способ термоциклической обработки чугуна

Формула изобретения

Способ термоциклической обработки отливок из серого чугуна, включающий в каждом цикле нагрев отливки до 980-1020°С, выдержку 5-15 мин, охлаждение в воде, отличающийся тем, что проводят дополнительный нагрев в расплаве мочевины при 135-150°С, выдержку 10-20 мин и последующее охлаждение на воздухе, при этом количество циклов составляет до 3.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии чугуна и может быть использовано для снижения коэффициента линейного расширения (КЛР).

Известно использование термоциклирования для обработки чугуна [1] с целью повышения однородности химического состава металла и пластических свойств. Известен также способ термоциклической обработки чугуна, включающий многократные нагревы до температур на 50-200°С выше Ас₃ и охлаждение на воздухе до температур на 50-200°С ниже Ar₃ [2]. Однако снижения коэффициента линейного расширения при использовании этого способа не происходит.

Наиболее близким к заявляемому является способ термической обработки чугуна, включающий нагрев и охлаждение в воде, отличающийся тем, что нагрев проводят в интервале 890-1020°С циклически с выдержкой 5-15 минут, при этом число циклов выбирают 2-4 [3]. Однако этот способ не приводит к существенному снижению КЛР.

Задачей предлагаемого способа термической обработки чугуна является снижение коэффициента линейного расширения в интервале температур испытания 50-250°С, что в перспективе позволит использовать серый чугун в качестве нового прецизионного материала, частично заменив такие сплавы с низкими значениями КЛР, как инвары, суперинвары и ковары.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что чугун нагревают при 980-1020°С, выдерживают при этой температуре в течение 5-15 мин, охлаждают в воде, затем выдерживают в расплаве мочевины при 135-150°С в течение 10-20 мин с последующим охлаждением на воздухе. Количество циклов - до 3.

Использование такой термической обработки позволяет снизить КЛР до необычно низких значений за счет интенсификации процессов диффузии.

Эта термообработка снижает КЛР при температурах испытания 50-100°С, что важно для материалов приборной техники, а также при температурах испытания 150-200°С, что необходимо для гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Оптимальное количество циклов составляет до 3. Увеличение количества циклов более 3 нецелесообразно, так как дальнейшее снижение КЛР незначительно.

На чертеже представлены значения КЛР после термообработки, проводимой по известному и предлагаемому способам.

Пример. Использовали чугун марки СЧ-20, выплавленный в литейном цехе ОАО «ЗСМК». Плавка проводилась в индукционной печи ИЧТ-10М № 5, номер плавки 2-8377. Химический состав чугуна: С - 3,65%; Si - 1,77%; Mn - 0,56%; S - 0,021%; P - 0,16%; Cr - 0,32%; Ni - 0,17%; Ti - 0,04%; V - 0,05% (ГОСТ 1412-85). Нагрев отливок осуществляли при 980-1020°С с выдержкой в течение 5-15 мин, охлаждали в воде, затем выдерживали в расплаве мочевины (химическая формула - CO(NH₂)₂) при 135-150°С в течение 10-20 мин и охлаждали на воздухе. Для сравнения проводили термоциклическую обработку чугуна по способу, принятому за прототип. Температуры нагрева составляли 980-1020°С с выдержкой 5-15 мин, охлаждение в воде. Количество циклов составляло 1-4. После каждого цикла проводили дилатометрический анализ. Эффективность обработки оценивали по результатам определения КЛР на оптическом дилатометре системы Шевенара. Полученные результаты сведены в таблицу.

Как видно из приведенных в таблице результатов, эффективность предлагаемого способа термоциклической обработки чугуна с количеством циклов до 3 выше по сравнению с известным способом.

Предлагаемый способ термоциклической обработки может быть использован на металлургических и машиностроительных заводах для улучшения свойств отливок из чугуна.

Таблица
Способ обработки чугуна	Кол-во циклов	Коэффициент линейного расширения при различных температурах испытания, ×106, град-1
50	100	150	200	250	300	350	400
Известный:	без обработки	8,45	9,70	10,72	11,74	12,47	13,03	13,47	13,37
980°С, 15 мин, вода	2	10,41	11,37	7,79	9,62	14,83	16,58	16,82	13,26
1000°С, 10 мин, вода	4	10,41	11,11	6,24	8,98	13,49	15,82	16,05	8,41
1020°С, 5 мин, вода	6	10,41	11,11	6,11	8,76	13,47	15,60	16,05	8,41
Предлагаемый:	без обработки	8,45	9,70	10,72	11,74	12,47	13,03	13,47	13,37
980°С, 15 мин, вода+расплав мочевины 150°С, 20 мин, воздух
1	7,93	6,90	3,07	7,69	12,25	14,31	14,17	10,42
1000°С, 10 мин, вода+расплав мочевины 140°С, 15 мин, воздух
2	7,57	7,53	9,47	7,27	12,01	14,65	15,33	7,62
1020°С, 5 мин, вода+расплав мочевины 135°С, 10 мин, воздух
3	6,97	6,70	2,66	7,89	12,93	13,15	1,27	0,71
то же	4	8,76	6,20	6,84	8,28	12,48	14,42	14,74	14,84

Источники информации

1. Федюкин В.К., Смагоринский М.Е. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин. - Ленинград: Машиностроение, 1989, с.128-138.

2. А.с. № 412262, кл. 21 D 5/00 «Способ термоциклической обработки чугуна» / Лебедев Т.А., Маринец Т.К., Федюкин В.К. ЛПИ им. Калинина. Опубл. БИ № 3, 1974.

3. А.с. № 2322515, кл. C21D 5/02 «Способ термоциклической обработки чугуна» / Афанасьев В.К., Чибряков М.В., Корнеева О.В., Толстогузов В.Н., Старовацкая С.Н. СибГИУ. Опубл. БИ № 11, 2008.