SU1731836A1 - Способ изготовлени изделий из высокопрочного чугуна - Google Patents

Abstract

Использование: изготовление изделий из чугуна, работающих в услови х повышенного износа и динамических циклических нагрузках. Сущность изобретени : металл заливают в форму и охлаждают в интервале температур эвтектического затвердевани  со скоростью 6-10°С/с. Отливку извлекают из формы, нагревают до 950±50°С и штампуют в закрытом штампе со степенью деформации 70-90% поверхности и не более 10% внутренней части издели . 1 табл.

Description

Изобретение относитс  к технологии машиностроени , в частности к способам изготовлени  изделий из чугуна, работающих в услови х повышенного износа и динамических циклических нагрузок, например шестерен, звездочек.

Известны способы изготовлени  литых шестерен из чугуна с шаровидным графитом с бейнитной основой.

Однако эти способы требуют проведени  сложного и длительного режима термообработки - изотермической закалки, легировани  исходного расплава дорогими и дефицитными элементами - никелем, молибденом , медью, кроме того, бейнитна  структура в литом изделии обеспечиваетс  во всем объеме издели , что затрудн ет проведение механической обработки шестерен; готовое изделие обладает недостаточной динамической прочностью при знакопеобменных нагрузках - в бейнитной структуре не блокируетс  рост зародившейс  трещины.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ изготовлени  изделий из чугуна , включающий механическую обработку отлитой заготовки и последующую термообработку , причем с целью повышени  прочности и износостойкости перед механической обработкой производ т нагрев до температуры окончани  превращени  и гор чее гидродинамическое выдавливание в зазор между заготовкой и контейнером. Этот технологический процесс обеспечивает повышенную прочность и износостойкость изделий цилиндропорш- невой группы.

Вместе с тем способ достаточно сложно осуществим в практике массового производства . Механическа  обработка литой заготовки не позвол ет использовать благопри тную структуру матрицы (высока  дисперсность фазовых составл ющих) в рабочих поверхност х издели ,

Цель изобретени  - повышение износостойкости рабочей поверхности и ударной в зкости во внутренних объемах издели ,

Поставленна  цель достигаетс  тем, что при изготовлении литой заготовки обеспесо

С

со

оо

GJ О

чивают охлаждение в интервале эвтектического затвердевани  со скоростью 6-10°С/с, нагрев заготовки ведут до 950±50°С и осуществл ют точную штамповку в закрытом штампе с дифференцированной по сечению издели  степенью деформации - более 70% дл  рабочей поверхности и не более 10% дл  внутренней части издели .

Скорость охлаждени  наружных слоев заготовки в пределах 6-10°С/с обеспечи- вает оптимальную структуру сплава. Она может быть достигнута различными технологическими приемами, например, использованием технологии непрерывного лить . Более низкие скорости охлаждени  не обеспечивают достаточно высокую дисперсность графитных включений и металлических фаз, а также эвтектического зерна. Более высокие скорости охлаждени  могут привести к образованию ледебурита с крупными включени ми карбидов, что снижает деформируемость сплава, ухудшает чистоту поверхности издели , что вызывает необходимость установлени  больших припусков на механическую обработку и, таким образом, не позвол ет использовать благопри тную структуру литейной корочки в качестве рабочей поверхности готового издели .

Интервал нагрееа заготовки выбран исход  из необходимости достижени  максимальной деформируемости чугуна с шаровидным графитом и формообразовани  при пластической деформации. Превышение верхнего предела нагрева заготовки приводит к чрезмерной окисленности поверхности , росту и сплавлению границ эвтектического зерна, что безусловно снижает износостойкость рабочей поверхности готового издели , требует повышенных припу- сков на механическую обработку.

Градиент степени деформации (не менее 70% в рабочей части и не более 10% в остальной) приводит к образованию в различных част х издели  структур с различной степенью текстуировани .

Степень деформации до 10% в объеме издели  позвол ет сохранить форму графита в виде сфероидов правильной формы, в то же врем  создает определенное количе- ство несовершенств структуры чугуна (точечные и линейные дефекты), что ускор ет процесс распада цементита перлита и структурно-свободного цементита и обеспечивает получение ферритной основы сплава в объеме издели , это  вл етс  оптимальным с точки зрени  эксплуатационной стойкости шестерен.

Степень деформации в пределах 70- 90% рабочих поверхностей издели  обеспечивает высокое текстуирование графитных включений - они принимают форму волокон , расположенных в перпендикул рном направлении к силе деформации. Расположение волокон графита вдоль плоскостей трени  резко снижает износ материала вследствие эффекта смазки трущихс  пар графитом (увеличиваетс  удельна  поверхность контакта графитных включений в трущейс  паре). Пластическа  деформаци  с такой степенью приводит к залечиванию литейных дефектов-усадочной пористости, микрораковин,.повышает плотность металла . Особенно это важно в объемах рабочей части зуба шестерен у его основани , где наблюдаетс  зарождение усталостной трещины . Деформаци  со степенью ниже нижнего предела (меньше 70%) не обеспечивает достаточного измельчени  фазовых составл ющих материала на рабочих поверхност х и получение деформированного графита. Превышение верхнего предела (более 90%) приводит к по влению макротрещин на поверхности шестерен, что снижает ее эксплуатационный ресурс.

Пример. Исходный чугун, выплавленный в 60 кг индукционной печи, имеет следующий химический состав,%: углерод 3,6; кремний 1,8; марганец 0,4; хром до 0,1; сера до 0,02. Модифицирование осуществл ли в ковше железокремниймагниевой лигатурой ФСМг7 с содержанием магни  7,2% (ТУ 14- 5-134-86) в количествах 2% от веса жидкого . Вторичное модифицирование проводили ферросилицием ФС75 в количестве 0,5%. Заливку металла осуществл ли методом вертикального непрерывного лить  в водоохлаж- даемый медный кристаллизатор диаметром 30 мм. Скорость охлаждени  поверхностных слоев в интервале эвтектического затвердевани  фиксировали платино-платинородие- вой термопарой по кривым охлаждени  на реальном слитке. Отливки резали на заготовки соответствующих размеров по высоте. Перед штамповкой заготовки нагревались в индукторе до 900-1000°С током высокой частоты . Пластическое формообразование проводили в специальном штампе, подогретом до температуры 400°С. Степень деформации в соответствии с прин той схемой составл ла в рабочей части издели  70-90%, в остальной части 5-10%. Образцы на ударную в зкость вырезались из внутренних объемов шестерни.

Износостойкость определ лась по изменению геометрических размеров рг хзчей поверхности шестерен при наработке их 24 ч.

Изготовление изделий из чугуна по прототипу осуществл лось по описанию к изобретению .

Сравнительные результаты приведены втаблице. Шестерни, полученные предлагаемым способом характеризуютс  значительно более высокой износостойкостью и повышенной ударной в зкостью материала внутренних объемов шестерни, что достигаетс  выбранными параметрами изготовлени  литой заготовки пластическим формообразованием с дифференцированной степенью деформации в различных объемах издели .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ изготовлени  изделий из высокопрочного чугуна, включающий заливку

   металла в форму, охлаждение, извлечение отливки из формы, нагрев до заданной температуры и штамповку в закрытом штампе, отличающийс  тем, что, с целью

   повышени  износостойкости поверхности и ударной в зкости внутренней части издели , охлаждение в интервале температур эвтектического затвердевани  ведут со скоростью 6-10 град/с, нагрев осуществл ют до (950±50)°С, а штамповку провод т со степенью деформации 70-90% поверхности и не более 10% внутренней части издели .

   15