Способ получения чугуна с шаровидной формой графита

 

Ф

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К, АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<т>952966 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 040381 .(21) 3252912/22-02

511М Кп з с присоединением заявки ¹

С 21 С 1/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет ($3) УДК621. 745. .3(088.8)

Опубликовано 230882. Бюллетень ¹ 31

Дата опубликования описания 23Р882 (72) Авторы изобретения

В.Г.Горенко, В.Д.Краля и С.Н.Примеров

1 (71) Заявитель

Институт проблем литья AH Украи тххньюхс<хх > (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА С ШАРОВИДНОЙ

ФОРМОЙ ГРАФИТА

20

30

Изобретение относится к области черной металлургии и литейного производства.

Для получения чугуна с шаровидным графитом известны способы, заключающиеся в последовательной обработке исходного металла кусковым магнием, а затем ферросилицием, способы, состоящие в обработке исходного металла комплексными модификаторами на основе ферросилиция или силикокальция с оптимальным содержанием магния и

РЗМ и др (Q .

К недостаткам этих способов следует отнести то, что они не позволяют управлять процессами графитизации чугуна, улучшать форму графитовых включений и стабильно получать плотные отливки с высокими физико-механическими свойствами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ модифицирования .чугуна, состоящий в обработке металла при 1360-1140 С че" тырьмя — шестью одинаковыми порциями модификатора, составлянхцимн каждая 0,10-0,65% от веса обрабатываемого металла, а интервал времени ввода последующей порции равен 15ЗОЪ от времени модифицирующего действия предыдущей порции $2) .

Недостатками известного способа является то, что недостаточно интенсивно повышается степень выпадения графита в чугуне в жидком состоянии. Поэтому незначительно увеличивается количество центров графитизации в жидком состоянии и в.результате этого не происходит увеличение до оптимального количества графито-. вых включений и в их величине наблюдается большой разброс по диаметру, а отдельные включения имеют большой размер, что снижает прочностные свойства чугуна. Этот способ не дает возможности улучшить форму графитовых включений, особенно включений большого диаметра, что дополнительно снижает прочностные свойства чугуна.

Модифицирование чугуна несколькими порциями позволяет уменьшить предусадочное расширение чугуна и уменьшить объемные пороки в стенках отливок, однако при разнице толщины стенок отлиВок больше двухкратной в толстых стенках отливок появляется пористость, приводящая к снижению прочностных свойств и гидроплотности металла отливок. Кроме того, обработка металла

952966

4-5 порциями усложняет процесс модифицирования чугуна.

Целью изобретения является разработка способа получения чугуна с шаровидной формой графита, обеспечивающего повышение степени выпадения rpa- 5 фита в чугуне в жидком состоянии, увеличение количества, уменьшение размеров и получение правильной шаровидной формы графитовых включений, уменьшение объемных пороков в теле l0 отливок и повышение прочностных свойств чугуна.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу проводят ,внепечную обработку металла тремя порциями комплексных модификаторов различных по химическому составу и свойствам, причем первая порция реагента составляет 0,95-1,25% от веса обрабатываемого чугуна и содержит

0,3-3,0% РЗМ цериевой или иттриевой групп и 7,0-9,5% магния, вторая порция реагента составляет 0,750,94%,от массы чугуна и содержит

6,0-7,45% магния и третья порция реагента составляет 0,67-0,74% от массы чугуна и содержит 4,5-5,8% магния, а интервал ввода последующей порции составляет 35-45% от времени модифицирующего действия предыдущей ,порции °

Изменение химического состава и

„количества вводимого комплексного модификатора определяется его действием на природу жидкого состояния исходного чугуна. Использование в 35 первой порции модификатора, содержащего 0,3-3 0% РЗМ цериевой или иттриевой групп и 7,0-9,5% магния, определяется тем, что выбранное количество РЗМ обеспечивает получение 4р оптимального количества зародышей графита, а содержание магния в к эмплексном модификаторе и его расход способствуют получению необходимой . скорости охлаждения жидкого чугуна 45 и тем самым определяют оптимальный рост графитовых включений иэ зародышей.

Если содержание РЗМ в комплексном .модификаторе меньше 0,3%, то количество зародышей графита оказывается меньше оптимального и при дальнейшем росте графитовые включения имеют отклонения от шаровидной формы, а если больше 3,0%, то дальнейшего увеличения количества графитовых зародышей не происходит и наблюдается неравномерный рост графитовых включений. .Повышенное содержание (7,0-9,5%) 60 магния в комплексном модификаторе, за счет частичного испарения магния, позволяет получить, оптимальную скорость охлаждения жидкого чугуна, обеспечивающую выпадение оптималь- 65 ного количества зародышей графита и необходимую скорость их роста.

Если содержание магния в комплексном модификаторе меньше 7,0%, то скорость охлаждения жидкого чугуна, эа счет испарения магния, оказывается недостаточной для обеспечения оптимального протекания процесса зарождения и роста графитовых включений. При увеличении содержания магния больше 9,5% испарение магния происходит интенсивно с пироэффектом и выбросами металла и в результате этого стабильность процесса графитизации чугуна нарушается.

Расход. модификатора в первой порции присадки определяется количеством испаряющегося магния в процессе внепечной обработки чугуна.

При расходе комплексного модификатора меньше 0,95% количество испа- ряющегося магния оказывается недостаточным для получения оптимальной скорости охлаждения чугуна. При увеличении количества модификатора больше 1,25% скорость охлаждения получается большей,чем необходима для получения оптимального количества зародышей графита. уменьшение количества магния в комплексных модификаторах, используемых во второй и третьей порциях и уменьшение расхода модификаторов, связано с тем, что принятый состав и количество модификатора во второй и третьей порциях необходимо только для последовательного роста графитовых включений и нет необходимости в росте новых центров графитиэации. По этой причине иэ состава модификаторов исключены РМЗ, способствующие увеличению количества центров графитизации.

При содержании во второй порции модификатора магния меньше 6,0% в чугуне начинают появляться графитовые включения неправильной формы и даже в виде запятых. При увеличении содержания магния больше 7,45% наблюдается неравномерный рост графитовых включений и отдельные включения вырастают до больших размеров. Оптимальный расход модификатора во второй порции составляет 0,75-0,94%.

При исПользовании для вторичной обработки чугуна меньше 0,75% модификатора не позволяет нормально поддерживать процесс роста графитовых- включений. Они делаются неправильной форти. Кроме того, скорость роста графита значительно замедляется. При увеличении расхода модификатора больше 0,94% наблюдается появление- новых зародышей графитовых включений, что приводит к образованию в койечной микроструктуре графитовых включений значительно отличающихся по

952966 размерам. A зто снижает прочностные свойства чугуна.

Использование для внепечной обработки чугуна третьей порции модификатора с еще меньшим содержанием магния и выдерживание. его гасхода в пре- 5 делах 0,67-0,74% позволяет повысить степень выпадения графита в чугуне в жидком состоянии, получить оптимальное количество и величину графитовых включений, правильную шаровид- 10 ную форму графитовых включений и за счет уменьшения величины предусадочного расширения металла уменьшить объем усадочных пороков в теле отливок. 15

При содержании в модификаторе магния в количествах меньших 4,5% наблюдается уменьшение роста графитавых включений, растет .величина предусадочного расширения и объем уса- ;у дочных пороков в отливках. При увеличении содержания магния больше

5,80% происходит в чугуне образование новых центров графитовых включений, в конечной микроструктуре гра- >> фитовые включения значительно отличаются по размерам и это приводит к снижению прочностных свойств чугуна.

При использовании третьей порции! комплексного модификатора в количестЭлементы

Химический состав модификатора, %

Модификатор

8,14 3,81 4,68 6,89 9,18 7,84 8,62

7,63

Магний

РЗМ цериевой или иттриевой групп

2,23 0,26 3 05

Кремний

58,14 57,92 60,27 59,63 58,26 57,14 58,31 57,83

Кальций

3,26 4,12 . 1,07 3,21 2,98 3,42 2,38

2,67

2,14 2,34

1,94

Алюминий

Углерод

1,63 1,67

-1,86

Ос-

Остальное

ОсОсОсОсталь-Остальное ное

Остальное

Железо таль- таль- таль- тальное ное ное ное ет по составу модификатору, используемому в качестве третьей порции, состав Y — второй порции и состав

40 VI — первой порции. Состав VII содержит меньше, а состав М1Н вЂ” больше Р3М, чем предусмотрено предлагаемым способом.

Приведенные в табл.1 комплексные

65 модификаторы испольэовали для посКак видно из табл.1 комплексный модификатор I u II соответствует составу используемому для внепечной обработки исходного чугуна по известному способу. Состав III содержит меньше магния, чем в составе комплексного модификатора, используемого для третьей порции вводимого модификатора. Состав Я соответствувах меньших 0,67% в микроструктуре начинают появляться отдельные пластинчатые включения графита, что приводит к снижению прочностных свойств чугуна. При увеличении расхода модификатора больше 0,74% дальнейшего улучшения микроструктуры и свойств чугуна не. наблюдается.

Оптимальный интервал ввода последующей порции модификатора после окончания ввода предыдущей порции составляет 35-45% от времени модифицирующего действия предыдущей порции. Если этот интервал меньше 35% от времени действия предыдущей порции, то рост графита в жидком состоянии оказывается недостаточным и поэтому получается большая величина предусадочного расширения и в стенках отливок появляются усадочные пороки. При увеличении этого интерва. ла больше 45% от времени действия предыдущей порции начинает ослабевать действие модификатора и в ко.нечной микроструктуре чугуна появляется графит пластинчатой формы, что приводит к снижению прочностных свойств.

Химический состав используемых для внепечной обработки исходного чугуна комплексных модификаторов приведен в табл.1.

Т а б л и ц а 1

3,04 1,86 1,54 2,02 2,63

1,82 1,94 1,97 1,62 1,95

952966.Т аблица 2

Обычный способ модифицирования

Показатели

Известный способ

Комплексный модификатор, используемый для лервой порции

Расход модификатора в .первой порции,Ъ

0,65 0,45 0,92 1,26 0,95 1,03 1,12 1,25

2,8

Комплексный модификатор, используеьый для втррой порции

Ч V

Расход модификатора во:второй порции,Ъ

4 0,95 0,74 0,94 0,81 0,88 0,75

0,65

Комплексный модификатор, используемый для третьей порции

П I 111 Я 17 IV IV IV

Расход модифи". катора в тре-.. тьей порции,Ъ

0,65 0,45 0,75 0,70 0,72 0,74 0,67 0,70

Компле к сный модификатор, используемый для четвертой порции ледовательной порционной обработки исходного чугуна согласно известного способа и предлагаемого.

Исходный чугун выплавляли в индукционной печи МГП-102. Химический состав чугуна следующий, мас.В: 5

3,26-3,34 углерода; 1,26-1,29 кремния; 0,19-0,22 марганцар 0,08-0,09 фосфорау 0,012-0,023 серы; 0,180,26 алюминия; 0,04-0,06 кальция и железо и прймеси — остальное. Пос- !О ле расплавления чугун. перегревали до 1730-1745 К. Обработку исходного чугуна первой порцией модификатора проводили при температуре 1705 К.

Температура чугуна при обработке последней порцией комплексного модификатора не снижалась ниже 1665 К.

Особенности технологии порционного модифицирования исходного чугуна согласно известного способа и предлагаемого представлены в табл.2.

Модифицирование по предлагаемому способу

VIII Ч1 V I VI VI

952966

Продолжение табл.2

Показатели

Известный способ

0,65 0,4

0,45

0,4

62

Э

0,82

Нет Нет Нет

517

Расход модификатора в четвертой порции,Ъ

Комплексный модификатор, используемый для пятой порции,Расход моуи4икатора в пя- ° той порции,Ъ

Комплексный модификатор, используемюй для шестой порции

Расход модификатора в шестой порции,Ъ

Средний размер графитовых включений, мк

Характеристика формы графитовых включений

Величина предусадочного расширения чугуна,Ъ

Наличие объемных пороков в теле отливки

Предел прочности при растяжении, МПа

Обычный способ модифи-., цирования

Много включений не правильной формы

Есть усадочные раковины и поры

Модифицирование по предлагаемому способу

53 54 42 39 41 40

Есть отдельные вклю- Графитовые включения чения неправильной правильной шаровидной формы форьи

Ою67 Oi64 Ое63 Oi62 Oi53 Oi54 Oi55 O ° 53

Есть Есть Есть Есть Нет порис- порис- отдель- отдельтость тость ные ные попоры ры

529 534 .548 551 571 577 554 572

952966

Формула изобретения

Составитель А.Кондратьев

Техред M.Tenep Корректор Н.Король, Редактор Г.Волкова

Заказ 6217/43 Тираж 587 Корректор

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 1 30 35 i Москва, Ж- 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал .ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4

Иэ данных табл.2 видно, что.порция 0 была обработана по обычному способу модифицироваиия, порции чугуна 1 и 2 были обработаны по известному. способу. Третья и четвертая (3 и 4) порции были обработаны с отклонениями от предлагаемого способа по составу комплексных модификаторов и их расходу. Порции 5 и 8 были обработаны полностью согласно предлагаемого способа внепечного модифици- 10 рования чугуна.

Из данных табл.2 видно, что при модифицировании чугуна обычным способом в конечной микроструктуре чугуна имеются крупные включения графи-15 та, которые снижают прочностные свойства металла.

Кроме того, большая величина предусадочного расширения приводит к получению в стенках отливок значительных объемных пороков.

По сравнению с известным способом предлагаемый способ модифицирования чугуна позволяет уменьшить средний размер графитовых включений с 57-

59 мк до 39-42 мк, получить все гра25 фитовые включения правильной шаровидной формы; уменьшить величину предусадочного расширения с 0,64-0,67Ъ до 0,53-0,55Ъ, полностью ликвидиро,вать объемные пороки в теле отливок и повысить предел прочности при растяжении с 529-534 МПа до 571-577 МПа.

Уменьшение предусадочного расширения чугуна приводит к снижению объемной усадки на 10-15Ъ и на соответст- 35 вующую величину уменьшаются размеры прибылей и питающих бобышек.

Предварительный расчет ожидаемого экономического эффекта от внедрения предлагаемого способа модифицирования чугуна, за счет ликвидации объемных пороков в теле отливки, уменьшения размера прибылей и питающих бобышек на 10-15Ъ и повышение прочностных свойств чугуна на 8-10Ъ позволяет получить экономию 80,4-8,37 руб на 1 т годного литья.

Способ получения чугуна с шаровидной формой графита, заключающийся в предварительном обессеривании металла и последовательной обработке исходного чугуна несколькими порциями модификатора, о т л и ч а ю щ и йс я .тем, что, с целью уменьшения объемных пороков в теле отливок,и повышения прочностных свойств чугуна, металл обрабатывают тремя порциями комплексных модификаторов, причем первая порция реагента составляет 0,95-1,25Ъ от массы обрабатываемого чугуна и содержит 0,3-3,0Ъ РЗМ цериевой или иттриевой групп и 7,5- .

9,5Ъ магния, вторая порция составляет 0,75-0,94Ъ от массы чугуна и содержит 6,0-7,45Ъ магния, третья порция составляет 0,67-0,74Ъ от массы чугуна и содержит 4,5-5,8Ъ магния, а интервал ввода каждой последующей порции составляет 35-45Ъ от времени модифицирующего действия предыдущей порции.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Справочник по чугунному литью

Под ред. И.Г.Гиршовича изд. 3 М., "Машиностроение", 1978, с.117.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 499310, кл. С 22 С 35/00, 1974.