способ получения отбеленных износостойких отливок

Формула изобретения

Способ получения отбеленных износостойких отливок, включающий изготовление форм, установку холодильников в формы, перелив чугуна из печи в ковш, заливку форм чугуном и последующее охлаждение кристаллизующегося металла, отличающийся тем, что в ковш с чугуном вводят гипс в количестве 0,1-0,8% совместно с ферромарганцем в количестве 3,0%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии литейного производства, в частности к разработке способа получения отбеленной износостойкой отливки.

Известен «Способ получения отливок автомобильных распредвалов» [1]. Недостатком данного способа является недостаточная глубина отбела на носиках кулачков и наличие цементита в опорных шейках. Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является «Способ получения отбеленных износостойких отливок» [2].

Недостатком данного способа является низкая эффективность его применения при вводе гипса в печь.

Технической задачей данного изобретения является исключение ввода серосодержащих веществ в шихту печи, т.к. металл в печи является базовым в том числе и для получения высокопрочного чугуна (с низким содержанием серы до 0,02%) с шаровидным графитом.

Технический результат достигается совместным вводом гипса и ферромарганца в ковш.

Аналогов, содержащих отличительные признаки предлагаемого технического решения, не обнаружено.

На «ГАЗе», в условиях литейной цеха были проведены опытные сравнительные плавки получения распредвалов известным и предложенным способами. Чугун выплавляли в дуговой печи с кислой футеровкой. В качестве шихты использовали чушковые передельные чугуны, возврат чугуна СЧ21, отходы стали, ферросилиций, ферромарганец, феррохром и коксик.

Металл перегревали в печи до 1520°С, выливали в передаточный ковш, а из него - в 3 заливочных ковша. Заливка форм распредвалов велась при 1360-1420°С тремя вариантами: 1 вариант - с добавкой гипса в печь, 2 вариант - с добавкой гипса в ковш и 3 вариант - с добавкой гипса вместе с ферромарганцем в ковш.

В таблице 1 приведены химсоставы распредвалов с различным количеством введенных добавок гипса.

В таблице 2 приведены твердости кулачков, величины чистого отбела на кулачках, твердости опорных шеек и их микроструктура в зависимости от разного способа введенного в чугун гипса. Серосодержащее вещество - гипс попробовали ввести в ковш. Усвоение серы было небольшим (таблица 1, 230-470%) по сравнению с вводом в печь (400-800%). При совместном вводе в ковш гипса и ферромарганца усвоение серы увеличилось и стало 370-730%. В таблице 2 приведены механические свойства и структура - твердость и величина отбела кулачков выше у предлагаемого способа, чем у известного, что повышает износостойкость кулачков распредвала по новому способу. В структуре опорной шейки известного способа имеется цементит. В опорной шейке предлагаемого способа цементита и феррита нет. Структура стабильно-перлитная и твердость выше, что повышает и их износостойкость. Как видно из таблиц 1 и 2, совместный ввод гипса и ферромарганца в ковш дает максимальный положительный эффект: увеличение усвоения серы в ковше (варианты 2-5, таблица 1 предлагаемого способа), увеличение отбеленного слоя со стороны холодильников(варианты 2-5, таблица 2 предлагаемого способа) и исключение «отбела» в центральной части отливки распредвала.

Поскольку усвоение серы в известном способе, в ковше, ниже, чем в печи (как видно из таблицы 1), вариант ввода одного гипса в ковш в таблице 2 уже не рассматривается.

Ввод 0,08% гипса с ферромарганцем в ковш (вариант 1 предлагаемого способа) дает недостаточную величину отбела на носиках кулачков распредвала. Начиная с 0,1% до 0,8% гипса, введенного с 3% ферромарганца в ковш, получается стабильно нормированная величина отбела на носиках кулачков и полностью отсутствует цементит в опорных шейках (варианты 2-5).

Ввод 0,9% гипса с ферромарганцем в ковш является уже излишним, т.к. приводит к появлению цементита в опорных шейках и завышенной их твердости (вариант 6, таблица 2). Добавка ферромарганца меньше 3% (вариант 7 таблиц 1 и 2) уменьшает твердость отбеленного слоя кулачка и опорной шейки (по сравнению с вариантом 6). Увеличение ферромарганца свыше 3% (вариант 8 таблиц 1 и 2) увеличивает твердость опорной шейки с появлением цементита в ее структуре. Таким образом, ввод 0,1-0,8% гипса вместе с 3% ферромарганца в ковш дает самый оптимальный положительный эффект, увеличение твердости и глубины отбеленного слоя со стороны холодильника и исключение отбела в центральной части элементов отливки.

Таблица 1
Способ получения отливок	Вариант №	Химанализ, %	Увеличение серы, %	Количество гипса, %	Совместно, в ковш: (гипс + FeMn 70), %
С	Si	Мn	Сr	Р	S	В печь	В ковш
исходный	3,81	1,75	1,02	0,32	0,075	0,012	-	-	-	-
Известный	1	3,80	1,76	1,03	0,31	0,075	0,02	170	0,08	-	-
2	3,81	1,79	1,02	0,30	0,074	0,022	180	0,1	-	-
3	3,78	1,76	1,03	0,30	0,074	0,052	430	0,4	-	-
4	3,76	1,78	1,02	0,29	0,073	0,072	600	0,6	-	-
5	3,74	1,80	1,04	0,29	0,072	0,096	800	0,8	-	-
6	3,72	1,87	1,05	0,28	0,068	0,102	900	0,9	-	-
1	3,80	1,78	1,02	0,32	0,075	0,015	125	-	0,08	-
2	3,81	1,79	1,03	0,31	0,074	0,019	150	-	0,1	-
3	3,79	1,79	1,02	0,30	0,074	0,028	230	-	0,4	-
4	3,78	1,80	1,02	0,29	0,073	0,042	350	-	0,6	-
5	3,77	1,81	1,01	0,28	0,073	0,056	470	-	0,8	-
6	3,76	1,89	1,00	0,28	0,072	0,070	580	-	0,9	-
Предлагаемый	исходный	3,82	1,77	0,30	0,32	0,074	0,013	-	-	-	-
1	3,81	1,78	1,21	0,33	0,073	0,018	150	-	-	0,08+3,0
2	3,80	1,79	1,18	0,32	0,074	0,021	175	-	-	0,1+3,0
3	3,79	1,80	1,17	0,29	0,073	0,044	370	-	-	0,4+3,0
4	3,78	1,81	1,18	0,28	0,072	0,066	550	-	-	0,6+3,0
5	3,78	1,83	1,19	0,28	0,073	0,088	730	-	-	0,8+3,0
6	3,77	1,81	1,20	0,28	0,074	0,100	800	-	-	0,9+3,0
7	3,78	1,78	1,03	0,28	0,073	0,061	542	-	-	0,6+2,8
8	3,77	1,82	1,42	0,29	0,074	0,068	561	-	-	0,6+3,2

Таблица 2
Способ получения отливок	Вари ант №	Твердость кулачков, HRC	Величина отбела на кулачках, мм	Твердость опорной шейки, НВ 5/750/10	Микроструктура опорной шейки
Известный способ	1	46	6,8	179	ПГф1,2-ПГд45-90-ПГр1,2-ПГ10-П85(Ф15)
2	49,7	7,8	190	ПГф1,2-ПГд45-90-ПГр1,2-ПГ10-П96(Ф4)
3	49	8,6	197	ПГф1,2-ПГд45-ПГр1-ПГ10-П96(Ф4)
4	52	8,9	217	ПГф1,2-ПГд45-ПГр1-ПГ10-П(Ф0)
5	53	9,2	229	ПГф1,2-ПГд45-ПГр1,2-ПГ10-П(Ф0)
6	58	11	260	ПГф1,2-ПГд45-ПГр1,2-ПГ10-П(Ф0)Ц6-Цп2000
Предлагаемый способ	1	47	7,0	187	ПГф1-ПГд45-ПГр1,2-ПГ10-П96(Ф4)
2	49	8,4	220	ПГф1-ПГд45-ПГр1-ПГ10-П(Ф0)
3	51	8,8	229	ПГф1,2-ПГд45-90-ПГр1-ПГ10-П(Ф0)
4	53	9,2	235	ПГф1-ПГд45-ПГр1-ПГ10-П(Ф0)
5	55	9,4	240	ПГф1-ПГд45-ПГр1-ПГ10-П(Ф0)
6	60	12	260	ПГф1-ПГд25-ПГр1,2-ПГ10-П(Ф0)Ц4-Цп2000
7	49	8,0	220	ПГф1-ПГд45-ПГр1-ПГ10-П96(Ф4)
8	58	9,8	260	ПГф1-ПГд25-ПГр1,2-ПГ10-П(Ф0)Ц2-Цп2000
Технические условия	49 HRC -3 мм	7,8 мм	190-255	Феррита до 8%, цементит не допускается