Способ модифицирования чугуна

 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к получению литейного чугуна с высокими механическими свойствами. Целью изобретения является повышение механических свойств чугуна за счет получения в его структуре вермикулярного и шаровидного графита. Способ модифицирования чугуна включает введение в чугун смеси, содержащей силикобарий и силикокальций в количестве 1,5-2,5% от его массы, при содержании силикобэрия в смеси 40-60 мас.%. Применение способа позволяет получить чугун с пределом прочности 390-520 МПа и твердостью по Брюнелю 195-276 кг/мм2 за счет содержания в структуре чугуна 80-98% вермикулярного графита и 2-20% шаровидного графита. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)я С 21 С 1/l0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ьи О чФ (21) 4706709/02 (22) 19.06.89 (46) 07.12,91. Бюл, В 45 (71) Брянский институт транспортного ма-. шиностроения (72) И.К.Кульбовский . (53) 669.168.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 676623, кл. С 21 С 1/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

N 692858, кл..С 21 С 1/10, 1977. (54) СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЧУГУНА (57) Изобретение относится к литейному производству, а именно к получению литейИзобретение относится к литейному производству, а именно к получению чугуна для отливок с высокими механическими свойствами.

Целью изобретения является повышение механических свойств чугуна за счет получения в его структуре вермикулярного и шаровидного графита.

Предлагаемый способ модифицирования чугуна включает введение в чугун смеси, содержащей силикобарий и силикокальций, в количестве 1,5-2,5 от его массы при содержании силикобария в смеси 40-60 мас. .

Количество и состав смеси выбраны, исходя из физико-химического влияния ее компонентов на процесс образования вертикулярного и шаровидного графита в чугуне.

Барий и кремний в силикобарии способствуют образованию центров кристаллиза„„Я1„„1696483 А1 ного чугуна с высокими механическими свойствами. Цел ью изобретения я вля ется повышение механических свойств чугуна за счет получения в его структуре вермикулярного и шаровидного графита. Способ модифицирования чугуна включает введение в чугун смеси, содержащей силикобарий и силикокальций в количестве 1,5 — 25$ от его массы, при содержании силикобэрия в смеси 40-60 мас. . Применение способа позволяет получить чугун с пределом прочности 390-520 МПа и твердостью по

Брюнелю 195 — 276 кгlмм за счет содержа2 ния в структуре чугуна 80 — 98 вермикулярного графита и 2 — 20% шаровидного графита. 3 табл. вции графита в расплаве чугуна. Барий активно способствует очистке расплава чугуна от примесей. Введение силикобария в расплав чугуна способствует графитизации чугуна и О образованию в его структуре вермикулярного и шаровидного графита, Для эффективной очистки расплава чугуна от примесей, способствующей образованию в нем вермикулярного и шаровидного графита, в него ОО необходимо вводить1,б-2б смеси от мас- (A) сы расплава чугуна. При введении в расплав чутунасипикобария в количестве более бб вмввЪ от состава модифицирующей смеси в чугуне могут накапливаться неметаллические включения, снижающие его свойства.

Кроме того, при введении в расплав чугуна более 60 SiBa в структуре чугуна образуется повышенное количество графита больших размеров, снижающих его свойства. При введении в расплав чугуна менее

40% SiBa от состава смеси не происходит

1696483

-достаточной очистки расплава чугуна от примесей.

Содержащийся в силикокальции кальций способствует очистке расплава чугуна от примесей, а кремний — образованию центров кристаллизации графита, при этом кальций способствует отбелу чугуна. Введение SICa в расплав чугуна способствует его рафинированию от примесей и образо,ванию в его структуре вермикулярного и шаровидного графита. В то же, время при введении в расплав чугуна SICa на его частицах образуется шлак из оксидов, снижающий его усвоение и требующий повышенного его расхода.

Поэтому при введении в расплав чугуна более 60% SICa от модифицирующей смеси может происходить отбел отливок и их загряэнение неусвоившимися его частицами в виде шлака, снижающими их свойства и являющимися причиной их брака. Уменьшение содержания SICa в модифицирующей смеси менее 40% приводит к повышению содержания в ней SIBa более 60, что влечет . описанные недостатки . Оптимальным является состав смеси, содержащий 40-60%

SiBa и 40 — 60;4 SICa.

При введении в расплав чугуна менее

1,5 от его массы модифицирующей смеси не происходит эффективная årî очистка от примесей и образование вермикулярного и, шаровидного графита, а введение модифицирующей смеси более 2,5% от массы расплава приводит к тому же иэ-.за

"перемодифицирования", Пример. Выплавляют в индукционной электропечи чугун состава, мас.%: С 2,9 — 3,6;

В 1,8 — 3,3; Мп 0,5-1,5: S до О. I; P до 0,15; Fe остальное, и модифицируют его расплав предлагаемой смесью в количестве 2,0 OT его массы (табл. 1) и в количестве 1,3 — 2,7% от его массы (табл.2). Иэ модифицированного смесью чугуна получают в песчаных формах отливки и определяют их механические свойства и структуру чугуна по стандарту.

Результаты испытаний приведены в табл. 1. Они показывают, что наиболее высокие механические свойства чугуна достигаются при предлагаемом соотношении компонентов в модифицирующей смеси (составы 2-4). Выход составов смеси эа пределы предлагаемых соотношений в ней компонентов (составы 1 и 5) приводит к снижению механических свойств чугуна.

Так, состав 1 (табл.1) с содержанием более 60% SIBa приводит к снижению о, (предела прочности) и НВ (твердости) чугуна вследствие образования в его структуре повышенного количества феррита и повышен5

15

40

55 ного количества включений графйта больших размеров, а состав 5 с содержанием более 60% SICa приводит к снижению о и резкому повышению Н В чугуна, связанному с образованием пластинчатого графита и цементита в его структуре.

В табл. 2 приведены результаты испытаний, показывающие, что наилучшие механические свойства чугуна достигаются при введении в его расплав смеси предлагаемого состава в количестве 1,5-2,5% от его массы, При введении в расплав чугуна менее

1,5 смеси от его массы в структуре чугуна образуется более 70% пластинчатого графита, менее 30% вермикулярного графита и более 10% феррита, резко снижающие значения ст, и HB чугуна. При введении s расплав чугуна более 2,5% смеси от его массы в структуре чугуна образуется более 70% пластинчатого графита, до 20% феррита и до 15% цементита, резко снижающие значения о, и НВ или резко снижающие п и повышающие НВ его, приводящие к отбелу отливок, В табл. 3 приведено сопоставление влияния на структуру и свойства чугуна предлагаемой модифицирующей смеси и известной при введении их на нижнем и верхнем пределе, установленного оптимального расхода и при нижнем и верхнем содержании в ингредиентах смеси элементов Mg, Ва и Са.

Предлагаемые смеси 1 и 2 (табл. 3) при их расходе на нижнем пределе вносят в чугун бария с кальцием 0,45 от его массы, а смеси 3 и 4 при их расходе на верхнем пределе вносят в чугун бария с кальцием 0,60% от его массы и не вносят магния. При этом обеспечивается в структуре чугуна 9890% вермикулярного графита и 2-10% шаровидного графита. Таким образом, при расходе предлагаемой смеси 1,5-2,5% в чугун вносится барий с кальцием 0,45-0,60

5 от его массы, что обеспечивает стабильное получение чугуна с вермикулярным графитом по стандарту.

Известные смеси 5 и 6 (табл,3) при их расходе на нижнем пределе должны содержать магний. барий и кальций в компонентах смеси на верхнем пределе, поэтому они вносят в чугун 0,08% магния и 0,204-0,207% бария с кальцием от его массы. Известные смеси 7 и 8 при их расходе йа верхнем пределе должны содержать магний, барий и кальций в компонентах смеси на нижнем пределе, поэтому они вносят в чугун 0,08% магния и 0 24 бария с кальцием от его массы.

1696483

Таблмца1

Неханические свойства чугуна

Структура чугуна

Смесь

Состав смеси, мас.в (расход смеси . 22 от массы расллава) Количество графита на влнфе, 2 основа,2 форма аклочений графита> 2

Длина включенийй графита, мкм Ь

НПа

НВ, кг/ммт

Цементит в с 30

SiBa 70

2 Sica 40

Sisa 60

3 SiCa 50

SiBa 50

SiCa 6О

SiBa 4O

5 SiCa 70

SiBa 30

I80

372

9о-180 12

45-90

45-180 12

15-90

45-90 10

15-45

45-90 8

15-45

45-90 5

45"90

90 10

96

100

ВГ(90)

IJr(10)

ВГ(87) шг(13) вг(8о) шг(2о)

sr(95) шГ(5)

ВГ(85)

ПГ(15) 390

195

238

520

276

494

1ООзоз

100

Та бли ца 2

Неханнческие свойства чугуна

Структура чугуна

Расход смеси, 2 от массы расплава

Состав смеси>а

Сиесь

Неталлнческал основа а

Длина Коливключе" (часта Пер- фер- це ний, на вли- лит рит ме мкм фе, 1)

1 .

Графит (7а, НПа кг/мма

Соотно» венке вклвче» ний>а форма вклачений нтит

1 Sica . 40

30 - 287

10 - 372

ВГ+пГ 20+80 45-180 15 70

360-750

sr+ur 95+5 45-18о 13 . 90

45-90

ВГ+ШГ 87+13 45-180, 12 96 . 4

15 90

Вг+шг 90+10 45- 130 10 98 2

15-45

ВГ+ПГ 30+70 45-90 9 80 20

90-360

ВГ+ПГ 30+70: 45-90 14 80 20

180-360

Вг+Ыг 93+7 45-180 12 96 4

15-45

80+20 45-90 10 100

15"45

884 12 45-180 9 100

15-90

I75

181

1,5

383

195

SiBa 6O

2,О

202

2 5

2 288 227

2>7

306

505

188

1,3

2 SiCa 50

209

1.5

238

520 вг шг вг+шг

2,О

Вхоа 50

2 540 247

2 5

485 275

ВГ+ПГ 30+70 45-90 8 100

9о-18о

2,7

Известные смеси 9-14 расходуются в количестве 1,5-4)ь от массы чугуна и вносят в него 0,08 — 0,093 магния и 0,20-0,3747 бария с кальцием от его массы.

Все известные смеси исключают отбел клина и обеспечивают получение в структуре чугуна лишь шаровидной формы графита, т,е. введение этих смесей обеспечивает получение чугуна с шаровидным графитом по стандарту, Предлагаемая смесь вводит в чугун

0,45-0,607ь от его массы бария с кальцием, что обеспечивает получение чугуна с вермикулярным графитом.

Известная смесь в чугун вводит 0,080,12 магния от его массы и 0,18 — 0,42 7 бария с кальцием от его массы, что обеспечивает получение чугуна с шаровидным графитом.

5 Формула изобретения

Способ модифицирования чугуна, включающий введение в чугун смеси, содержа.щей силикобарий и силикокальций, о т л и10 ч а ю шийся тем, что, с целью повышения механических свойств чугуна за счет получения в его структуре вермикулярного и шаровидного графита, смесь вводят в расплав чугуна в количестве 1.5-2,5 от его массы

15 при содержании силикобария в смеси 40 — 60 мас., 1696483 8

1

Соотно- Длина шение еключевключе- ний, ний>а мкм 2

Продолвение табл.2

Смесь

Состав смеси,Ж

Расход смеси>

Ф от массы расплава

Структура чугуна

Механические свойстве чугуна

Металлическая основа, Ф

Пер- Фер- I(e лит рит ментит

Графит бз, 1(8 >

МПа кг/мма

Форма включений

Коли-. честв шлифа>

13 90 10 - 243 191

10+90 45-180

90-180

98+2 45"90 l5-45

95+5 45-90

45-90

97+3 45-90

15" 45

25+75 45.180

90" 180

3 зт.Са 60. 1>3

1 5

ВГ+ПГ

11 96 4

379 229

4 494 276

7 437 290

15 241 375

ВГ+ИГ

8 . 100

7 100

5 1ОО

8С8а 40 2,0

Вг+О)г

2,5

Вг+12Г

ВГ+ПГ

2,7

1 та Олнцаз

Расход снеси, 2 от ласси чугуна

Состав смеси, 2 (содархание Ng, Вв и Са е составллк>хих снеси) Смесь

Глубина отоела на к>е>мах

Нехаии«вские свойства чугуна

Фоама и количество дв ни от>

Еоов гоаОНта, а

Вносится смесью в вмдкий чугун> 2 От масси чугуна вийе

Ng Da Св . Be+Ca

НВ, кг/>е>

0,45

0,45

0,60

0,60

0,18 0,27

О>27 0,18

0,30 0,30

0,30 0,36

ВГ 98 ИГ 2 379

Вг 95 вг 5 375

ВГ 97 OI 3 437

ВГ 90 1ВГ 1О 383

229

181

1,5

1,5

2,5

2 ° 5

202

l>5 0,08 0,10 0,107 О ° 207 ФГ 100 е

Составитель К. Сорокин

Редактор И. Дербак Те)(ред M.Моргентал Корректор 0, Крарцова

Заказ 4277 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открь)тиям при ГКНТ СССР

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

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

1 Звза(ЗО) 40; З(Са(ЗО) 66

2 З(за(30) 60; SiCa(30) 40

3 ЗЗ.Ba(30) 4О; SiCa(20) 66

4 Siga(26) 66> SiCa(30) 46

5 FeSiNg(III) 53,51 SiBa(36) 22>5;

SiCa (Зб):. 24

6 Рео(НЗ(10) 53,5; SiBa(30) 28,5>

giCa(30) I8

7 Рав(ИЗ(5) 40; FeSiBa(10) 25;SiCa(10) 35

8 PegiNg(5) 40; PeSiga(10).40;SiCa(10) 20

9 FeSimg(IO) 541 З(ва(36) 28; Sigà(30) 18

00 PeSimg(IO) 46; З(за(36) 20; Sioa(10) 40

PeSimg(5) 751 Ыза (ЗО) 11>ФСе(ЗО) И .,12 PeSimg(5) 55; З(за(ЗО) 12ISiCa(IO) 33

13 Рео(НЗ(10) 20;FeSiga(IO) 73;З(оа(36) 7

I4 FeSiNg(16) 201РеЫВа(IО) 661ЫСв.(10) 20

1,5

4>0

4,0

1,S

2,6

2>5

3 о

4,0

4,0

6,08

0,08

0,08

6,08

0,08

О,о94

6, 083

0,08

О>08

0,124

6,16

0,16

О, 13

О, 120

О>105

О, 108

0,290

О> 240

0,08 .0,14

0,08

0,08

0,08

О,О80

0,099

0,084

0,080

0,204

0,24

0,24

0,21

0,20

0>18О

0,217

6>374

0,320

If 100 йг 100

Вг !00

ВГ 100

Of 100 йг 100 йг 100

ЯГ 100

II IOO