Поліпшення механічних характеристик сірих чавунів термообробкою та обгрунтування її параметрів

Abstract

Розглянуто технологію термічної обробки сірих чавунів з метою поліпшення їх механічних характеристик шляхом реалізації бейнітного перетворення металевої матриці. Запропоновано використовувати для запуску процесу трансформування аустеніту матриці сірого чавуну у бейніт екологічно безпечну технологію гартування «у двох водах» без застосування шкідливих для екології ванн з розплавленими сплавами або солями, а подальший повний або частковий ізотермічний розпад аустеніту вести в повітряних печах. Це не тільки покращує екологічні показники технологічного процесу, але і значно здешевлює його. Визначення раціональних параметрів технологічного процесу термічної обробки сірих чавунів здійснено із застосуванням методики планування та реалізації багатофакторного експерименту. Адекватність результатів, отриманих внаслідок вимірювань з реалізацією паралельних експериментів, перевірялась з використанням критерію Стьюдента і задовольнила вимоги, а також дозволила відкинути малозначимі члени рівняння регресії. Проведено перевірку регресійної моделі впливу параметрів процесу на твердість термічно загартованого чавуну з використанням критерію Фішера, яка показала її адекватність. Виконання експериментальних досліджень з визначення факторів, які визначають міцність гартованих на бейніт сірих чавунів дозволили встановити раціональні часові параметри термічної обробки. Показано, що час витримки в печі при 850 °С перед охолодженням та час витримки в печі з температурою 400 °С в процесі розпаду аустеніту доцільно обмежити 30 хвилинами. Реалізація технології термічної обробки з визначеними параметрами для поліпшення якості литва, що масово виробляється на заводах регіону, дозволила підвищити міцність на стиск чавуну в 1,5 рази, твердість поверхні в 2 рази, а марку чавуну підняти з СЧ20 до СЧ25—СЧ30. При цьому вдалося забезпечити зменшення викидів парів солей, металів та інших продуктів взаємодії розплавів з атмосферою.

Рассмотрены технологии термической обработки серых чугунов с целью улучшения их механических характеристик путем реализации бейнитного преобразования металлической матрицы. Предложено использовать для запуска процесса трансформации аустенита матрицы серого чугуна в бейнит экологически безопасную технологию закаливания «в двух водах» без применения вредных для экологии ванн с расплавленными сплавами или солями, а дальнейший полный или частичный изотермический распад аустенита вести в воздушных печах. Это не только улучшает экологические показатели технологического процесса, но и значительно удешевляет его. Определение рациональных параметров технологического процесса термической обработки серых чугунов осуществлено с применением методики планирования и реализации многофакторного эксперимента. Адекватность результатов, полученных в результате измерений с реализацией параллельных экспериментов, проверялась с использованием критерия Стьюдента и удовлетворила требования, а также позволила отбросить малозначимые члены уравнения регрессии. Проведена проверка регрессионной модели влияния параметров процесса на твердость термически закаленного чугуна с использованием критерия Фишера, которая показала ее адекватность. Выполнение экспериментальных исследований по определению факторов, определяющих прочность закаливаемых на бейнит серых чугунов позволили установить рациональные временные параметры термической обработки. Показано, что время выдержки в печи при 850 °C перед охлаждением и время выдержки в печи с температурой 400 °C в процессе распада аустенита целесообразно ограничить 30 минутами. Реализация технологии термической обработки с определенными параметрами для улучшения качества литья, массово производимого на заводах региона, позволила повысить прочность на сжатие чугуна в 1,5 раза, твердость поверхности в 2 раза, а марку чугуна поднять с СЧ20 до СЧ25—СЧ30. При этом удалось обеспечить уменьшение выбросов паров солей, металлов и других продуктов взаимодействия расплавов с атмосферой.

The article discusses the technology of heat treatment of gray cast irons in order to improve their mechanical characteristics by implementing a bainitic transformation of the metal matrix. It is proposed to use the environmentally safe technology of hardening “in two waters” to start the process of transformation of austenite of a gray cast iron matrix into bainite without using environmentally harmful baths with molten alloys or salts, and further complete or partial isothermal decomposition of austenite in air furnaces. This not only improves the environmental performance of the process, but also significantly reduces the cost of it. The definition of rational parameters of the process of heat treatment of gray cast irons was carried out using the method of planning and implementing a multifactor experiment. The adequacy of the results obtained as a result of measurements with the implementation of parallel experiments was checked using Student's criterion and satisfied the requirements, and also allowed to discard insignificant members of the regression equation. The regression model of the influence of process parameters on the hardness of thermally hardened cast iron was tested using the Fisher criterion, which showed its adequacy. Experimental studies to determine the factors that determine the strength of gray cast iron hardened to bainite made it possible to establish rational temporal parameters of heat treatment. It is shown that the exposure time in the furnace at 850 °C before cooling and the exposure time in the furnace with a temperature of 400 °C in the process of austenite decomposition should be limited to 30 minutes. The implementation of heat treatment technology with certain parameters to improve the quality of casting, mass produced at the plants of the region, allowed to increase the compressive strength of cast iron by 1.5 times, the surface hardness by 2 times, and the brand of cast iron to increase from SCH20 to SCH25—SCH30. At the same time, it was possible to reduce emissions of vapors of salts, metals and other products of the interaction of melts with the atmosphere.