способ получения износостойких отливок из чугуна

Формула изобретения

1. Способ получения износостойких отливок из чугуна, включающий его расплавление, модифицирование ультрадисперсным порошком, заливку расплава в литейные формы и извлечение отливок после их затвердевания, отличающийся тем, что модифицирование расплава производят ультрадисперсным порошком окиси алюминия (Al₂O₃) в количестве 0,01 0,1% от массы расплава.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после извлечения отливок из литейных форм, их подвергают термообработке в виде закалки или отжига с последующей закалкой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при производстве отливок из высокохромистого чугуна ИСЦ.

Известно применение в качестве модификаторов ультрадисперсных порошков (УДП) тугоплавких химических соединений (карбиды, бориды, оксиды и др.) с размерами частиц в диапазоне 30 500 . Введение УДП в металлические расплавы в пределах тысячных и сотых долей процента приводит к достаточно высокому повышению уровня механических свойств литых изделий. Частицы УДП служат, во-первых, как собственно модифицирующими добавками, во-вторых, центрами кристаллизации, обладая высокой седиментационной устойчивостью, они блокируют рост кристаллических образований. Кроме того, частицы УДП являются и дисперсионными упрочнителями.

Известна также обработка жидкого чугуна марки СЧ18 ультрадисперсным порошком нитрида бора BN, что привело к резкому уменьшению глубины отбела (по стандартной клиновой пробе с 18 до 1 мм), к росту временного сопротивления разрушению _в (с 171 до 204 МПа на 19) и к измельчению в 1,8 раза эвтектического зерна (с 38 до 61 зерен на площади шлифа 1 см²). Однако износостойкость полученных отливок оказалась незначительной.

В основу изобретения положена задача разработки способа получения отливок с возможностью повышения износостойкости для высокохромистого чугуна ИСЦ (3,0 C, 20,1 Cr, 1,0 Si, 0,75 Mn).

Эта задача решается тем, что расплав чугуна модифицируют ультрадисперсным порошком окиси алюминия Al₂O₃ в количестве 0,01 0,1 мас. Дополнительно после разливки расплава в литейные формы, затвердевания отливок и их удаления из форм производят термообработку в виде закалки или отжига с последующей закалкой.

Изучение микроструктуры показывает, что в литом состоянии без модифицирования в чугуне наблюдаются выделения крупных игольчатых карбидов, а модифицирование УДП окиси алюминия обеспечивает получение карбидов округлой формы, равномерно распределенных в объеме матрицы. В результате закалки на воздухе после предварительного отжига чугуна, модифицированного УДП окиси алюминия, значительно уменьшается химическая неоднородность, что обеспечивает стабилизацию твердости (68,0 ед. по Роквеллу). При этом на шлифе наблюдаются короткие, тонкие, округлые выделения карбидов, которые равномерно распределены в матрице и изолированы друг от друга областями с упрочняющей фазой.

Пример. УДП окиси алюминия Al₂O₃ производства РИТЦ СОРАНС (г. Томск) (согласно ВТУ 4-25-90 массовая доля окиси алюминия в этом УДП составляет 85 94 массовая доля Fe, Si, Ni, Ti, Cr не более 0,5 удельная поверхность не менее 0,05 м/г, средний размер частиц не более 0,1 мкм) вводят в расплав в количестве 0,05 мас. Модификатор вводят в герметично закрытой тонкостенной трубке из нержавеющей стали в момент выпуска расплава под струю металла. Модифицирование проводят с учетом расплавления трубки за время выдачи определенной порции металла. Отливки получали в земляных формах. Исследования проводили на литых образцах, а также в закаленном (нагрев до 1000^oC, охлаждение на воздухе, отпуск при 350^oC в течение 3,5 ч) и в отожженном с последующей закалкой состоянии (полный отжиг при 800 850^oC).

Микроструктуру изучали на шлифах, приготовленных на боковых поверхностях плоских образцов толщиной 8 мм типа усеченного конуса с диаметром меньшей плоскости 38 мм, большей 40 мм, вырезанных из отливок и предназначенных для испытаний на износ. Износостойкость изучали в режиме абразивного износа на машине, обеспечивающей возвратно-поступательное движение образца (плоскостью диаметром 40 мм) по порошку электрокорунда зернистого в сухом состоянии. Износ определяли по величине потери массы образца в единицу времени ( _a, г/мин). Полученные результаты сравнивали с данными испытаний образцов из ИСЦ, модифицированного стандартной модифицирующей смесью МС (смесь окислов TiO₂, ZrO₂, NbO₅) по ТУ 48-0507-15-82. Твердость образцов определяли по Роквеллу.

Анализ полученных результатов, который представлен в таблице, показал, что в литом состоянии твердость чугуна, модифицированного модификатором МС, по сравнению с немодифицированным чугуном возрастает на 68,8 (с 33,5 до 56,6 ед. ), а модифицированного УДП окиси алюминия на 86,6 (до 62,5 ед. больше на 10,4 ). Износ при этом снижается соответственно на 21,9 и на 31,6 В закаленном состоянии модифицирование увеличивает твердость по сравнению с литым состоянием: при модифицировании МС до 61,5 ед. а УДП окиси алюминия - до 67,5 ед. (больше на 9,8). При этом износ уменьшается в еще большей степени: при модифицировании МС на 56,25 а УДП окиси алюминия на 83,48 (износ меньше на 17,4% ). Наибольшую эффективность в отношении стойкости к износу обеспечивает модифицирование чугуна УДП окиси алюминия с последующей обработкой в виде отжига и закалки, в результате чего твердость возрастает хотя и незначительно до 68,0 ед. но износ уменьшается ощутимо: относительно литого немодифицированного состояния в 2,74 раза, литого модифицированного состояния в 2,1 раза, закаленного модифицированного УДП окиси алюминия в 1,49 раз.

Введение в жидкий чугун УДП окиси алюминия легко технологически осуществимо и приводит к значительному увеличению его износостойкости.