Отливки из износостойкого хромистого чугуна (ИЧХ) производят с учётом особенностей сплава и требований к свойствам отливок. ИЧХ легированный чугун (чугун чх22), который применяют для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного, ударного и коррозионного износа.
Технология
Некоторые этапы производства отливок из ИЧХ:
- Выплавка сплава в индукционной печи повышенной частоты с кислой футеровкой (кварцит и борная кислота) или нейтральной футеровкой (например, муллитовый корунд). При выборе шихтовочных материалов используют передельный чугун или отходы от ИЧХ.
- Модифицирование расплава:
- В печи перед выпуском вводят 0,25–0,35% силикокальция, который образует локальные пересыщения микрообъёмов углеродом, инициируя зарождение карбидов хрома. Рекомендуемая температура ввода силикокальция 1420°С.
- В ковше добавляют 0,025–0,035% алюминия и 0,004–0,006% висмута, или теллура, или теллурида висмута. Температура ввода модификаторов около 1450°С.
- Разливка рекомендуемая температура расплава перед выпуском 1450–1500°С. При разливке учитывают, что высокохромистый чугун даёт усадку 6–7%, поэтому необходимо предусмотреть питание отливок прибылями.
- Термообработка отливок после кристаллизации, выбивки и обрубки отливки подвергают термообработке: нагрев до 950–1000°С, выдержка в течение 2 часов, затем охлаждение на воздухе. После этого отливки подвергают низкому отпуску: нагрев до 200°С, выдержка в течение 1 часа и охлаждение на воздухе.
Оборудование
Для производства отливок из ИЧХ используют, например:
- Индукционные печи повышенной частоты.
- Разливочные ковши.
- Металлические и комбинированные формы для литья, например, с использованием теплостойкой ткани в качестве защитно-разделительного покрытия.
Требования
Некоторые требования к отливкам из ИЧХ:
- Химический состав например, для чугуна ИЧХ28Н2: углерод 2,5–3%, марганец 0,5–1%, хром 25–30%, кремний 0,7–1,4%, никель 1,5–3%, сера не более 0,08%, фосфор не более 1,0%.
- Механические свойства например, твёрдость износостойкого чугуна ИЧХ28Н2 560–580HB.
Нормативные документы
Производство отливок из ИЧХ регламентировано ГОСТ 7769-82 «Чугун легированный для отливок со специальными свойствами». Стандарт распространяется на легированные чугуны для отливок с повышенной износостойкостью, коррозионной стойкостью или жаропрочностью.
Как влияет модифицирование расплава на свойства ИЧХ?
Модифицирование расплава износостойких хромистых чугунов (ИЧХ) улучшает их свойства. Некоторые эффекты модифицирования:
- Измельчение карбидов. Модифицирующие добавки позволяют измельчить первичные карбиды до размеров, сопоставимых с эвтектическими карбидами.
- Повышение износостойкости. Модифицированные чугуны показывают лучшие результаты по сравнению со стандартными чугунами.
- Возможность исключения или уменьшения времени термической обработки. В определённых условиях модифицирование позволяет исключить термическую обработку отливок или сократить время её проведения.
- Повышение трещиноустойчивости. Модифицирование замедляет процессы свободной и затруднённой усадки, особенно в начальный момент затвердевания отливки. Это снижает нарастание напряжений и положительно влияет на трещиноустойчивость.
- Улучшение жидкотекучести. Модифицирование приводит к уменьшению поверхностного натяжения, вязкости металла и величины кристаллов, что меняет закономерность кристаллизации и улучшает жидкотекучесть.
Какие методы термообработки используются для ИЧХ?
Для чугуна марки ИЧХ (износостойких хромистых чугунов) используют различные методы термообработки, которые зависят от марки чугуна и условий эксплуатации. Некоторые из них отжиг, закалка и отпуск.
Отжиг
Применяется для снятия внутренних напряжений в отливках сложной формы, которые возникают из-за неравномерного охлаждения. Например:
- Низкотемпературный графитизирующий отжиг снижает твёрдость сплава и повышает его пластичность, улучшает обрабатываемость резанием. Отливки нагревают до 550°С, затем повышают температуру до 650–750°С и выдерживают 1–4 часа. Охлаждают вместе с печью до 250°С, а дальше на воздухе.
- Высокотемпературный отжиг повышает пластичность и понижает твёрдость чугуна, улучшает обрабатываемость сплава. Отжиг проводят при температуре 850–950°С, выдерживают 0,5–5 часов, охлаждение медленно по мере охлаждения печи.
Закалка
Используется для повышения твёрдости, износостойкости и прочности. Например:
- Объёмная непрерывная закалка чугун нагревают до температуры на 40–60°С выше интервала превращения (обычно до 850–930°С) с получением структуры аустенит и графит. Затем дают выдержку для прогрева и насыщения аустенита углеродом (выдержка тем длиннее, чем больше феррита и меньше перлита). Отливки охлаждают в воде (простой конфигурации) или в масле (сложной конфигурации), высоколегированные на воздухе.
- Изотермическая закалка позволяет повысить прочность и износостойкость, эффективна для отливок небольших сечений.
Отпуск
Применяется после закалки для снятия термических напряжений и повышения временного сопротивления. Применяют:
- Низкий отпуск при температуре 200–250°С, для деталей, предназначенных для работы на истирание.
- Высокий отпуск при температуре 500–600°С, для чугунных отливок, не работающих на истирание.
Важно: при отпуске закалённых чугунов твёрдость понижается меньше, чем при отпуске стали, из-за большого количества остаточного аустенита и кремния, который повышает отпускоустойчивость мартенсита.
Какие факторы влияют на усадку отливок из ИЧХ?
В целом на усадку ИЧХ сплавов при литье влияют следующие факторы:
- Химический состав сплава. Углеродистые и легированные стали демонстрируют максимальные значения усадки (2,0–2,5%). Серые чугуны, напротив, показывают минимальную усадку (0,7–1,3%) благодаря компенсирующему влиянию графитовых включений.
- Скорость охлаждения. Быстрое охлаждение способствует образованию мелкокристаллической структуры и может увеличивать усадочную пористость. Медленное охлаждение позволяет лучше компенсировать усадку за счёт подпитки расплавом, но может привести к образованию крупных усадочных раковин.
- Конструкция отливки. Геометрия отливки значительно влияет на распределение усадочных напряжений. Наличие толстых сечений, концентраторов напряжений и переходов различной толщины создаёт неравномерность охлаждения и, как следствие, неоднородность усадочных процессов.
