Комплексный модификатор

 

Изобретение относится к металлургии сплавов, в частности к технике получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом . Использование изобретения приводит к сниже+нию расхода лигатуры, повышению степени усвоения магния расплавом, прочности и стабилизации перлитной структуры чугуна в литом состоянии. Предлагаемый модификатор содержит, мас.%: кремний 18-32; кальций 3-8; магний 4-9; медь27-50; РЗМ 3,5-10; алюминий 1-3. железо остальное . Модификатор используется при ковшевом модифицировании без пригружения. Он обеспечивает легирование чугуна 0,4-0,7% Си и 0,005-0,02 % AI. что позволяет получать перлитный чугун высоких марок без термической обработки. Исключается также отбел чугуна в тонкостенных отливках (диаметром 10 мм), получаемых в сухих песчано-глинистых формах. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 22 С 35/00

"Д с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТ У (21) 4866953/02 (22) 27.09.90 (46) 30.06,92. Бюл. М 24 (75) Г,И.Сильман (53) 669.15-198 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 519489, кл. С 22 С 35/00, 1976. (54) КОМПЛЕКСНЫЙ МОДИФИКАТОР (57) Изобретение относится к металлургии сплавов, в частности к технике получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, Использование изобретения приводит к снижению расхода лигатуры, повышению степени усвоения магния расплавом, прочноИзобретение относится к металлургии сплавов, в частности к технике получения высокопрочногО чугуна с шаровидным графитом.

Известен модификатор, служащий для получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом путем ковшевой обработки жидкого металла и имеющий химический состав, мас.%:

Кремний 5 — 55

Кальций 10 — 40

Магний 0 — 5

Никель 0 — 5

Редкоземельные металлы (P3M) 0 — 20

Железо 4 — 60

Однако данный модификатор не может применяться для чугунов с низкой температурой перегрева (например, при ваграночной плавке) вследствие плохого растворения большого количества кальция. Малое содержание магния не обеспечивает стабильности модифицирования при повышенном,, А2,, 17451I27 АЗ сти и стабилизации перлитной структуры чугуна в литом состоянии, Предлагаемый модификатор содержит, мас.%: кремний

18-32; кальций 3-8; магний 4-9; медь 27-50;

РЗМ 3,5 — 10; алюминий 1 — 3, железо остальное. Модификатор используется при ковшевом модифицировании без пригружения. Он обеспечивает легирование чугуна 0,4 — 0,7%

Си и 0,005-0,02% Al что позволяет получать перлитный чугун высоких марок без термической обработки. Исключается также отбел чугуна в тонкостенных отливках (диаметром

10 мм), получаемых в сухих песчано-глинистых формах, 1 табл. содержании серы в чугуне. Недостатками модификатора являются также малая его плотность, приводящая к всплыванию модификатора при ковшевом модифицировании и к значительному усилению пироэффекта, а также дефицитность и высокая стоимость входящего в его состав никеля.

Из известных модификаторов для высокопрочного чугуна по составу ингредиентов наиболее близок к предлагаемому модификатор, который содержит компоненты в следующих количествах, мас.%:

Кремний 40 — 55

Кальций 4 — 10

Магний 5 — 8

Медь 0,15-25

РЗМ 1-3

Железо Остальное

Использование этого модификатора при ковшевой обработке чугуна связано с необходимостью его пригружения (например, чугунной решеткой) вследствие недостаточно высокой плотности. Недостатком является также повышенный расход модификатора (2,2 — 2,5% от массы жидкого чугуна).

Другой недостаток состоит в том, что этот модификатор не обеспечивает гарантированное получение в литом состоянии (т.е. без термической обработки) перлитного чугуна высоких марок.

Целью изобретения является снижение расхода лигатуры, повышение степени усвоения магния расплавом, прочности и стабилизации перлитной структуры чугуна в

ЛИТОМ СОСТОЯНИИ.

Указанная цсл ь достигается тем, что модификатор (лигатура), содержащий кремний, кальций, магний, медь, РЗМ и железо, дополнительнб содер>кит алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний 18 — 32

Кальций 3 — 8

Магний 4 — 9

Медь 27-50

Р3М 3,5 — 10

Алюминий 1 — 3

Железо Остальное

По сравнени.о с прототипом в составе модификагора уменьшено содер>кание кремния и увеличены содержания меди и

РЗМ, Это обеспечиваег повышение плотности лигатуре в 2 — 2,5 раза, исключает необх=димость пригружения лигатуры при ковшевой обработке чугуна и обеспечивает повышение степени усвоения магния расплавом чугуна, При содержании кремния в модификаторе менее 18% усиливается склонность чугуна к отбелу, что вызывает необходимость проведения термической обработки тонкостенных отливок. Содержание кремния более 32% существенно сказывается в уменьшении плотности лигатуры и в снижении стабильности получения перлитного чугуна высоких марок.

Кальций в составе модификатора играет роль десульфуратора и раскислителя чугуна.

При содержании в лигатуре менее 3% кальция эта роль выполняется лишь частично, что приводит к повышенному расходу магния и РЗМ. Содержание кальция в лигатуре более 8% не усиливает положительный эффект модифицирования, но заметно ухудшает растворение модификатора в чугуне, Содержание магния в лигатуре рекомендуется в количестве 4-9%, что обеспечивает остаточное содержание магния в модифицированном чугуне в количестве

0.02 — 0,05%, достаточном (совместно с остаточным содержанием РЗМ) для полной сфераидизации графита в чугуне. При содержании в модификаторе менее 4% магния остаточное его количес во в чугуне не

55 щее действие при формировании графитных включений, что проявляется в снижении свойств чугуна.

Пример, Плавки лигатуры проводили в индукционной печи ИСТ-0.06 в графитовом тигле, В качестве исходных материалов использовали силикокальций СКЗО, отходы электротехнической меди, лигатуры типа

"СЦЕМИШ", "СИИТМИШ" и "MMI", а также чушкавый магний Мг95 и алюминий. Для наведения защитного шлака использовали обеспечивает полную сфероидизацию графита, что проявляется в пониженной прочности чугуна. При содержании в лигатуре более 9% усвоение магния чугуном резко ухудшается при одновременном усилении пироэффекта в процессе модифицирования;

Содержание меди в лигатуре в количестве 27-50% обеспечивает ее высокую плотность и легирование чугуна медью (0,4 — 0,7%), достаточное для перлитизации структуры и получения чугуна высоких марок, При содержании меди менее 27% плотность лигатуры оказывается недостаточной и часть ее при модифицировании всплывает. усиливая пироэффект и снижая степень усвоения ее компонентов чугуном. Увеличение содержания меди в лигатуре более 50% не оказывает существенного влияния на процесс модифицирования, но удорожает лигатуру, Содержание РЗМ в лигатуре рекомендуется в количестве 3,5 — 10%, что обеспечивает остаточное содержание РЗМ в чугуне от 0,03 до 0,08%. Такое количество Р3М заметно повышает плотность лигатуры и стабил ьность результатов модифицирования. При содержании в лигатуре менее 3,5%

Р3М не всегда обеспечивается ремодицифицирующий эффект, нейтрализующий десфероидизирующее действие меди и алюминия, что проявляется в получении значительного количества вермикулярного графита в структуре чугуна и снижении его свойств, Содержание Р3М более 10% нецелесообразно, так как при этом значительно возрастает стоимость лигатуры без заметного повышения эффективности ее действия, Содержание в лигатуре 1 — 3% алюминия обеспечивает его усвоение чугуном в количестве 0,005-0,002%, что проявляется в значительном усилении графитизирующего эффекта модифицирования и исключает отбел даже в тонкостенных отливках. При содержании в лигатуре менее 1% модифицированный чугун более склонен к отбелу, что особенна проявляется в тонкостенных отливках, При содержании более 3% алюминий оказывает значительное десфероидизирую1745127 готовки диаметром 10 мм. Результаты испы- 30 Кремний 18 — 32 таний и анализов также приведены в Кальций 3 — 8 .таблице. Здесь же указана и степень усвое- Магний 4 — 9 ния чугуном магния, рассчитанная по его Медь 27-50 остаточному содержанию.. P3M 3,5 — 10

Видно, что наиболее высокая степень 35 Алюминий . 1-3 усвоения магния достигается при заявлен- Железо Остальное модифицированного,чугуна роэффект бв, НПа ЕОрна. Структура графита. ) матрицы в лигатуре, нас. ь Характеристики

Содеркание элементов

Сплав

Si .. Ca МВ

2

4

6

6,9 4.0

8,0 5;4

4.8 6,7

3,0 9,0

5,2 6,8

1,8 3,6

5,9

32

27

24

22

18

26

10,0 1,8

3,5 1,2

5,6 1,0

7.7 3,0

8,9 2,3

2,2 4 ° 5

12,4 0,4

630

38

27

46

41

56

0,03

0,04

0 ° 04

0,05

0,05

0,02

О,04

49

38

37

49

33

Умеренный пироэффект с хорошим усвоением лигатуры

Illa p.

Перлит

I!

\! !!

° °

Вери.

Sap.

Перлит, ледебурит б

Феррит, перлит

Сильный пироэффект ч

2,3 4,2 0,04 26 . 580

8 . 41 11,5 10,3 22

Прототип 52

470

Феррит

1,4 0,05 29

94 78 12

f и м е ч а н и е. ь6 - степень усвоения магния чугуном..

" Педебуритный отбел в виде сетки в отливках дианетром 1О мм; в отлиекак толциной 30 wjизолированные у ветки ледебурмта эвтектического и вторичного цементита в1ферритная структура с небольаими участкани перпита в отливках телкином 30 !a 1 " отливе"," диаметром lo мн структура перлитно-ферритная (типа "бычьего глаза"). и р

Составитель Г.Сильман

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор ТЯалий

Редактор С.Лисина

Заказ 2205 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ. СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул;Гагарина, 101 плавиковый шпат, После расплавления компонентов шихты (за исключением магния) наводили основной шлак и под его слой медленно вводили нагретые полосы магния, вырезанные из чушек. Расплавленную лигатуру разливали в открытый кокиль, получая тонкий лист, который затем дробили до фракций размером 3 — 25 мм.

Составы выплавленных лигатур приведены в таблице.

Чугун, содержащий до модифицирования следующие компоненты, мас. : С 3,23,5; Si 1.9 — 2,2; Mh 0,6 — 0,8; $0,04.— 0,06; P

0,05 — 0,07; выплавляли в основной индукционной печи ИСТ-0.06. Модифицирование проводили в ковше емкостью 50 кг. Дробленную лигатуру в количестве 1,5 от массы чугуна насыпали на дно ковша в смеси с плавиковым шпатом (0.3 ). Лигатуру-прототип вводили в количестве 2,2 и пригружали в ковше предварительно отлитой чугунной решеткой.

Из модифицированного чугуна отливали технологические клиновые пробы толщиной 30 мм, из которых вырезали стандартные образцы для механических испытаний и образцы для металлографического анализа. Для оценки влияния. толщины стенки отливки отливали также круглые заном оставе лигатуры (сплавы 1 — 5), а также при использовании модифицирующего сплава (лигатуры) 7. Лигатура предлагаемого состава обеспечивает полную сферо5 идизацию графита и перлитизацию матрицы чугуна и исключает появление отбеленных участков. В этом случае обеспечивается получение чугуна марок ВЧ70 и выше (00 = 740 — 880 МПа при относитель10. ном удлинении д= 3 — 8 ). Модифицирование сопровождается умеренным пироэффектом и хорошим усвоением лигатуры.

При выходе состава лигатуры за заявляемые пределы существенно снижаются

15 свойства чугуна и ухудшаются условия модифициравания. Значительно худшие результа. ты дает и использование лигатуры-прототипа.

Формула изобретения

20 Комплексный модификатор для чугуна, содержащий кремний, кальций, магний, медь, РМ3 и железо, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью снижения расхода модификатора, повышения степени усвоения маг25 ния расплавом, прочности и стабилизации перлитной структуры чугуна в литом состоянии, он дополнительно содержит алюминий при следующем соотношении компонентов, мас, :