Ізотермічне гартування залізовуглецевих сплавів, суміщене з їх виливанням

В. С. Дорошенко; П. Б. Калюжний

doi:10.15407/mom2024.01.047

Автор(и)

В. С. Дорошенко Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ https://orcid.org/0000-0002-0070-5663
П. Б. Калюжний Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ https://orcid.org/0000-0002-1111-4826

DOI:

https://doi.org/10.15407/mom2024.01.047

Ключові слова:

ізотермічне гартування, термообробка, виливки, аустеніт, лиття за моделями, що газифікуються

Анотація

Ізотермічне гартування (ІГ, Austempering) сплавів на основі заліза із середнім та високим вмістом вуглецю, яке створює металеву структуру, що називається бейнітом, використовується для збільшення міцності та ударної в'язкості металу. Деталі нагрівають до температури приблизно на 200-300 °C нижче температури затвердіння металу, потім досить швидко охолоджують (гартують) до температури початку бейнітного перетворення, уникаючи мартенситного перетворення, і витримують протягом часу, достатнього для отримання заданої бейнітної мікроструктури. Особливу вигідність має ІГ для виливків з високоміцного чавуну (ВЧ), додаючи до високих ливарних показників зростання механічних характеристик цього сплаву до рівня міцності сталі при менших собівартості, густині і енергоємності виплавки ВЧ порівняно зі сталлю. В статті розглянуто способи ІГ виливків, видалених в гарячому аустенітному стані з піщаної форми, як різновид термічної обробки залізовуглецевих сплавів, що суміщене з їх виливанням. Для цього використано лиття за моделями, що газифікуються, при якому завдяки високій плинності сухого піску ливарної форми неважко видалити гарячі виливків з форми для гартування. Ряд раніше запатентованих інститутом ФТІМС НАН України способів ІГ доповнено новим способом такого гартування в дозованій кількості води з врахуванням ефекту її плівкового кипіння. Новий спосіб включає розрахунок оптимальної маси гартувальної рідини - води з метою нагрівання її до температури кипіння на момент охолодження виливка до заданої температури бейнітного перетворення металу. Спосіб заощаджує гартувальну рідину, спрощує контроль тривалості охолодження, під час якого дозволяє перевезення виливків між ливарною і термообробною дільницями, що, загалом економить час, енергоресурси та площу цеху для отримання термооброблених виливків.

Посилання

Fewer Castings Made in 2020. A Modern Casting Staff Report, Casting Source. Jan/Feb, 2022, pp. 37–38 [in English].

Gnatush V.A. Protsesy littya, 2023, No 2, pp. 56-75 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/plit2023.02.056

Doroshenko V. S., Metall i lite Ukrainy, 2017. No 6-7, pp. 10 – 16 [in Russian].

Wittwer U., Rechsteiner A., Cast. J., 2005, 18, pp. 4-6 [in English].

Najdek, V.L., Gavrilyuk, V.P., Neizhko, I.G. Bejnitnyj vysokoprochnyj chugun (Bainitic ductile iron), Кyiv: National Academy of Sciences of Ukraine, PTIMA, 2008, 140 p. [in Russian].

Keough J. AFS Hoyt memorial lecture: innovate or die. Modern Casting, 2023, September, pp. 33-37 [in English]. URL: https://www.moderncasting.com/node/2488

Fraś E., Górny M., Lopez H., Archives of Metallurgy & Materials, 2014, Vol. 59, Issue 2, pp. 459-465 [in English]. https://doi.org/10.2478/amm-2014-0076

Kaliuzhnyi P.B., Doroshenko V.S., Shalevska I.А., Protsesy lyttya, 2022, No 3, pp. 34-41[in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/plit2022.03.034

Patent No. 123731 Ukraine, МPК B22 D7/00, B22 D23/00, С21D5/02, С21D1/20, B22 D27/04. Sposib vyhotovlennya vylyvkiv z beynitnoho abo ausferytnoho chavunu z kulyastym hrafitom [The method of manufacturing castings from bainite or ausferite cast iron with spheroidal graphite] / V.C. Doroshenko, V.O. Shinsky, No. u201708132; zayavl. 08/04/2017, opubl. 12.03.2018, Bul. No. 5/2018 [in Ukrainian].

Patent No. 131581 Ukraine, МPК B22D 7/00, B22D 23/00, C21D 5/02, C21D 1/20, B22D 27/04. [The method of manufacturing castings from bainite or ausferite iron-carbon alloy (cast iron, steel)] / V.C. Doroshenko, V.O. Shinsky, No. u201807117; zayavl. 06/25/2018, opubl. 25.01.2019, Bul. No. 2/2019 [in Ukrainian].

Patent No. 131907 Ukraine, МPК B22D 7/00, B22D 23/00, B22D 27/04, C21D 1/20. Sposib vyhotovlennya vylyvkiv [The method of making castings] / V.C. Doroshenko, V.O. Shinsky, No. u201807139, application 06/25/2018, opubl. 11.02.2019, Bul. No. 3/2019 [in Ukrainian].

Patent No. 131968 Ukraine, МPК B22 D7/00, B22 D23/00, C21D 1/20, C21D 5/02. Sposib vyhotovlennya vylyvkiv z beynitnoho abo ausferytnoho chavunu [The method of making castings from bainite or ausferite iron] / V.C. Doroshenko, V.O. Shinsky, No. u201808120; zayavl. 23.07.2018, opubl. 11.02.2019, Bul. No. 3//2019 [in Ukrainian].

Materials science: Textbook for universities / B.N. Arzamasov, V.I. Mukharova, G.G. Mukhin and others. Moskva: Publishing house of MSTU im. Bauman, 2002, pp. 648 [in Russian].

Patent No. 133701 Ukraine, МPК B22D 7/00, B22D 23/00, B22D 27/04, C21D 5/02, C21D 1/20. Sposib vyhotovlennya vylyvkiv z izotermichno zahartovanoho beynitnoho chavunu [The method of manufacturing castings from isothermally hardened bainite cast iron] / V.C. Doroshenko, P.B. Kalyuzhnyi, V.O. Shinsky, No. u201808674; zayavl. 13.08.2018, opubl. 04/25/2019, Bul. No. 8/2019 [in Ukrainian].

Patent No. 137850 Ukraine, МPК B22D 7/00, B22D 47/00. Rotorno-konveyernyy kompleks dlya vyhotovlennya vylyvkiv z vysokomitsnoho chavunu u lyvarnykh formakh z sypkoho pisku [Rotary-conveyor complex for the production of castings from high-strength cast iron in foundry molds from loose sand] / V.S. Doroshenko, O.Y. Shinsky, No. u201903780; zayavl. 04/12/2019, opubl. 11.11.2019, Bul. No. 21/2019 [in Ukrainian].

Patent No. 140588 Ukraine, МPК B22 D7/00, B22 D47/00. Lyvarnyy kompleks dlya vyhotovlennya vylyvkiv z vysokomitsnoho chavunu u lyvarnykh konteynerakh z sypkym piskom [Foundry complex for the production of castings from high-strength cast iron in foundry containers with loose sand] / V.C. Doroshenko, V.O. Shinsky, No. u201906852; zayavl. 06/18/2019, opubl. 10.03.2020, Bul. No. 5/2020 [in Ukrainian].

Patent No. 139559 Ukraine, МPК B22D 7/00, B22D 23/00. Sposib lyttya korpusiv boyeprypasiv z vysokomitsnoho chavunu u lyvarnykh formakh s sypkoho pisku [The method of casting ammunition cases from high-strength cast iron in loose sand molds] / V.C. Doroshenko, V.O. Shinsky, No. u201906835; zayavl. 06/18/2019, opubl. 10.01.2020, Bul. No. 1/2020 [in Ukrainian].

Patent No. 139560 Ukraine, МPК B22D 7/00, B22D 23/00, F41H 5/00. Sposib vyrobnytstva bronʹovoyi pereshkody z vysokomitsnoho chavunu u lyvarnykh formakh z sypkoho pisku [The method of production of an armored obstacle from high-strength cast iron in casting molds from loose sand] / V.C. Doroshenko, V.O. Shinsky, No. u201906841; zayavl. 06.18.2019, opubl. 10.01.2020, Bul. No. 1/2020 [in Ukrainian].

Patent No. 6414 Ukraine, МPК C21D 1/00. Zasib termoobrobky [Method of thermal treatment] / L.S. Malinov, No. 20040706300; zayavl. 28.07.2004; opubl. 16.05.2005, Bul. No. 5/2005 [in Ukrainian].

Patent No. 19545 А Ukraine, MPK: C21D 1/18, C21D 5/00. Sposib izotermichnoho hartuvannya detaley iz zalizovuhletsevykh splaviv [Method of isothermal hardening of parts made of ferrocarbon alloys] I.G. Neyizhko, No. 94012284; zayavl. 13.01.1994; opubl. 25.12.1997, Bul. No. 6/1997 [in Ukrainian].

Prokopovich I.V. Metaloznavstvo: navchalʹnyy posibnyk (Metal science: basic guide), Odessa: Ecology, 2020, 308 p. [in Ukrainian].

Gozhiy S.P. Osnovy fizyko-tekhnichnykh ta khimiko-termichnykh protsesiv dlya pidvyshchennya resursu vyrobiv mashynobuduvannya. Navchalʹnyy posibnyk (Fundamentals of physical-technical and chemical-thermal processes for increasing the resource of mechanical equipment. Chief assistant), Kiev: KPI im. Igor Sikorsky, 2022, 104 p. [in Ukrainian].

Zolotorevsky V.S. (ed.) Metallovedeniye. Tom 2. Termicheskaya obrabotka. Splavy. Uchebnik (Metal science. Volume 2. Heat treatment. Alloys. Textbook), 2nd ed., rev., Moskva: MISIS, 2014, 528 p. [in Russian].

Yanchenko A.B., Savulyak V.I. Problemi tribologíí̈, 2012, No 1, pp. 135-138 [in Russian].

Sokolov K.N. Oborudovaniye termicheskikh tsekhov (Equipment for thermal shops), 2nd ed., revised. and additional, Kyiv, Donetsk: Vishcha shkola. Golovnoye izd-vo, 1984, 328 p. [in Russian].

Jearl Walker. Boiling and the Leidenfrost effect. Physics, 10: 1–4, 1997. URL: http://chemistry-chemists.com/N1_2011/P1/How_does_water_boil.pdf [in English].

Chugun: spravochnik (Cast iron: reference book), Edited by: A.D. Sherman, A.A. Zhukova, Moscow: Metallurgy, 1991, 575 p. [in Russian].