UA133701U - Спосіб виготовлення виливків з ізотермічно загартованого бейнітного чавуну - Google Patents

Abstract

Спосіб виготовлення виливків з ізотермічно загартованого бейнітного чавуну включає затверднення розплаву чавуну в піщаній формі з сипкого піску, попереднє охолодження виливка, що виключає перлітне перетворення в ньому, до температури початку утворення бейнітних структур і витримку в інтервалі бейнітного перетворення в сипкому піску форми. Попереднє охолодження виливка виконують продуванням газу і псевдозрідженням сипкого піску у піщаній формі до температури початку утворення бейнітних структур, при досягненні виливком якої виконують на вибір три операції: газ нагрівають до цієї температури, і продуванням нагрітого газу підтримують псевдозріджений стан сипкого піску або виконують продування нагрітого газу крізь сипкий пісок вільної засипки, що нагрівся від тепла виливка та осів після виконання псевдозрідженого стану, або виливок при температурі початку утворення бейнітних структур переносять у іншу форму з нагрітим сипким піском, і під час кожної (вибраної) з цих операцій виконують витримку виливка в інтервалі бейнітного перетворення.

Description

Корисна модель належить до ливарного виробництва, зокрема до технології виготовлення виливків з ізотермічно загартованого (бейнітного чи аусферитного) чавуну, які виготовляють литтям в піщані форми з сипких наповнювачів з наступною термообробкою виливків.

Відомий аналог спосіб (1| охолодження виливків у ливарній формі з сипкого вогнетривкого наповнювача. Після заливання розплаву у форму охолодження виливка у формі проводять у псевдозрідженому шарі наповнювача, який створюється за рахунок продування повітрям або газом у вертикальному напрямі.

Цей спосіб, що лише вирішує задачу скорочення часу охолодження виливків, неможливо використати для виготовлення виливків з ізотермічно загартованого бейнітного чавуну (з високими механічними властивостями), як комплексного технологічного процесу цільового структуроутворення в металі виливка при поєднанні ливарних і термообробних операцій. Таке виготовлення потребує охолодження у піщаній формі з сипкого піску, як мінімум, за двох обов'язкових умов, що виключають перлітне перетворення в чавуні та досягнення температури мартенситного перетворення, тому перетворення між перлітним і мартенситним називають проміжним, чи бейнітним. За першої умови, щоб обійти перлітне перетворення, треба почати охолодження виливка з аустенітного стану чавуну за умов, що, наприклад, вказані нижче в способі-аналогу, інакше неодмінно в металі утворяться феритні чи перлітні структури, а не задані бейнітні. Якщо не виконати другої умови і виливок охолодити просто до необхідної температури, а не до температури початку утворення бейнітних структур і не забезпечити ізотермічну витримку і бейнітне перетворення при температурах, як правило, не нижче 260- 290 С (за різними даними |2, 3)), то у виливках утвориться також небажана мартенситна структура з низькою пластичністю і високою твердістю (550-650 НВ), яка практично унеможливить їх механічну обробку та створить відмінні від бейнітних структур властивості.

Таким чином, якщо виконати охолодження за способом |1|, припинити і залишити чавунний виливок в піску форми, чи далі охолоджувати його на повітрі, то з високою вірогідністю у виливку може утворитись мартенситна структура, що, як правило потребує подальшої термообробки і призведе до додаткових витрат. Як показано нижче, щоб отримати бажаний технічний ефект - бейнітну структуру чавуну у виливку з високими міцністю і пластичністю, а також з оптимальною для механічної обробки твердістю потрібне двостадійне охолодження у

Зо піщаній формі і необхідно підігрівати пісок форми в заданому інтервалі температур бейнітного перетворення, що, як правило, на 50-100 "С вище мартенситної точки Ми.

Найбільш близьким аналогом є спосіб |4| виготовлення виливків з бейнітного або аусферитного чавуну (аусферит - це різновид бейніту, ще має назву - безкарбідний бейніт), що включає затверднення розплаву чавуну в піщаній формі з сипкого піску, попереднє охолодження виливка, що виключає перлітне перетворення в ньому, до температури початку утворення бейнітних структур і витримку в інтервалі бейнітного перетворення в сипкому піску.

По суті, цей спосіб забезпечує виготовлення ізотермічно загартованих чавунних виливків з литого стану в ливарних формах і контейнерних опоках (контейнерах) безпосередньо в ливарному цеху. Але недоліком його є існуючі в ньому операції попереднього охолодження виливка (що виключає перлітне перетворення) методом гартування виливка шляхом швидкого охолодження в контакті з водою. Оскільки контейнерні опоки з нижнім щелепним затвором є рідкістю, а переважну більшість виливків виготовляють в піщаних формах для сипкого піску з коробчастими контейнерами чи рамковими опоками, то виливки головним чином приходиться витягати краном вгору з форми при температурі 850-1000 С ії швидко (протягом 5-15 с) переміщувати в порожній контейнер, де виконувати охолодження в водоповітряному чи водному середовищах ("спрейерне охолодження", "душування" чи занурення у воду), досягаючи температури виливка близько 300-500 "С |4|.

Такі операції з нагрітими до високих температур виливками, критичні за тривалістю і дотриманням вказаної температури, досить складно виконати і контролювати. Вони мають високу вірогідність порушення режиму рівномірного охолодження виливка з появою браку в кінцевих виробах. Діставання виливка з піску пов'язане з пилоутворенням та відламом гарячих виливків від ливникової системи, транспортування краном в зазначений критично короткий термін і занурення гарячого виливка в середовище охолодження водою, як правило, виконуються ливарником в ручному режимі в шкідливих умовах праці, пов'язаних з пило-, паро- і газовиділеннями, а також з небезпекою отримання опіків. Охолодження водою супроводжується потужним пароутворенням та загрожує нерівномірним охолодженням виливка в залежності від різностінності і попадання води на локальні, випуклі чи зовнішні стінки, що спричиняє нерівномірності характеристик структури металу. Хоча способом |4| досягнута мета відходу від традиційно поширених рідких гартувальних середовищ, що являють собою розплави солей |51, бо які є шкідливі з точки зору екології і безпеки виробництва, але застосування водних гартувальних середовищ також є досить складним з огляду контролю температури виливка і рівномірності охолодження його стінок.

В основу корисної моделі поставлена задача спрощення технологічних операцій шляхом усунення застосування рідких холодоагентів та видалення виливка з форми при високих температурах перед попереднім охолодженням (гартуванням) виливка, що поліпшить умови праці ливарників та спростить контроль температури у сухих технологічних середовищах без їх зволоження.

Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення виливків з ізотермічно загартованого бейнітного чавуну, що включає затверднення розплаву чавуну в піщаній формі з сипкого піску, попереднє охолодження виливка, що виключає перлітне перетворення в ньому, до температури початку утворення бейнітних структур і витримку в інтервалі бейнітного перетворення в сипкому піску форми, згідно з корисною моделлю, попереднє охолодження виливка виконують продуванням газу і псевдозрідженням сипкого піску у піщаній формі до температури початку утворення бейнітних структур, при досягненні виливком якої виконують на вибір три операції: газ нагрівають до цієї температури і продуванням нагрітого газу підтримують псевдозріджений стан сипкого піску, або виконують продування нагрітого газу крізь сипкий пісок вільної засипки, що нагрівся від тепла виливка та осів після виконання псевдозрідження, або виливок при температурі початку утворення бейнітних структур переносять у іншу форму з нагрітим сипким піском, і під час кожної (вибраної) з цих операцій виконують витримку виливка в інтервалі бейнітного перетворення.

Як підкреслюється в роботі І5), псевдозрідженим (псевдокиплячим) шаром з дрібних часток (сипкого піску), угтворюваним при продуванні гарячого чи холодного повітря, можна створити технологічне середовище для нагрівання чи охолодження металовиробів. Замість повітря можна використовувати інші гази, в тому числі нейтральні чи активні. Псевдозріджений шар є універсальним середовищем, котре може служити гартувальним середовищем, інтенсивність охолодження якого займає проміжне положення між водою і маслом (51.

Нове технічне рішення полягало в тому, щоб вбудувати таке універсальне середовище в рамки комплексного процесу лиття з термообробкою виливка |І4| безпосередньо в піщаній ливарній формі, що суміщає традиційно окремі технології лиття і термообробки,

Зо використовуючи переваги сипкого піску форми і "перетворюючи" його на різних операціях в різні технологічні середовища, починаючи від вогнетривкої основи ливарної форми для заливання і затверднення виливка, гартувального середовища - для попереднього охолодження виливка, закінчуючи нагрівальним середовищем для ізотермічної витримки виливка в інтервалі бейнітного перетворення.

Спрощення технологічного процесу полягає в тому, що виливок при високих температурах (фактично червоного кольору) не виймають із піску форми і не перевозять в іншу ємність, а підвішують у формі за ливникову систему аналогічно |1|, створюють псевдозріджений шар і виконують попереднє охолодження (гартування) згідно |І4Ї. Також можуть застосовувати нескладні пристрої з дещо вдосконаленого процесу (як різновиду) охолодження виливка у псевдозрідженому сипкому піску |бІ.

У способах (1, 6) наявні умови вентиляції чи вакуумування і захищення повітря цеху від потрапляння в нього пилу, які також слід перенести до способу отримання бейнітного чавуну у ливарній формі. Відсутність видалення виливка з форми у гарячому стані з малою міцністю металу попереджає можливість відламування чи деформування його частин, зокрема при перевезенні його краном, що поліпшує умови праці без утворення гарячого пилу та небезпеки можливого падіння виливка при перевезенні краном. Таке попереднє охолодження виливка, що виключає перлітне перетворення в ньому, або гартування до температури початку утворення бейнітних структур без застосування рідких холодоагентів (з властивим цьому процесу пароутворенням та небезпекою виплесків при попаданні води в отвори виливка) спрощує температурний контроль з застосуванням термопар для контакту з виливком у сухому технологічному середовищі. Попадання води чи пару на термопару або її захисний чохол одразу знижує її показання і зменшує достовірність контролю температури виливка.

Псевдозріджений шар більш технологічний ніж вода, він діє на виливок дещо "м'якше" без небезпеки переохолодження певних частин виливка нижче мартенситної точки Ми, що підвищує надійність технології з огляду забезпечення якості продукції. Одночасно технічне рішення цієї корисної моделі усуває надмірне переохолодження при спрощеному застосуванні псевдозрідженого шару, як за способами |1, 6І, і зупиняє процес охолодження при досягненні температури початку утворення бейнітних структур, щоб забезпечити досить тривале бейнітне перетворення у чавуні виливка.

Прикладом служить дослідно-промислове виготовлення чавунних зубчастих коліс в процесі поліпшення технології за способом-аналогом (41. Процес включав виплавку чавуну в електропечі і лиття за моделями, що газифікуються (ЛГМ). Після затвердівання металу при температурі виливка в інтервалі 850-1000 "С нерухомий сипкий пісок форми переводили в псевдозріджений стан навколишнього піску в формі за способом |1| з можливими нескладними операціями (для поліпшення умов праці) і застосуванням оснастки зі способу |Б6Ї. При охолодженні і досягненні виливком температури початку утворення бейнітних структур, які рекомендовані в технічних умовах на характеристики виливка або відповідають відомим рекомендаціям (2, 3, 5) і, в цілому, входять в інтервал 300-500 "С |4), починаючи, зокрема, від 500 С, газ (повітря) для псевдозрідження чи продування сипкого піску у піщаній формі нагрівали до цієї температури і перевірили два варіанти наступної операції - ізотермічної витримки виливка в інтервалі бейнітного перетворення за умов знаходження виливка у псевдозрідженому шарі піску, або ізотермічної витримки виливка при такому перетворенню за умов продування нагрітого газу крізь сипкий пісок вільної засипки, що частково нагрівся від тепла виливка та осів у формі після псевдозрідження. Зокрема, аналогічно опису |4| для виливка зубчастого колеса виконували за всіма варіантами ізотермічну витримку з температурою близько 350 "С протягом 50-60 хв. Також для одиночного чи дрібносерійного виготовлення виливків перевірили третій варіант, при досягненні виливком температури початку утворення бейнітних структур його видаляли з форми, переносили у іншу форму з нагрітим сипким піском та наступну ізотермічну витримку за зазначених вище умов підтримували нагріванням цього піску електронагрівачем аналогічно способу |41.

Подальше охолодження виливка виконували на повітрі. Металографічне дослідження мікроструктури на шліфах з металу виливка за трьома варіантами ізотермічної витримки показало наявність чавуну з металевою матрицею, в якій переважав бейніт, а подальші випробування властивостей відповідали показникам бейнітного чавуну.

В дослідно-промислових процесах для захисту виливка від надмірного охолодження нагрівання газу до температури близько 500 "С виконували електропристроєм (з регулятором вихідної потужності) по типу теплової гармати або будівельного електрофену, що підключали чи вбудовували в трубопровід подавання газу, який подавався (як і повітря кімнатної температури)

Зо аналогічно способам (|1,6|Ї для продування сипкого піску форми. Для короткочасної ізотермічної витримки до 10 хв. рекомендовано створення псевдозрідженого шару, для витримки більшої тривалості допустимо продування нагрітого газу крізь сипкий пісок вільної засипки, що нагрівся від тепла виливка та осів у формі після псевдозрідження. Досвід показав, що при попередньому охолодженні у псевдозрідженому шарі і досягненні виливком 500 "С середня температура піску в результаті теплообміну з виливком досягала 260-300 "С, тому подальше продування нагрітим газом вирівнювало температуру піску і виливка до зданого інтервалу температури ізотермічної витримки, зокрема вказаної у джерелах |2, 3, 5) для отримання структури верхнього, нижнього, або безкарбідного бейніту (аусфериту).

Таким чином, використовуючи відомі режими термообробки виливка, корисний ефект досягали завдяки спрощенню технологічних операцій, що виконуються переважно в одній ливарній формі з сипкого піску без застосування рідких холодоагентів та видалення виливка з форми при високих температурах, коли він ще червоного кольору та має невисоку міцність для транспортування. Відсутність контакту води з таким гарячим виливком при створенні великого об'єму пару і потреби перевантаження виливка в інші середовища поліпшить умови праці ливарників та спростить контроль температури ливарно-термообробних процесів у сухих технологічних середовищах без їх зволоження.

Спосіб дає можливість ливарним підприємствам одержувати виливки з бейнітного чавуну з литого стану і при нескладних технологічних операціях, а також з вірогідним підвищенням якості цієї продукції завдяки виконання операцій в сухому піщаному середовищі, традиційному для ливарного цеху.

Джерела інформації: 1. Пат. 97151 Україна, МПК В220 27/04. Спосіб охолодження виливків у ливарній формі.

Опубл. 10.03.2015, Бюл. Мо 5. 2. Узлов К.И. Вьічисление оптимальньх температурньх интервалов аустемперинга матриць! чугунов с шаровидньїм графитом // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури, 2015. - Мо 1. - С. 27-33. 3. Макаренко К.В. Рациональное структурированиеє графитизированньїх чугунов // Трудь!

Нижегородского ГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2014. - Мо 2. - С. 196-205.

4. Пат. 123731 Україна, МПК 822 07/00, в22 023/00, С2105/02, С210 1/20, В22 027/04.

Спосіб виготовлення виливків з бейнітного або аусферитного чавуну з кулястим графітом.

Опубл. 12.03.2018, Бюл. Мо 5. 5. Гуляев А.П. Металловедениєеє. 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1986. - 544 с. 6. Пат. 106005 Україна, МПК В220 27/04. Спосіб охолодження виливків у ливарній формі чи контейнері з сипким наповнювачем. Опубл. 11.04.2016, Бюл. Мо 7.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб виготовлення виливків з ізотермічно загартованого бейнітного чавуну, що включає затверднення розплаву чавуну в піщаній формі з сипкого піску, попереднє охолодження виливка, що виключає перлітне перетворення в ньому, до температури початку утворення бейнітних структур і витримку в інтервалі бейнітного перетворення в сипкому піску форми, який відрізняється тим, що попереднє охолодження виливка виконують продуванням газу і псевдозрідженням сипкого піску у піщаній формі до температури початку утворення бейнітних структур, при досягненні виливком якої виконують на вибір три операції: газ нагрівають до цієї температури, і продуванням нагрітого газу підтримують псевдозріджений стан сипкого піску або виконують продування нагрітого газу крізь сипкий пісок вільної засипки, що нагрівся від тепла виливка та осів після виконання псевдозрідженого стану, або виливок при температурі початку утворення бейнітних структур переносять у іншу форму з нагрітим сипким піском, і під час кожної (вибраної) з цих операцій виконують витримку виливка в інтервалі бейнітного перетворення.