Способ получения высокопрочного чугуна

 

Изобретение относится к способам получения ЧШГ для изготовления отливок ответственного назначения. Цель изобретения - увеличение степени усвоения графитизирующего модификатора, повышение уровня пластических свойств чугуна и устранение трещин. Поставленная цель достигается при определении общей продолжительности перемешивания при обработке чугуна в автоклаве магнием и графитизирующими модификаторами на основе высокопроцентного ферросилиция по формуле &Tgr;=&Tgr;<SB POS="POST">1</SB>+K<SB POS="POST">1</SB><SP POS="POST">.</SP>K<SB POS="POST">2</SB><SP POS="POST">.</SP>K<SB POS="POST">3</SB>/V<SB POS="POST">1</SB>+50V<SB POS="POST">2</SB>/V<SB POS="POST">3</SB>, где &Tgr;<SB POS="POST">1</SB> - длительность перемешивания чугуна при вводе магния, с

K<SB POS="POST">1</SB> - коэффициент, учитывающий размер частиц графитизирующего модификатора (K<SB POS="POST">1</SB>=0,9-1,1)

K<SB POS="POST">2</SB> - коэффициент, учитывающий температуру исходного чугуна (K<SB POS="POST">2</SB>=0,9-1,1)

K<SB POS="POST">3</SB> - коэффициент, учитывающий размеры ковша (K<SB POS="POST">3</SB>=2-10)

V<SB POS="POST">1</SB> - объем перемешиваемого чугуна, м<SP POS="POST">3</SP>

V<SB POS="POST">2</SB> - объем графитизирующей смеси, м<SP POS="POST">3</SP>

V<SB POS="POST">3</SB> - объемная скорость перемешивания чугуна в ковше, м<SP POS="POST">3</SP>/с. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (g1)g С 21 С 1/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHRM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4398790/27-02 (22) 30.03.88 (46) 30.12.90. Бюл. К- 48 (71) Научно-исследовательский институт специальных способов литья (72) Ю.И.Сенкевич, 10.С.Лернер, В.И.Лысак, В.А.Юрченко, И..Н.Король и Д.С.Косин (53) 669.131.622 (088.8) (56) Литейное производство, 1978, Ф 6, с.35-36.

Технология плавки и внепечной обработки серого, ковкого и высокопрочного чугунов. PTM 2 МТ20-2-82.

M.: НИИИАШ, с. 100-101, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО

ЧУГУНА (57) Изобретение относится к способам получения ЧШГ для изготовления отливок ответственного назначения.

Цель изобретения — увеличение степеИзобретение относится к литейному производству, в частности к получению высокопроч юго чугуна с шаровидной формой графита (ЧШГ), и может быть использовано при производстве в песчаные формы тонкостенных отливок ответственного назначения, характеризующихся наличием преимущественно тонких стенок в сочетании с относительно массивными местными утолщениями (фланцами, бобышками, выступами и т.д.), а также при кокильном, непрерывном и ряде других способов получения отливок из ЧШГ с ускоренной кристаллизацией.

2 ни усвоения графитизирующего модификатора, повышение уровня пластических свойств чугуна и устранение трещин.

Поставленная цель достигается при .определении . общей продолжительности перемешивания при обработке чугуна в автоклаве магнием и графйтизирую- щим: модификаторами на основе высокопроцентного ферросилиция по формуле =с + К1 K2 K V t + 50U2/Vg, где

, — длительность перемешивания чугуна при вводе магния, с; К1- коэффициент, учитывающий размер частиц графитизирующего модификатора (К =

- = 0,9 — 1, 1); К вЂ” коэффициент, учиты- вающий температуру исходного чугуна (К = 0,9 — 1, 1); К вЂ” коэффициент, учйтывающий размеры ковша (К s = 2

1-10 );; Ч,1 — объем перемешиваемого чугуна, м ; V< — объем графитизирующей смеси, м ; V — объемная скорость перемешивания чугуна в ковше, м /с. 3 табл..

Цель изобретения — увеличение степени усвоения графитизирующего модификатора, повышение уровня пластических свойств .чугуна и устранение трещин в отливках.

Согласно предлагаемому способу получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, включающему раз- фф, мещение ковша с исходным чугуном в

F автоклаве, последовательную подачу магния и графитизирующего модификаI тора на основе высокопроцентного ферросилиция на поверхность чугуна в ковше и перемешивание модификаторов с чугуном, общую длительность пере1617000 мешивания при обработке чугуна определяют по формуле где с . — общая длительность перемешивания чугуна с модификаторами, с; . л

C,< — длительност:ь пер емешивания чугуна при вводе магния, с;

К вЂ” коэффициент, учитывающий размер частиц графитизирующего модификатора (К »

= 0,9 — 1,1) 15

К вЂ” коэффициент, учитывающий температуту исходного чугу(К = 0,9 — 1,1);

К вЂ” коэффициент, учитывающий

Размеры ковша (К = 2 — 10) 20

V < — объем перемешиваемого чугуна, м

V — объем графитизирующей смеси, 3, м;

V — объемная скорость пер емеши9

Ю вания чугуна в ковше, м /с.

В качестве графитизирующих модификаторов при реализации способа рекомендуется применять ферросилиций с высоким содержанием кремния (65—

75X) различных марок по ГОСТ 1415-78„ ферросилиций с добавками активных элементов (Ва, Sr, Zn и др.), смеси высокопроцентного ферросилиция с силикобарием по ТУ14"5-132-84 и т.д.

Для осуществления способа предла= гается использовать, например, серийно выпускаемые отечественной промышленностью полуавтоматизированные камеры-автоклавы.

Способ осуществляется следующим образом.

В бункер механизма перемешивания чугуна укладывается необходимое количество магния, а в бункер для ввода вторичных модификаторов загружают необходимое количество графитизирующего модификатора. С помощью реле времени задается общая длительйость работы механизма перемешивания (r ).

Она состоит из времени, необходимого. для перемешивания магния (6< ), которо е опр ед еля ет ся из в ест ным пут ем, и времени, необходимого для перемешивания чугуна и графитизирующего модификатора, которое предварительно определяют и задают в зависимости от массы и температуры жидкого чугуна, массы и фракционного состава графитизатора и объемной скорости перемешивания расплава.

В автоклав устанавливают ковш с исходным чугуном, закрывают крышку и герметизируют его. В зависимости от температуры чугуна (1350 — 1450 С) в автоклаве создают требуемое избыточное давление (5,0 — 7,5 атм.).

Включают механизм перемешивания чугуна и вводят на поверхность жидкого чугуна в ковше магний. По истечении времени 9,, продолжая перемешивать жидкий чугун, в автоклаве снижают избыточное давление до атмосферного и одновременно автоматически из бункера для ввода вторичных модификаторов на зеркало жидкого чугуна в ковше засыпают графитизирующий модифи- . катор.

По завершении заданной общей длительности работы механизм перемешивания автоматически выключается. IIpoводят вертиляцию автоклава для удаления пылевидных и газообразных продуктов, образовавшихся при модифицировании. Открывают крьппку автоклава и ковш. с полученным ЧШГ подают на разливку.

Оптимальную продолжительность перемешивания чугуна при вводе графитизирующих модификаторов определяют путем анализа данных, полученных опьпным путем во время серии экспериментов. Опыты проводят в автоклаве мод. 99111 конструкции НИИСЛ. Чугун модифицируют в ковшах вместимостью

0,63 т. ДлителЪность перемешивания чугуна изменяют в широких пределах.

Чугун модифицируют магнием и 75Х-ным ферросилицием. Температура чугуна во время всех опытов л 1400 С, разо мер частиц графитизирующего модификатора 10 - 15 мм.

Усвоение графитизирующего модификатора оценивают по степени усвоения чугуном кремния, которую определяют по формуле (81 к0и $1 цыц) 100

А = — — — --т — — — — —— 3

8 вьед где Si „о„- содержание Si в чугуне после обработки графитизирующим модификатором, мас.7;

Si „ц„ - содержание Si в исходном чугуне до обработки графитизирующим модификатором, мас.Ж;

5 i 617000 6

S1 8Be* количество S1i вводимого - модификатора в ковшах большей емкости

* в чугун в составе графити- в формулу необходимо ввести коэффизируюц1его модификатора, циент К, учитывающий размеры ковша. мас.X. В обц1ем виде формула приобретает На основании полученных данных вид (проанализированы случаи для А «90X)

t =К K К

10(Ч + 50Чг) выведена эмпирическая зависимость для 2 3

ФЯ определения минимальной дпительности де К вЂ” коэффициент, учитывающии

3 перемешивания расплава и графитифиру- размеры ковша (К = 2 = 10), ющего модификатора в ковше вмести- Проверка возможности применения мостью О;63 т, обеспечивающей высо- данной формулы для определения оптикое (А > 90X) усвоение графитизирую- мальной продолжительности перемешищего модификатора, вания расплава при вводе графитизи10 (V < + 50Vz)

t . Ч где t — длительность перемешивания чугуна и графитизирующего модификатора, с;

V — объем перемешиваемого расп1 лава, м

V — объем графитиэирующего моди- .

2 фикатора, м

3.

Ч вЂ” объемная скорость перемеши3

3 вания чугуна в ковше, м /с.

Влияние основных параметров (температуры чугуна и фракционного состава) на длительность перемешивания чугуна и графитизирующего модификатора установлено путем анализа результатов дополнительно проведенных опытов.

Эксперименты и обработку их ре зультатов проводили по описанной методике.

В табл.1 приведены параметры и результаты опытов, в которых степень усвоения кремния из 757-ного ферросилиция 907, а также для сравнения приведены параметры и результаты опытов по проверке известного способа.

Анализ данных в табл.1 позволяет. уточнить формулу для определения длительности перемешивания чугуна и графитизирующего модификатора.

10(V q + 50 Vg)

2. V

Э где К вЂ” коэффициент, учитывающий размер частиц графитиэирующего модификатора (К = 9,0—

-1, 1);

К 2 - коэффициент, учитывающий температуру исходного чугуна (К = 0,9 — 1,1).

Для определения длительности-перемешивания чугуна и графитизирующего рующего модификатора в автоклаве

:мод . 99 113 в ковшах вместимостью 0,5 т дала положительные результаты.

В табл.2 приведены результаты определения оптимальной продолжительности перемешивания чугуна при вводе графитиэирующей смеси в ковшах различной вместимости для всей гаммы автоклавов, разработанных НИИСЛ для условий, когда К, = 1 и К = 1.

25 Проверку способа проводили в опытно-промышленных условиях ряда литейных цехов. Данные приведены в табл.3.

Пример. Осуществление способа получения ЧШГ при литье тонко- и разностенных корпусных деталей.

Чугун выплавляли в вагранке и далее перегревали и доводили по химическому составу в индукционной печи.

Чугун, содержащий, 7.: углерод 3,5; кремний 2,0; марганец 0,56; фосфор

О, 12 и сера до О, 1 при температуре

14500С выпускали в ковш вместимостью

0,63 т. Ковш устанавливали в автоклав мод. 99111, после создания дав-. ления в чугун вводили 0,3Х магния, после его растворения начинали сни жать давление в автоклаве до атмосферного и одновременно вводили в чугун 17 графитизирующей смеси, состоящей из 0,75Х ферросилиция ФС75 и

0,25Х силикобария ФеБа20. Для усвоения гратифиэирующей смеси чугун перемешивали 83 с при снижающемся и атмосферном давлениях. По окончании процесса ковш извлекайи из автоклава и подавали на разливку. Заливали формы для получения тонко- и разностен-. ных корпусных отливок,промышпенного трактора мод.ДТ-75. Несмотря на значительную длительность процесса разливки чугуна (от конца модифицирования до окончания заливки проходило

15 — 18 мин), в полученных отливках трещины не обнаружены, чугун харак1617000 тором, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения степени усвоения модификатора, повышения уровня пластических свойств чугуна и устранения трещин в отливках, продолжительность перемешивания расплава определяют по формуле. л+ К Чю+ 50, .17 >>

Л где — продолжительность перемешивания при вводе магния, с;

К вЂ” коэффициент, учитывающий размер частиц графитизирующего модификатора (К =

0,9-1,1);

К - коэффициент, учитывающий температуру исходного чугуна (К = Оз9 - 1,1);

К - коэффициент, учитывающий размеры ковша (Кн= 2 — 10);

71 — объем перемешиваемого чугуна, м V — объем графитизирующей смеси, м;

V " объемная скорость перемеши,вания чугуна в ковше, м /с.

Таблица 1

Способ

Колич ест во ферросилиция

ФС75, 2 к массе чугуна

Температура чугуна в ковше перед моднфицированием, оС

Размер частиц ферросилиция

ФС75> мм

Длительность перемешивания чугуна и ферросилиция, с

Количество вводимого магния, Х к массе чугуна

Степень усвоения кремния из ферро- силиция ФС75 (Л),2

Известны!! 0>2

76,5

48 5

92,4

90,5

94,7

91,1

1400

10 - 15

1О- 15 t0 - 15

О,з

2,0

0>3 г,о о,з

2,Î

4О

54

51

140

1350!

375

»редлага- 0,2 емый

1Π— !5

10 - 15

10 - 15

2-5

5 - 10

10 - t5

15- 20

20 - 25

14О0

1425

1450

1400

1400!

4О0

1400

1400 теризовался высокими пластическими свойствами в литом состоянии.

Использование предлагаемого способа получения ЧШГ по сравнению с известными позволяет оптимизировать длительность процесса модифицирования, обеспечивает очень высокое и стабильное усвоение графитиэирующих модификаторов, способствует снижению их расхода, что позвопяет стабильно получать при литье в песчаные формы тонко- и разностенные отливки без трещин, с высоКими пластическйми свойствами непосредственно в литом

I состоянии. При литье в формы с ускоенной кристаллизацией повышается, тепень графитизацни чугуна, уменьша ется содержание в микроструктуре струк-;

>Рурно-свободных карбидов, устраняются !

Ррещины в отливках. формула изобретения

Способ получения высокопрочного чугуна, включающий последовательную подачу магния и графитизирующего модификатора на зеркало металла в ковш и перемешивание расплава с модифика0,3 г,о о,з г,о

0,3

2,О о,з

2,0 о,3 г,о о,з г,о о,з г,о

0,3 г,о

135

1ЗО

120

120

1ЗО

135

140

150

96,6

93,4

96,4

94,3

93,2

95,1

95 3

94>1

93>1

90 > 8

96,6

93,4

91,0

94,0

91,6

90,3

Модель а иа цнента му

1617000

Объемна скорость перемешивання чу гуна в ковке, и 5/с

Количество вводимю графнтнзнрукщего дификатора

Х к массе обраб. чугуна

Таблица 2

3,0

3,5

5 0

2,5

f,43

2,0

99111

99112

99113

99114

0,63

1О,0

0 09

0,43

0,71

0,030

0,035

0,038

О, 040

0,3

2i0

0,3

2,0

0,3

2,0

0,3

2,0

0,00095

0,0063

0,0045

0,030

0,0075

0,050

0,015

0,10

46

66

193

72

322

10,0!

,617000

ИЪ в . ЬО йФ 1 1 !

0@6 ф

hB ео

Н

0Ъ 0Ъ

1

ССЪ . о во сч! B

И; 0Ъ во во

ЬНЫ во в

hBh а

CV

С«Ъ о о

« о о о м б

СЧ С«Ъ о

СЧ сс б

С 1 ь о о о

СЧ

00 б

ОЪ

P 0:

1 о а10ь о б

СО о о

° 0Ъ

Ф о о б «

О О

an О о

0а

Ф о

« о о б «

C«I O ф о б л

° ф о о

° б

ССа О

I) t

03

1 й

0

1 I о

ы .1

I 1

I0

IL» 1 о о к

1 о

0 О

О О ! л

4 4

9 V

an an

ЕССЪ ВО

ЫЬИ

4 3

ЧЪ ° ССЪ

И9И

0 !» -0

СОН 00 ох С!

СЪ ео

h сч ео во ео

hBhBhB ео

С 4 ео

СЧ

С Ъ о ф

* сЧ O

СЧ б о с О л

CO

СЪ о

Ф

Ф

С«Ъ о б

ЧЪ

« о

«

СЧ юй о

1 а0 х

Cl х х ъс о ф

« о о

« « ф л

0 Ф

О О б

СЪ ф

0 о

« аО

0 ь

* ф

0 ь сп

О

CO

lO

Ф о

ICl

13з

ЛР Л Л

f 1 а г ф 1

ССЪ О 0Ъ ф о

СЧ СЧ

Ь

8 у

"85 о ъ

ЧЪ иЪ о . съ о

Д Л С0

0Ъ

3 СЧ мЪ

° СЪ

3 а

Й

1 (» о о

«О ф о о

Ч0 \О

) о к) о ф

an л о о ъ

СЧ

СЧ

ССЪ л

О ССЪ ч

С/Ъ

СЪ б

° » саа

СЧ

1 i,l ! Й

2 l 5

»!

I u

g v а

0,. 0I а х а 0 а ,0 !С

1 й

СЪ иЪ ОЪ МЪ

444 4 фо4 4йь 3 о в л С з цлОС

О И О 4/Ъ О lcl CO ССЪ

° Сl С О О %0 00 Оъ