Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения отбеленных износостойких отливок

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

Известен способ получения износостойких отбеленных деталей, например быстроизнашивающихся сменных деталей металлургического и горнорудного оборудования. Эти детали отливаются с холодильниками в местах предполагаемого получения отбела, а чугун имеет следующий химсостав, %: С 3,2-3,4; Si 2,8-3,5; Cr 5,0-6,5; Al 1,0-1,5; Mn 0,6-2,0; Fe - остальное.

В чугун при выдаче его из печи в ковш никаких добавок не вводится. Отбеленная часть этих отливок имеет твердость 410-520 НВ, твердость «серой» зоны 320-370 НВ, имеется большая переходная зона (Ю.Н. Таран, В.М. Снатовский, B.C. Лучкин и др. «Чугун», АС 742481, М.кл.² С22С 37/10).

Недостатками такого способа получения отбеленных износостойких отливок являются: низкая твердость и износостойкость отбеленного слоя, большое количество карбидов в «серых» частях отливки и большая переходная зона между «отбеленной» и «серой» частями отливки. Наличие карбидов в основной «серой» части отливки затрудняет обрабатываемость ее резанием и может привести к хрупкому разрушению изделия при динамических нагрузках.

Известен способ получения отливок автомобильных распределительных валов, включающий изготовление оболочковой формы, установку холодильников, заливку чугуна и последующее регулируемое охлаждение кристаллизующегося металла, при этом, с целью повышения износостойкости валов, чугун заливают при 1375…1400°C, а охлаждение при первичной кристаллизации осуществляют со скоростью 35…40°C/с в носике кулачка и 0,4…0,5°C/с - в центральной части вала (В.П. Платонов, А.А. Колпаков, «Способ получения отливок автомобильных распределительных валов», АС 980955, М.кл.² B22D 27/04).

Отбел на носиках кулачков получают с помощью:

1. установки холодильников в частях формы, образующих носики кулачков;

2. увеличения содержания карбидообразующих легирующих элементов Mn и Cr;

3. увеличения выдержки и перегрева чугуна в печи;

4. температуры заливки форм.

Недостатком данного способа является недостаточная глубина отбела на носиках кулачков и наличие цементита в опорных шейках.

Все эти способы увеличивают одновременно глубину отбела отливки, в зоне контакта с холодильниками, но при этом увеличивается количество цементита в опорных шейках и в других элементах распредвала, что ухудшает механическую обрабатываемость отливок и делает распредвалы хрупкими.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения отбеленных износостойких отливок, включающий изготовление форм, установку холодильников, перелив чугуна из печи в ковш, заливку форм чугуном и последующее охлаждение кристаллизующегося металла, при этом в металлозавалку печи вводят гипс (CaSO₄) в количестве 0,1…0,8% от объема жидкого металла (RU, патент на изобретение №2254207, B22D 27/00).

Недостатком данного способа является отсутствие стабильности в получении необходимой величины отбеленной зоны.

Технической задачей данного изобретения является получение заданной стабильной глубины чистого отбеленного слоя в режущей части почвообрабатывающих рабочих органов из высокопрочного чугуна, повышение твердости, регламентирование ширины переходной зоны.

Технический результат заключается в повышении износостойкости почвообрабатывающих рабочих органов за счет отбела режущей кромки, а также в исключении появления эвтектических карбидов в основной «серой» части отливки, что обеспечивает хорошую обрабатываемость резанием и исключает хрупкое разрушение изделия при резком возрастании нагрузки (при ударах).

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом способе получения отбеленных износостойких отливок, включающем изготовление форм, установку холодильников, перелив чугуна из печи в ковш, заливку форм чугуном и последующее охлаждение кристаллизующегося металла, при этом отбеливают отливки из высокопрочного чугуна в клинообразном сечении режущих частей, в котором его толщина возрастает от 2…3 до 25…35 мм, химический состав чугуна регламентируется содержанием углерода 3,3…3,6%, кремния 1,21…1,53%, марганца 0,4…0,7%, магния 0,4…0,6% и серы ≤0,02%, заливают жидкий металл при температуре 1360…1430°C во влажные песчано-глинистые формы с установкой стальных холодильников объемом 3⋅10^-8 м³ из расчета на каждый миллиметр квадратный отбеливаемой поверхности, что обеспечивает полный отбел в режущей части рабочих органов почвообрабатывающих машин на глубину 5…7 мм и ширину переходной зоны не более 8…10 мм.

При испытаниях проводились исследования влияния процентного содержания углерода, кремния, марганца, магния, а также температуры заливаемого чугуна на толщины отбеленного слоя режущей кромки почвообрабатывающих рабочих органов.

Для выбора оптимального состава чугуна для отливок долота плуга с отбеленным рабочим слоем было выполнено исследование комплексного влияния содержания основных его компонентов - кремния и марганца на глубину и характер отбеленной зоны литых образцов клиновидной формы, залитых в сырую песчано-глинистую форму, острым краем, установленных на металлическую плиту.

Исследование проводилось на серии опытных плавок чугуна, выплавленного в лабораторной индукционной печи, с фракционной разливкой металла. Содержание углерода выдерживалось на высоком уровне 3,3…3,6%, чтобы обеспечить образование возможно большего количества эвтектического цементита и высокую твердость отбеленного слоя, содержание серы не превышало 0,02%.

В ходе каждой плавки, изначально низкомарганцевого и низкокремнистого чугуна варьировали содержание марганца и кремния дробными добавками сначала первого, а затем второго элемента. После каждой добавки отбирали пробу на химический анализ и заливали опытный образец для изучения характера отбела.

Твердость отбеленной части образцов в зоне чисто белого чугуна для всех фракций была примерно одинаковой и составляла 60…62,5 HRC. Твердость основного тела отливки (зона графитизированного чугуна) и глубина отбела, измеренная до появления первых включений графитовой эвтектики.

Для достижения необходимой скорости охлаждения отливки, с целью получения заданных параметров отбела, использовались стальные холодильники объемом 3⋅10^-8 м³ из расчета на каждый миллиметр квадратный отбеливаемой поверхности, что обеспечивает полный отбел в режущей части рабочих органов почвообрабатывающих машин на глубину 5…7 мм и ширину переходной зоны не более 8…10 мм.

Оптимальная для упрочнения долота чизеля глубина отбеленного слоя 5…7 мм и приемлемый уровень твердости графитизированной части отливки ≤260НВ, позволяющий выполнять необходимые операции механической обработки резанием, были получены в чугуне с содержанием углерода 3,3…3,6%, кремния 1,21…1,53%, марганца 0,4…0,7%, магния 0,4…0,6% и серы ≤0,02%.

Металл перегревали в печи до 1520°C, выливали в передаточный ковш, а из него в 3 заливочных ковша. Заливка форм отливок велась при температуре 1360…1430°C во влажные песчано-глинистые формы с установкой холодильников в местах планируемого отбела на глубину 5…7 мм. Исследования проводились с рабочими органами почвообрабатывающих машин максимальным размером сечения рабочих органов, не превышающим 35 мм.