Модификатор для чугуна

 

МОДИФИКАТОР ДЛЯ ЧУГУНА, содержащий кремний, магний, барий, алюминий, кальций, медь и железо. отличающийся тем, что, с целью повышения механических свойств чугуна, он дополнительно держит титан и редкоземельные металлы при следующем соотношении ком понентов , вес.%: Кремний60,0-78,0 Магний0,1-2,0 Барий0,1-5,0 Алюминий0,1-4,0 Кальций0,1-4,0 Медь0,1-5,0 Титан0,1-15,0 Редкоземельные 0,1-5,0 металлы о SS Железо Остальное

СОЮЗ СОВЕТСКИХ соцИАлистических

РЕСГ УБЛИК

Заю С 22 С 35 00:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В CBTOPCKCNIV ВВИВВУВВУВТВУ

0,1-5,0

Остальное (21) 3445670/22-02 (22) 31. 05. 82 (46) 23. 08. 83. Бюл. Р 31 (72) Н .П. Лыков, В. И. Литовка, В.Д. Краля, В. П. Братченко, А. С. Дубровин, И.С. Быстрова, М.П. Бубнов, Д.Д. Мелисов и Х.Х. Розенфельд (71) Пелиноградский инженерно-строительный институт (53) 669. 13 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 513105, кл. С 22 С 35/00, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

В 594205,,кл. С 22 С 35/00, 1979. (54) (57) МОДИФИКАТОР ДЛЯ содержащий кремний, магний, барий, алюминий, кальций, медь и железо,,,SU„„1036783 A о т л и.ч а ю шийся тем, что, с целью повышения механических свойств чугуна, он дополнительно со держит титан и редкоземельные металлы при следующем соотношении ком понентов, вес.Ъ:

Редкозе- . мельные металлы

Железо

Кремний 60,0-78,0

Магний 0,1-2,0

Барий 0,1-5 0

Алюминий 0,1-4,0

Кальций 0,1-4,0

Медь 0,1-5 0

Титан 0,1-15,0 103б783

Изобретение относится к металлургии, в частности к изысканию сос тазов модификаторов, способствую" щих повышению механических свойств чугуна и устранению свободного цементита в литой структуре:

Известен модификатор (1 g, содержащий, вес.%г

Кремний 25-55

Марганец 10-30

Кальций 3-10

Алюминий 1,5-10

Магний 0,6-3,0

Стронций 3-10

Железо Остальное

К недостаткам следует отнести низкие механические свойства чугу" на, полученные в результате обработ ки известным модификатором, и положение свободного цементита в его структуре при литье в кокиль.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является модификатор Г2 j, содержащий, вес.%sç

Барий 20- 45

Кальций 0,5-10

Железо 1-15

Алюминий О, 3-4

Магний 0,1-2

Медь 0,01-0,5

Кремний Остальное

Недостатком известного модификатора является слабое дегазирующее и упрочняющее действие, что ограничивает его использование для модифицирования чугуна при производстве отливок, которые подвергаются механической обработке, ударным нагрузкам и должны иметь высокую гидроплотность °

Кроме того, высокое содержание бария 20-45%) в модификаторе приводит к кристаллизации чугуна с отбелом и снижению количества графитовых включений, в том числе шаровидной формы. Структура чугуна получается ледебуритная.

Цель изобретения — повышение механических свойств чугуна.

Указанная цель достигается тем, что модификатор для чугуна, содержащий кремний, магний, барий, алюминий, кальций, медь и железо, дополнительно содержит титан и реэкоземельные металлы (РЗМ ) при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Кремний 60,0-78,0

Магний 0,1-2,0

Барий 0,1-5,0

Алюминий 0,1-4,0

Кальций 0,1-4,0

Медь 0,1"5,0

Титан 0,1-15,0

РЗМ 0 1-5,0

Железо Остальное

Титан введен в состав модификатора, как наиболее сильный дегазатор жидкого металла. Активно взаи-, 5

25 30

50 модействуя с азотом и кислородом, находящимся в расплаве чугуна, титан способствует тем самым устранению газовых дефектов в отливках, повышая их гидроплотность.

Отличительной особенностью титана является то, что он благоприятствует первичной кристаллизации и ускоряет распад ледебурита.

Титан в составе модификатора в количестве 0,1-15% вызывает легирование матрицы чугуна, способствует получению мелкодисперсной плотной структуры, ее упрочнению, а также увеличению в структуре графитовых включений правильн и шаровидной и компактной формы, уменьшая при этом степень отбела. Ввод в состав модификатора менее 0,1% титана его действия в этом направлении не проявляются. Верхний предел 15% связан с тем, что при большей концем трации титана ухудшаются механические свойства чугуна, форма графита и появляются склонность чугуна к отбелу.

Введение в состав модификатора

РЗМ необходимо для десульфурации, раскисления, сфероидизации графита и, устранения вредного действия антиглобуляризирующих элементов, находящихся в расплаве чугуна.

РЗМ в составе модификатора, содер.жащего кальций, позволяет при меньшем расходе модификатора улучшить форму, уменьшить размеры и увеличить количество графитовых включений, Это объясняется тем, что кальций, выполняя функции десульфуратора и раскислителя, высвобождает от них РЗМ и магний, повышая их усвоение жидким металлом. Не менее важным фактором является то, что ввод РЗМ в состав модификатора увеличивает продолжительность его модифицирующего действия примерно в

2 раза.

Нижний предел содержания РЗМ в составе модификатора 0,1% связан с граничной концентрацией, ниже которой. влияние их на свойства чугуна не про » являются.

Содержание РЗМ свыше 5% ведет к кристаллизации иугуна по метастабильной системе, ухудшающей форму графитовых включений и экономически нецелесообразно.

Совместный ввод магния и бария в состав модификатора в оптималь ных количествах способствует кристаллизации чугуна с образованием шаровидной формы графита и без отбела.

60 Повышение количества бария более

5% и магния более 2%.в составе модификатора ведет к кристаллизации чугуна по метастабильной,системе и увеличению количества графитовых

65 включений шаровидной формы.

36783

Таблица 1

Состав модификатора, вес,Ъ

1 2 3 4

Известный .5

Компоненты

60,40

68,41 60,0

78,0

Кремний

Остальное 72, 35

5,92

0,1

2,38

5,0

0,06

РЗМ

2,04 Магний

0,1 0,15.0,91

2,0

1,96

41,83. 0,14

5 0

5,21

2,67

0,1

Барий

Алюминий

Кальций ,Медь ! Титан

4,12

2,04

4,0

0,1

0,81

3,64

5,06

8,05

2,31

5,0

0,34

0,1

5,0

0-, 19.

5,68

2. 15

4,27

7,08 15,0

0,1

16,04

0,05

Остальное Остальное Осталь- Остальное ное

Железо

Остальное

14,0

Алюминий в составе модификатора, наряду с раскисляющим действием, повышает эффект усвоения магния чугу.ном, стабилизирует при этом процесс модифицирования. Совместно с медью алюминий благоприятствует затвердЕванию чугуна по стабильной системе.

Медь в составе модификатора вызывает легирование матрицы чугуна, способствует получению плотной, мелкодисперсной перлитной структуры.

Совместно с титаном медь повышает гидроплотность отливок.

Наличие в составе модификатора кальция„ наряду с РЗМ, магнием и барием, способствуют глубокому раскислению, дегазации и десульфурации чугуйа.

Из приведенных данных видно,. что предлагаемому составу соответствуют модификаторы 2-4. В составе модификатора содержание РЗМ и титана меньше нижних пределов, в составе 5 их концентрация превосходит верхние пределы.

Эффективность действия модификаторов проверяют в лабораторных.и промышленных условиях на чугунах следующего состава, вес.Ъ, углерод

3,4-3,9, кремний 1,80-2,24, марганец 0,45-0,67, фосфор 0,06-0,14, сера 0,051-0,086.

Модифицирование чугуна осуществляют в ковше. Модификатор вводят под струю металла. Температура металла при содифицировании составляет 1360-1420 С. Количество вводиСнижая растворимость углерода в железе, кальций повышает графитизирующую способность модификатора.

Пределы -содержания указанных

S элементов в предлагаемом модификаторе установлены на основании выполненных исследований и известных экспериментальных данных

Железо и кремний являются базо- Ц выми компонентами и их содержание установлено из условия технологич1 ности выплавки модификатора. Составляющие модификатора представляется возможным вводить в жидкий чугун

В виде сплава или механической смеси компонентов.

Составы модификаторов приведены в табл. 1. мого модификатора составляет до

2,0% от веса жидкого чугуна.

Для исследования структуры и механических свойств отливают трефовидные пробы и отливки трех видов c . различной толщиной стенок. Скорость, .охлаждения металла в таких отливках составляет 9,2, 6,1 и 3,2 С в секунЫ ду соответственно, а в трефовид" ных пробах - 1,1 С в секунду. Залитые отливки затем подвергают.металлографическйм исследованиям. Определяют количество и размер включений шаро60 видного графита на единицу площади шлифа, количество цементита и феррита.

Результаты металлографических ис,следований приведена в табл. 2.

1036783

Таблица 2

Содеряание феррита, Ф

Содераанне цементита, Ф

Количество включений шаровидного графита на

1 2

Модификатор

10

9,2

Известный

1-2

6,1

2-3

30

3,2

8-10

50

Предла гаечный

15

9,2

20

6,1

1-3

30

3,2

3-5

45

9,2

2"4

6,1

3-5

95

3,2

120

12-15

100

9,2

8-10

125

6,1

10-15

15-20

130

3,2

145

1-2

30

9,2

65

6,1

3-7

80

3,2

15-18

105

10

9,2

1-2

6,1

3-5

3,2

10-12

Как видно из приведенных в табл.2 е0 данных, чугуны, обработанные модификаторами составов 2-4, имеют гораэдо меньшую чувствительность к отбелу, больше включений шаровидного графита . по сравнению с модиСкорость охлаздения отливок, C/с фикаторами состава 1 и 5 и известным.

Механические свойства (g> предел прочности, относительное удлинение ,, ударная вязкость Ан, твер-дость НВ) модифицированного чугуна

1036783

Т а б л и ц а 3

Механические свойства чугуна в трефовидных пробах Модификатор кгс/квмм

НВ, кГс мм

Известный

42i0

0,7

323

46,5

381

0 9

0,6

3,1

61,3 г,о

278

2,5

59,7

4,8

239

53,5

4,1

2,3

248

0,7

317

50,0

1,2

Составитель Н ° Косторной

Редактор Н. Рогулич Техред Ж.Кастелевич . Корректор.Ь Ильин

Подписное

Заказ 5945/27 Тираж 627

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 определена на образцах, вырезанных иэ трефовидных проб. Анализ результатов испытаний, приведенных в ,табл. 3, показывает; что модификаторы 2-4 обеспечивают чугуну наивысшее значение предела прочности, относительного удлинения и ударной ass«« кости, а твердость этих чугунов зна-,, чительно ниже, чем в случае модификаторов известного 1 и 5.