Модификатор для чугуна

 

Изобретение относится к модификаторам для чугуна. Целью изобретения является снижение пироэффекта при обработке, повышение срока годности модификатора, степени усвоения компонентов расплавом, кавитационно-эрозионной стойкости и гидроплотности чугуна. Модификатор содержит, мас.%: магний 1 - 4, кальций 1 - 3, барий 1 - 3, РЗМ 1 - 10, медь 1 - 15, марганец 1 - 10, углерод 0,5 - 3,0, цирконий 0,5 - 5,0, кремний 35 - 50, железо остальное. Модифицирование доэвтектического кремниймарганцового чугуна предлагаемым модификатором позволило на 2 - 12% повысить кавитационно-эрозионную стойкость и до 430 - 457 МПа гидроплотность чугуна, при этом степень усвоения магния и РЗМ расплавом увеличилась до 80 - 85%. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 С 22 С 35/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4714122/02 (22) 04.07.89 (46) 07.08,91, Бюл. ¹ 29 . (71) Липецкий филиал Всесоюзного проектно-технологического института литейного производства (72) А,А.Суслов, Ю.П.Никитин, Л.Н.Козлов, А.С.Дубровин и И.С,Быстрова (53) 669.15-198(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1366545, кл. С 22 С 35/00, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N. 533666, кл. С 22 С 35/00. 1975. (54) МОДИФИКАТОР ДЛЯ ЧУГУНА (57) Изобретение относится к модификаторам для чугуна. Целью изобретения являетИзобретение относится к литейному производству, а именно к модификаторам для производства высокопрочного чугуна, преимущественно при получении отливок деталей гидросистем высокого давления.

Цель изобретения — снижение пироэффекта при обработке, повышение срока годности модификатора. степени усвоения компонентов расплавом. кавитационноэрозионной стойкости и гидроплотности чугуна.

Оценку эффективности модификаторов проводят в серии экспериментальных плавок в металлургической лаборатории. В качестве шихтовых материалов используют следующие сплавы и чистые компоненты; металлический гранулирован ный магний, силикокальций СК-ЗО, силикобарий ФС55

Ба32, силикостронций ССт30, металличе„„ ÄÄ 1668452 А1 ся снижение пироэффекта при обработке, повышение срока годности модификатора, степени усвоения компонентов расплавом, кавитационно-эрозионной стойкости и гидроплотности чугуна, Модификатор содер жит, мас.%: магний 1-4, кальций 1-3, барий

1-3, Р3М 1-10, медь 1-15, марганец 1-10, углерод 0,5-3,0, цирконий 0,5-5,0, кремний

35-50, железо — остальное. Модифицировэние доэвтектического кремниймарганцового чугуна предлагаемым модификатором позволило на 2-12% повысить кавитационно-эрозионную стойкость и до 430-457 МПа гидроплотность чугуна, при этом степень усвоения магния и Р3М расплавом увеличилась до 80-85%. 2 табл. ский чушковый алюминий, лигатура, ФСЗОРЗМЗОА, катодная медь, металлический марганец, ферросиликоцирконий

ФСЦр50, ферросилиций ФС75. Модификаторы выплавляют в графитовом тигле емкостью 500 г, помещенном в заключенный индуктор установки Л П3-63.

Для предотвращения угара компонентов с момента включения индуктора до момента затвердевания модификатора в тигель подают аргон. По охлаждении тигля полученный слиток выбивают и дробят до фракции 1-10 мм.

Базовый чугун состава, мас.%: углерод

3,5-3,7; кремний 1,5-1,7; марганец 0,5-0,7; фосфор 0,1; хром 0,1 и сера 0,04-0,05 выплавляют в индукционной печи емкостью 60 кг с кислой футеровкой. Обработанным металлом заливают соответствующие образ1668452 че.ггва металла. цы, от каждого из которых отбирают пробы на химанализ. Расход модификаторов составляет 2,2% от массы обрабатываемого металла. Температура обработки 1400 С.

Кавитационно-эрозионную стойкость чугуна определяют путем помещения образца чугуна в кавитирующий поток минерального масла при давлении 30 МПа и времени испытания 4 ч, Износ определяют как потерю массы по отношению к первоначальной и выражают в процентах, причем износ образца, изготовленного из чугуна, обработанного известным модификатором, взят за

100%

Гидроплотность чугуна определяют по общепринятой методике — одностороннему нагружению чашевидного образца с толщиной рабочей части 0,8 мм маслом под давлением до 60 МПа, Порог гидроплотности исчисляют по моменту разрушения образца и выражают в мегапаскалях (давление масла в момент разрушения).

Степень усвоения модификатора or.ределяют как отношение количества усвоившейся суммы магния и РЗМ к введенной, так как усвоение суммы магния и РЗМ с достаточной степенью характеризует стабильность и качество процесса модифицирования.

Различие в сроке годности модификаторов определяют по их склонности к саморассыпанию следующим образом; по 1 кг каждого модификатора фрак;ии 1-10 мм хранят в течение 120 сут на открытой площадке, после чего определяют количество образовавшейся пыли, не пригодной купо.реблению (фракция менее 1 мм), которое выражали в процентах по отношению к количеству пыли, образовавшейся у известного модификатора, принятому за 100%.

Пироэффект определяют визуально по силе свечения и количеству дымовыделений.

Данные по составам испытанных модификаторов и свойствам модификатор" и чугуна сведены в табл.1 и 2.

Введение в состав модификатора циркония обуславливает измельчение включений графита, повышение разобщенности графитовых включений в структуре чугуна, а также предотвращает образование хрупких фаэ на границах зерен, либо вызывает их глобуляризацию, что способствует повышению КЗС и гидроплотности, характер разрушения при которых имеет вид выкрашивания отдельных зерен металла, разрывов межзеренных связей. Являясь активным десульфуратом и дегазатором цирконий частично заменяет магний, что позволяет понизить содержание последне10

50 го, обеспечив тем самым повышение степени усвоения модификатора при одновременном снижении пироэффекта, Опытным путем установлено, что добавка циркония в марганецсодержащие модификаторы в значительной степени подавляет процесс саморассыпания частиц сплава, что значительно увеличивает срок годности модификатора к использованию.

Добавка циркония менее 0,5 не оказывает положительного влияния на свойства модифика — îðà, " свыше 5,0% цирконий начинает ферритизировать чугун, что снижает КЭС и гидроплотность.

Медь и марганец способствуют перлитизации металлической основы чугуна, что повышает его эксплуатационные характеристики, утяжеляют модификатор и снижают температуру crn плавления, что повышает степень усвоения модификатора и способствует снижениго пирозффекта.

Мены 1% медь и марганец свое влияние не проявляют, а добавки свыше 15 меди и 10% мар:анца не выгодны экономически и усложняют выплавку модификатора.

Основное назначение кальция и бария традиционно — раскисление и дегазация чугуна, снижение его склонности к отбелу, что обеспечивает получение качественных отливок с высокими рабочими свойствами.

Менее1% указанные элементы воздействия на чугун не оказывают, а свыше 3 снижается степень усвоения модификатора, в результате ошлаковывания его частиц при модифицировании.

Углерод в количестве 0,5-3,0% является неизбежной технологической примесью, так как выплавка модификатора наибвлее целесообразна в графитовых тиглях, однако присутствие углерода снижает температуру плавления сплава, что повышает степень его усвоения, Указанное воздействие позволяет включить углерод в предлагаемый состав. Пределы его содержания связаны с растворимостью в сплаве и определены экспериментально, Магний и редкоземельные металлы (РЗМ) являются глсбуляризирующими компонентами модификатора, обеспечивающими получение графита вермикулярной и шаровидной формы, что резко повышает

КЭС и гидроплотность, а замена части магния на РЗМ повышает степень усвоения модификатора и снижает пироэффект

Содержание РЗМ и магния менее 1 не обеспечивает надежного получения компактных форм графита, а свыше 4 магния и

10% РЗМ повышается склонность чугуна к о белу, что снижает эксплуатационные ка1668452

Формула изобретения

Таблиц а 1

Таблица 2

Степень усвоения склонность к са- Пироэффект при

Свойства чугуна магния и РЗМ, ф, Относительная кавитационная аров и о н н а я стойкость. морассыпанию мо- модифицировании дификатора, Гидроплатность, МПа

Модификатор

Предлагаемый

Рассыпания нет отсутствует

12 Слабое свечени

21 дымовыделениа (. ильное свечение дымовыделение, выплескиванйе

100 металла

457

112

85 е0

4ЗО

102 з

Иэвестный

420

1ОО

Составитель Л.Карасева

Техред М.Моргентал Корректор M,Ïîæo

Редактор Е.Папп

Заказ 2629 Тираж 372 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4(5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Кремний является основой модификатора, в нем растворены все щелочноземельные и редкоземельные металлы. Кремний играет роль основного графитизатора. Менее 357 графитизирующий потенциал модификатора недостаточен, а свыше 50 g, значительно падает удельный вес модификатора и повышается его температура плавления, что снижает степень усвоения и усиливает пирозффект.

Железо является балластом и способствуетутяжелению модификатора, Вносится в сплав, как составляющая шихтовых ферросплавов.

Таким образом, как вытекает из данных, представленных в табл.2, предлагаемый модификатоо позволяет существенно снизить пирозффект при обработке, повысить срок годности модификатора за счет снижения склонности к саморассыпанию, повысить степень усвоения компонентов расплавом, кавитационно-зрозионную стойкость и гидроплотность чугуна.

Модификзтор для чугуна, содержащий

5 магний, кальций, барий, редкоземельные металлы, медь, марганец, углерод, кремний и железо, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью снижения пирозффектэ при обработке, повышения срока годности модификато10 ра, степени усвоения компонентов расплавом, кавитационно-зрозионной стойкости и гидроплотности чугуна, он дополнительно содержит цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.ь;

15 Магний

Кальций

Барий

Редкоземельные металлы

Медь

20 Марганец

Углерод

Цирконий

Кремний

Железо