Получение отливок с отбеленной поверхностью

Для получения отливок с отбеленной поверхностью используют низкоуглеродистые, низкокремнистые чугуны, состав которых зависит от требований, предъявляемых к глубине и твердости отбеленного слоя, а также прочностных характеристик отливки.

В отбеленной отливке из чугуна различают три зон:

  1.  чистая глубина отбела — от поверхности до появления первых включений графита;
  2. полезная глубина — от поверхности до слоя серого чугуна;
  3. общая глубина — от поверхности до места исчезновения цементитных включений.

Элементы, входящие в состав чугуна, по-разному влияют на твердость, глубину отбеленного слоя и эксплуатационные свойства прокатных валков и других литых заготовок.

Технологические особенности производства чугунных прокатных валков зависят от условий их эксплуатации.

Чугунные валки бывают полутвердые и твердые, гладкие и калибро­ванные. Структура рабочего слоя полутвердых валков перлит + графит; твердых валков с отбеленным слоем — цементит + перлит.

Схемы макроструктуры отбеленного валка и литейной металлической формы
Схемы макроструктуры отбеленного валка (а) и литейной металлической формы для получения бандажей валковых дробилок из легированного отбеленного чугуна (б): 1 — кокиль; 2 — стержень.

Полутвердые валки должны обладать высокой прочностью и износостойкостью; твердость их по Шору должна быть около 40…48 HSh. Полутвердые валки изготовляют из низкоуглеродистого чугуна состава: 2,2 — 2,7 % С; 0,5 — 1,2 % Si; 0,5 — 1 % Mn; 0,2 — 0,3 % Р; 0,05 — 0,1 % S. Чугун такого состава трудно получить в вагранках, поэтому его плавят в пламенных и электрических печах, а иногда и в мартеновских.

Твердые с отбеленным слоем валки имеют высокую твердость поверхностного слоя 52…80 Hsh и более. Валки с отбеленным слоем обычно изготовляют из чугуна, содержащего 2…3 % С; 0,5… 0,7 % Si; 0,5… 0,8 % Mn; 0,2…0,4 % Р; 0,07…0,12 % S, из легированных чугунов, содержащих 0,7…1,5 % Ni; 0,5…1,5 % Cr и 0,2…0,4 % Mo. Благодаря использованию методов комплексного легирования получены прокатные чугунные валки с отбеленной поверхностью и повышенными характеристиками твердости и эксплуатационной стойкости.

Глубина и твердость отбеленного слоя зависят также и от других факторов: химического состава и условий плавки чугуна, температуры его заливки, материала формы, толщины и состава огнеупорного покрытия на ее поверхности и т.д.

Требуемые твердость и глубину отбеленного слоя в таких отливках получают путем выбора оптимального химического состава чугуна и условий его охлаждения, способствующих образованию отбеленного слоя и карбидов в структуре.

Относительно тонкостенные отливки бандажей валковых дробилок из легированного (1,5…2,3 % Cr и 3,0…4,3 % Ni) отбеленного чугуна получают в металлических формах. Твердость отбеленной поверхности отливок составляет 330…360 НВ. Одним из эффективных методов повышения механических и эксплуатационных свойств металлов и сплавов является метод их объемного легирования при высокоскоростном внедрении дисперсных частиц (боридов, карбонитридов, нитридов и др.) в металлические заготовки (мишени). Сверхглубокое проникновение дисперсных частиц хорошо обеспечивает энергия взрыва.

При высоких температурах газоабразивного и ударно-абразивного изнашивания повышенной износостойкостью обладают сплавы, устойчивые против отпуска. Уменьшение твердости этих сплавов вследствие распада мартенсита снижает износостойкость. Однако чрезмерно высокие характеристики твердости и хрупкости карбидов при высокой вязкости сплавов не являются благоприятными факторами повышения эксплуатационной стойкости при работе в условиях газоабразивного и удар­но-абразивного изнашивания. При одинаковой стойкости матрицы значительно повышают износостойкость карбиды бора и титана и снижают ее карбиды ванадия.

В износостойких сплавах бор может образовать следующие карбиды: В6С (15,4 % С), В4С (25 % С), В3С (35 % С) и ВС (54,1 % С). В доэвтектоидные конструкционные стали вводят от 0,001 до 0,2 % бора, в вы­сокоуглеродистых сплавах его содержание ограничивают и влияние менее эффективно, так как в них по границам зерен образуется грубая сетка боридов и карбидов бора, под влиянием которой снижаются упру­гопластические свойства, прокаливаемость и эксплуатационная стойкость. Влияние бора на повышение прокаливаемости и износостойкости усиливается в присутствии хрома, молибдена, марганца, никеля и других легирующих элементов.

С железом бор образует два химических соединения: бориды железа FeB с 16,2 % В и Fe2B с 8,8 % В, а также твердые растворы. Растворимость бора в железе низкая и при 1000 °С не превышает 0,002…0,003 % (мае.). При таком содержании бор оказывает положительное влияние на прокаливаемость и проявляет ярко выраженное горофильное (поверхностно­активное) микролегирующие влияние на структуру, увеличивая устойчивость границ зерен, склонность аустенита к переохлаждению и снижая критическую скорость закалки и износ сплава.