147°C, Т2=950°C, Т3=727°C, Т4=250°C, Т5=20°C, Vo=80°C/с.
RU2017143190A 2017-12-11 2017-12-11 Способ штамповки изделий из высокопрочного чугуна RU2695399C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143190A RU2695399C2 (ru) 2017-12-11 2017-12-11 Способ штамповки изделий из высокопрочного чугуна

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143190A RU2695399C2 (ru) 2017-12-11 2017-12-11 Способ штамповки изделий из высокопрочного чугуна

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017143190A3 RU2017143190A3 (ru) 2019-06-11
RU2017143190A RU2017143190A (ru) 2019-06-11
RU2695399C2 true RU2695399C2 (ru) 2019-07-23

Family

ID=66947144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017143190A RU2695399C2 (ru) 2017-12-11 2017-12-11 Способ штамповки изделий из высокопрочного чугуна

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2695399C2 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1731836A1 (ru) * 1990-04-16 1992-05-07 Белорусский Политехнический Институт Способ изготовлени изделий из высокопрочного чугуна
SU1748912A1 (ru) * 1990-04-20 1992-07-23 Физико-технический институт АН БССР Способ изготовлени зубчатых колес из высокопрочного чугуна
UA18890U (en) * 2006-06-15 2006-11-15 Physical Engineering Inst Of M Method for obtaining components from high-strength cast iron
US8302305B2 (en) * 2006-07-05 2012-11-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for manufacturing cast iron member

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1731836A1 (ru) * 1990-04-16 1992-05-07 Белорусский Политехнический Институт Способ изготовлени изделий из высокопрочного чугуна
SU1748912A1 (ru) * 1990-04-20 1992-07-23 Физико-технический институт АН БССР Способ изготовлени зубчатых колес из высокопрочного чугуна
UA18890U (en) * 2006-06-15 2006-11-15 Physical Engineering Inst Of M Method for obtaining components from high-strength cast iron
US8302305B2 (en) * 2006-07-05 2012-11-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for manufacturing cast iron member

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017143190A3 (ru) 2019-06-11
RU2017143190A (ru) 2019-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102356257B (zh) 可氮化活塞环
US4317355A (en) Forging of a camshaft
Rathi et al. An overview of forging processes with their defects
JP6528898B2 (ja) 非調質棒鋼
JP6312988B2 (ja) 大型ピストンリングの製造方法、大型ピストンリング素材、及び大型ピストンリング。
Zhang et al. The microstructure and properties change of dies manufactured by bimetal-gradient-layer surfacing technology
JP2015188927A (ja) 鍛造部材の製造方法
Zhbankov et al. New schemes of forging plates, shafts, and discs
Chaudhari et al. Experimental evaluation of effect of die angle on hardness and surface finish of cold forward extrusion of aluminum
RU2695399C2 (ru) Способ штамповки изделий из высокопрочного чугуна
CN104325259A (zh) 一种无缝钢管穿孔顶头的制造方法
NO331967B1 (no) Fremgangsmate for fremstilling av ei metallhylse og en kopp, designet for a tjene som et blindemne
CN105247080B (zh) 用于构件或半成品硬化的方法和硬化工具
JP2010172947A (ja) 超高温熱間鍛造方法
JP2015108417A (ja) 大型ピストンリング及びその素材並びにそれらの製造方法。
Bhoyar et al. Manufacturing processes part II: a brief review on forging
RU178559U1 (ru) Многослойная трубная заготовка для формовки диска газотурбинного двигателя
RU2539799C2 (ru) Способ производства тонкостенных труб повышенной точности из легированных деформационно-упрочняемых сплавов на медной основе
Kukhar et al. Hydraulic Press Open Die Forging of 21CrMoV5-7 Steel CCM Roller with Flat Upper and Concave Semi-round Lower Cogging Dies
RU2792019C1 (ru) Способ изготовления крупногабаритных профильных кольцевых изделий из коррозионностойкой жаропрочной стали
WO2016027208A1 (en) A method of forging complex parts from continuous cast billets
KR100936363B1 (ko) 열처리 치수변화가 작은 냉간 공구강 제조방법
Lee et al. Study of a Forging Process for the Application of Boron Steel for Automotive Wheel Nut Material
CN114799007B (zh) 一种盆齿锻件精锻成型工艺
RU2285736C1 (ru) Способ получения изделия из жаропрочного никелевого сплава