СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТБЕЛЕННЫХ ИЗНОСОСТОЙКИХ ОТЛИВОК
METHOD OF PRODUCING CHILLED WEAR-RESISTANT CASTINGS

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
Вариант №
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