ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ СТАЛЬНЫХ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ВЫСОКОМЕМПЕРАТУРНОЙ ГАЗОСТАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

 

Блурцян Р.Ш., Селихов Г.Ф., Залазинский М.Г.

(МИ ВлГУ, г. Муром. Владимирская обл., РФ)

 

Research is done on high-temperature gas-static processing of high-manganese and carbon steel parts providing longer life.

 

Высокомарганцовистая и углеродистая стали, используемые для изготовления деталей, работающих в условиях ударного износа и подвергающихся гидравлическим и пневматическим испытаниям на герметичность, склонны в процессе формирования отливок, к образованию трещин, усадочных пор, раковин, которые практически не выявляются качественным контролем металла. Наличие несплошностей в металле приводит к снижению прочности, износостойкости и герметичности изделий.

Для повышения качества и эксплуатационных свойств изделий из высокомарганцовистых и углеродистых сталей разработана технология высокотемпературной газостатической обработки (ВГО), которая рассчитана на изготовление отливок из сталей 110Г13Л и 30Л путем залечивания литейных дефектов в условиях обеспечения диффузионно-пластической деформации при высоких температурах и постоянно приложенных больших давлениях. Процесс залечивания приповерхностных литейных дефектов включает в себя последовательные стадии образования зон пластической деформации по контуру дефекта «жестким» сдвигом поверхностного слоя до контактирования берегов дефекта и их диффузионную сварку. Залечивание объемных дефектов, расположенных внутри отливок, происходит путем вязкопластического течения металла в полость дефекта и диффузионных процессов.

Это достигается тем, что отливки из высокомарганцовистой стали, очищенные от пригара дробью, подвергают высокотемпературной газостатической обработке (ВГО). На первой стадии отливки нагревают в печи предварительного нагрева до температуры 700° со скоростью менее 100°С/ч и выдерживают при данной температуре в течение 6 ч. На второй стадии отливки нагревают в среде инертного газа до 1150°С со скоростью 150°С/ч при которой в качестве обработки давлением используют изостатическое уплотнение аргоном давлением 140-200 МПа с последующей закалкой в воде с температуры не ниже 950°С. Закалка отливок, обработанных ВГО, производится после выгрузки из газостата и охлаждения на воздухе до температуры не ниже 950°С. Нагрев и выдержка на первой стадии способа осуществляются в печи предварительного нагрева газостата в атмосферной среде без давления аргоном и обеспечивают измельчение зерна стали. Вторая стадия предлагаемого способа обеспечивает полный перевод высокомарганцовистой стали по всему сечению отливок в однофазное аустенитное состояние и залечивание литейных дефектов – несплошностей. Выбранное значение температуры в 1150°С обусловлено тем, что при температуре выше 1150°С происходит укрупнение зерна, более  низкие значения ведут к необходимости увеличения времени выдержки. Процесс залечивания приповерхностных литейных дефектов включает последовательные стадии образования зон пластической деформации по контуру дефекта – выбор пространства дефекта «жестким» сдвигом поверхностного слоя до контактирования берегов дефекта и их диффузионную сварку. Залечивание объемных дефектов, расположенных внутри отливок, происходит путем вязкопластического течения металла в полость дефекта и диффузионных процессов. Скорость нагрева отливок менее 100°С/ч на первой и 150 °С/ч на второй стадиях предлагаемого способа выбраны, исходя из теплопроводности высокомарганцовистой стали.

Обработка по предлагаемому способу позволяет уменьшить интенсивность изнашивания по сравнению с базовым в 8-10 раз (таблица).

По предлагаемому способу обрабатывают отливки из высокомарганцовистой стали 110Г13Л.

Способ осуществляется следующим образом.

Сборку садки отливок в газостат проводят согласно паспортным данным установки. Разогревают печь предварительного нагрева газостата до 400±15°С. Загружают садку отливок в печь предварительного нагрева при температуре в рабочем пространстве печи не более 400°С. Нагревают садку отливок в печи предварительного нагрева до 700±15°С и выдерживают 6ч. Устанавливают садку отливок в газостат, имеющий температуру 700°С. Проводят вакуумирование контейнера газостата согласно конструкции. Поднимают давление аргона до 100±1 МПа. При достижении давления 100±1 МПа производят нагрев и подъем давления до рабочих режимов: температура 1150±5°С, давление 140-200 МПа.

При температуре 1150±5°С и давлении аргона 140-200 МПа отливки выдерживают в течение 3,5 ч. Садку отливок выгружают из газостата, охлаждают на воздухе и с температуры не ниже 950°С закаливают в воде.

В результате применения предложенного способа поверхности пор, рыхлот, раковин и других несплошностей контактируют друг с другом и металл соединяется в монолит, благодаря диффузионным процессам, что повышает надежность производственного процесса в обеспечении надлежащего качества отливок и, соответственно срока их эксплуатации.

Предложенный способ обработки деталей может применяться, в частности, для изготовления сердечников крестовин стрелочных переводов. Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа обработки отливок проявляется в условиях эксплуатации за счет продления срока их службы.

Способ проверен при испытании производственных образцов в лабораторных условиях. Износостойкость образцов исследовалась на машине трения по известной методике. Испытуемый образец изготавливался плоским и находился в неподвижной оправке. В качестве контртела использовался ролик из бандажной стали. В качестве параметров, характеризующих износостойкость образцов, использованы накопленный износ по определенному пути L, установившаяся интенсивность изнашивания и количественный параметр износостойкости I, основанный на сравнении износа образца с износом эталона и определяемый как:

интенсивность изнашивания образца

интенсивность изнашивания эталона

Сравнительные результаты испытаний износостойкости производственных образцов приведены в таблице.

 

Таблица 1 - Сравнительные результаты испытаний износа образцов из стали 110Г13Л, подвергнутых различным вариантам обработки

По варианту № 1 изготавливались на Муромском стрелочном заводе по действующей технологии производства отливок из стали 110Г13Л с последующей закалкой.

По варианту № 2 литые образцы, изготовленные на Муромском стрелочном заводе, подвергались ВГО в газостатической установке К-345 на Кулебакском металлургическом комбинате по предложенному способу.

По варианту № 3 образцы подвергались ВГО в две стадии по режимам, соответствующим предложенному способу, за исключением закалки. После осуществления второй стадии обработки отливки образцов выгружались из газостата и охлаждались на воздухе до комнатной температуры. Закалка образцов, подвергнутых ВГО, осуществлялась на Муромском стрелочном заводе по действующей технологии.

Результаты лабораторных испытаний износостойкости производственных образцов показали, что процесс ВГО позволяет уменьшить интенсивность изнашивания по сравнению с образцами, изготовленными по существующей базовой технологии, в 8…10 раз и повысить ударную вязкость стали на 75..80%.

Разработанный новый технологический процесс с использованием ВГО реализован в изготовлении опытных литых сердечников крестовин стрелочных переводов [2], которые являются самым слабым звеном при их эксплуатации.

Опытные партии крестовин типа Р65 (марка 1/6) изготавливались на ОАО «Муромский стрелочный завод» с последующей высокотемпературной газостатической обработкой в газостате К-345 Кулебакского металлургического завода. Стрелочные переводы с опытными крестовинами успешно эксплуатировались на горочных путях железнодорожной станции Орехово-Зуево Московской железной дороги под наблюдением ВНИИЖТ. При пропуске 20 и 70 млн. т. брутто грузов у двух опытных крестовин не имелось замечаний по работе, так как на поверхностях катания дефектов не было обнаружено. У крестовин, изготовленных по существующей базовой технологии на этих поверхностях как правило уже после пропуска 2…10 млн. т. брутто грузов возникали выкрашивания и сколы.

Анализ лабораторных и эксплуатационных испытаний показал целесообразность внедрения высокотемпературной газостатической обработки в производстве, так как она значительно улучшает качество и эксплуатационные свойства литых изделий из стали 110Г13Л.

Возможности высокотемпературной газостатической обработки по залечиванию дефектов – несплошностей металла литых изделий эффективно реализуются в повышении плотности и герметичности изделий, которые подвергаются значительным гидравлическим и пневматическим испытаниям.

В настоящее время проведены эксперименты и созданы технологические наработки по высокотемпературной газостатической обработке отливок корпуса, крышки и клина для клиновых задвижек из углеродистой стали, которые используются в газовых, водных и тепловых сетях. Эта новая технология предназначена для освоения и внедрения на ОАО «Муроммашзавод». Существующая нестабильность технологического процесса литья, склонность стали к значительной усадке приводят к браку отливок по причине течи из-за наличия в металле раковин различного происхождения, усадочной пористости, трещин и других несплошностей. Внедрение ВГО на ОАО «Муроммашзавод» позволит повысить плотность, герметичность литых деталей задвижек и устранить брак.

Литература

1.        Пат. 2033436 РФ, МКИ 6С2 1Д 8/00. Способ изготовления деталей из высокомарганцовистой стали. (Блурцян Р.Ш., Селихов Г.Ф., Залазинский М.Г., Ларкин А.В., Никитин А.М., Овсов Н.С., Пелевин Ю.Ф.// Открытия. Изобретения. -1995.- № 11.-с.85.

2.         Опыт высокотемпературной газостатической обработки отливок из высокомарганцовистой стали/ Р.Ш, Блурцян, Г.Ф. Селихов, М.Г, Залазинский и др.// Литейное производство. -1996. -№ 6. -с. 8-9.