СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ АЗОТИРУЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЛЕГИРОВАННОГО ЧУГУНА С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ

Изобретение относится к области термической обработки деталей из чугуна с шаровидным графитом.

Известен способ термической обработки азотируемых деталей из чугуна с шаровидным графитом (авторское свидетельство СССР №286734, кл.² C21D 5/00, C21D 1/78, 1977).

Недостатком данного способа является то, что после такой термической обработки в деталях может получаться структура, недостаточно устойчивая к изменениям при азотировании, которые сопровождаются значительным и в ряде случаев недопустимым ростом и короблением деталей.

Если у азотированных деталей типа коленвалов коробление может быть уменьшено до допустимой величины за счет правки, например термической, то азотированные втулки цилиндров, имеющие коробление, поправить не представляется возможным.

Исследованиями установлено, что структурные изменения при азотировании обусловлены распадом перлита и отпуском бейнита.

Задачей изобретения является получение в деталях из легированного чугуна с шаровидным графитом, подвергаемых азотированию, структуры, устойчивой к изменениям при азотировании.

Это достигается тем, что детали из легированного чугуна с шаровидным графитом перед азотированием подвергают термической обработке по режимам, выбираемым на основании результатов контроля структуры деталей коэрцитиметром в исходном состоянии, а также на разных стадиях их изготовления.

Термическая обработка включает аустенизацию при 880-930°С, подстуживание до температур в интервале Ar₃-Ar₁ (критические точки соответственно начала выделения феррита из аустенита и превращения аустенита в перлит), охлаждение со скоростью 5-10 градусов в минуту до температур в интервале между температурой начала А→П (аустенито-перлитного) превращения и температурой на 50°С выше температуры максимальной устойчивости аустенита при превращении его в верхний бейнит или троостит, изотермическую выдержку деталей при этих температурах до максимально возможной степени А→П превращения, а после охлаждения структуру деталей проверяют коэрцитиметром, по показаниям которого выбирают режим последующего отпуска, после проведения которого проводят окончательную оценку структуры коэрцитиметром.

При этом чем больше в исходной структуре феррита, тем выше температуры аустенизации и подстуживания, выше скорость охлаждения и ниже температура отпуска.

Контроль структуры деталей в исходном состоянии после термической обработки с изотермической выдержкой и после отпуска производят коэрцитиметром по шкале, разработанной на основании исследований зависимости показаний коэрцитиметра от структуры и ее изменений при азотировании, а также от роста и коробления деталей при азотировании.

Примером применения предложенного способа является проведение предварительной термической обработки втулок цилиндров дизелей из чугуна с шаровидным графитом, легированного 0,4-0,6% меди и 0,25-0,45% молибдена, имеющих размеры: диаметр наружной поверхности - 350 мм, внутренней - 255 мм; высота 525 мм; в верхней части имеется утолщение.

Учитывая размеры втулок и их количество, термическую обработку втулок производили в печи с выкатной подиной. На подину устанавливали 21 втулку с зазором между ними не менее 250 мм.

Перед термической обработкой втулки проконтролированы коэрцитиметром, по показаниям которого их разделили на 2 группы: 1-я группа - втулки с преимущественно перлитной структурой (феррита до 20%); 2-я группа - втулки с перлитно-ферритной структурой (феррита 25-60%).

Режим термической обработки втулок 1-й группы: аустенизация при 880-900°С, выдержка 5-6 часов, подстуживание в печи до 750°С, затем подину с втулками выкатили из печи, охлаждали, пока температура в печи не опустилась до 600°С. Затем подину с втулками закатили в печь, а после того как температура поднялась до 650°С, подину с втулками выкатили и охладили их до 500°С. Далее втулки выдерживали в печи при температуре 550-580°С в течение 4-5 часов. Для обеспечения изотермической выдержки производили подогрев и подстуживание деталей.

Втулки 2-й группы подвергли аустенизации при 900-930°С, подстудили до 850°С, а затем подину с втулками выкатили из печи и охладили их до 500°С, после чего подвергли втулки изотермической выдержке по аналогии с втулками с перлитной структурой.

После охлаждения верх и низ втулок, а также контрольные кольца, из которых вырезают образцы для исследования структуры, механические свойства и твердость контролировали коэрцитиметром.

Втулки с показаниями от 30 до 40 единиц шкалы коэрцитиметра, на которой точка "10" соответствует 80% феррита, а точка "70" - 70% бейнита, подвергли отпуску при 550-580°С, а при показаниях выше 40 единиц - отпуску при 590-610°С в течение 4-5 часов. В структуре втулок следов распада перлита и недостаточно отпущенного бейнита не обнаружено.

Механические свойства втулок: σ_в=55-70 кгс/мм², δ≥1,5%, НВ 241-285. После азотирования при температуре 550-580°С в течение 115 часов заметных изменений в структуре не обнаружено. Увеличение внутреннего диаметра втулок не превышало 0,1 мм. Все втулки прошли окончательную механическую обработку, признаны годными и прошли успешно испытания на дизелях.

Экономический эффект от использования данного изобретения получается за счет исключения повторных термообработок и брака втулок из-за коробления при азотировании.

Предложенный способ термообработки может быть использован для деталей из серого легированного чугуна.