СПОСОБ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЧУГУНА
METHOD OF THERMO-CYCLIC PROCESSING OF IRON

Изобретение относится к металлургии чугуна и может быть использовано для снижения коэффициента линейного расширения (КЛР).
3
3
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 Ас и охлаждение на воздухе до температур на 50-200°С ниже Ar [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.
2
2
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(NH)) 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, α×10<sup>6</sup>, град<sup>-1</sup>
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.