Модификатор для чугуна

 

МОДИФИКАТОР ДЛЯ ЧУГУНА, содержащий алюминий, висмут, бор и железо , о тл ичаюци и с я тем, что, с целью повышения механических свойств ковкого чугуна, он дополнительно содержит редкоземельные металлы , кальций и кремний при следую-, щем соотношении компонентов мас.%: 8-15 1-4 Висмут 1-4 Бор Редкоземельные 10-20 металлы Кальций 20-40 Кремний Остальное Железо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) С 22 С 35/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, 8-15

1-4

1-4

10-20

15-25

20-40

Остальное

К АВТОРСКОМУ .СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3468129/22-02 (22) 14.07.82 (46) 23,12.83. Бюл. Р 47 (72) Д.И.Штульман, А.A.()апиро, В.A.Òîïóç, A.A.Êîâàëü и A.Ï.Ëåöåíêo (71) Таганрогский комбайновый завод и Ростовский институт сельхозмашиностроения (53) 669.046.621,745(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 501104, кл. С 22 С 35/00, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР)) 123452, кл. С 22 С 33/08, 1959. (54 )(57) КОДИФИКАТОР ЦЛЯ ЧУГУНА содержащий алюминий, висмут, 6ор и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения механических свойств ковкого чугуна, он дополнительно содержит редкоземельные металлы, кальций и кремний при следую-. щем соотношении компонентов мас. В:

Алюминий

Висмут

Бор

Редкоземельные металлы

Кальций

Кремний

Железо

1062293

Изобретение относится к черной металлургии,. конкретнее к модификаторам, и может быть использовано при изготовлении отливок иэ ковкого чугуна.

Известны модификаторы, воздействующие на первичную кристаллизацию и предотвращающие образование в чугуне первичного графита, воздействующие на замораживание и увеличение количества центров графита и способствующие ускорению процесса отжига отливок иэ ковкого чугуна.

Известен модификатор (1) для чугуна следующего состава, мас.%:

15-20

10-20

60-70

Церий

Титан

Медь

0,01-0,05

0 001-0,020

0,001-0,006

Остальное

Алюминий

Висмут

Бор

Железо

Недостаток известного модификатора в том, что при использовании его 40 для получения ковкого чугуна не обес печивается необходимый уровень механических свойств, что объясняется формой графитовых включений - крабовидной, а при введении алюминия бо- 45 лее 0,02% преобладает пластинчатая форма. При введении висмута более

0,005% удлиняется отжиг и снижаются механические свойства чугуна, осо бенно, ударная вязкость. 50

Целью изобретения является повышение механических свойств ковкого чугуна.

Эта цель достигается тем, что модификатор для чугуна, содержащий 55 алюминий, висмут, бор и железо, дополнительно содержит редкоземельные металлы, кальций и кремний при следующем отношении компонентов, мас.%

60 8-15

1-4

1-4

Алюминий

Висмут о Вор

Редкоземельные металлы.Р3 и, 10-20

Недостстком модификатора является 20 то, что он требует в своем составе дефицитной и дорогой меди. Кроме то. го, обеспечивая достаточно хорошие прочные свойства чугуна, ударная вязкость при его применении остается невысокой.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является комплексный модификатор (2), содержащий алюминий, висмут, бор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.% от веса жидкого чугуна

Кальций

Кремний

EGJIG зо

15-25

20-40

Ост аль ное

Модификатор готовят следующим образом.

Все компоненты смеси измельчают на гранулы размером 2-5 мм кроме алюминия, который вводят в таблетках °

Висмут и алюминий вводят в виде технически чистых материалов, бор— в виде ферробора или других боросодержащих материалов (борная кислота, ферросиликоборал и др) . P3M — в виде мишметалла или других материалов, содержащих Р3М, кальций. — в.виде силикокальция и плавикового шпата в отношении 3:1 соответственно, кремний и х<елезо в составе модифицирующей смеси обеспечиваются эа счет силикокальция, материалов, содержащих

РЗМ и боросодержащих материалов.

Модифицирующая смесь, в количествах 0,1-0,12% от веса жидкого металла, вводится в ковш в бумажных пакетах во время наполнения его металлом.

Введение модифицирующей сме си в металл в количестве более 0,12% от веса жидкого чугуна экономически нее целесообразно, так как это не приводит к дальнейшему увеличению механических свойств, кроме того, увели-. чение количества модифицирующей смеси может привести к появлению пер° вичного графита "отсера", резко ухудшающего механические свойства ковкого чугуна..

Введение модифицирующей смеси в. количестве (0,1Ъ от веса жидкого металла не приводит к заметному изменению механических свойств ковкого чугуна.

Плавиковый шпат в составе модифицирующей смеси вызывает барботаж металла, что обеспечивает лучшее удаление неметаллических включений и более полное усвоение сплавом компоненто:в смеси, Кальций и РЗМ, вводимые в составе смеси в чугун, рафинируют металл по сере и .газам, очищакт границы зерен от легкоплавких соединений, тем самым увеличи:вая межкристаллитные связи, обеспечивают часть неметаллических включений более компактной и округлой формы, измельчают структурные составлякщие чугуна, что улучшает механические свойства ковкого чугуна.

Оксисульфиды P3ll и кальция способствуют увеличению количества центров графита н, следовательно, сокращают диффузионный путь атомов углерода, что в сочетании с более чистыми границами зерен способствует ускорению скорости дифФузии углерода и обеспечивает сокращение цикла терми1062293

Т а б л и ц а 1

Плавка

Количество вводимой смеси от веса жидкого металла, мас. Ъ

Содержание компонентов, Ъ

Состав

РЗМ, Са Si

A1 Bi В

15 20 Остальное О, 12

8 1 1 10

10 3 3 15

15 4 4 20

20 30

25 40

0,11

0,1 ческой обработки белого чугуна на ковкий.

Кремний, являясь графитизирующим элементом, также способствует ускорению графитизации.

Предлагаемый модификатор может при 5 меняться при .получении отливок иэ белого чугуна следующего состава, мас.Ъ: С 2,2-2,8; Р До 0,15; Si 1,0=

1 7; Мп 0 4 О 7; S До О 25 Cr О 05

0,2, который после модифицирования 3р подвергают графитизирующему отжигу на ковкий.

Пример. Для оценки эффектив-. ности предлагаемой смеси по сравнению с известной проведены специальные l5 опытные плавки белого чугуна в индукционной 300-киллограгвловой печи с кислой футеровкой.

Модифицирующую смесь вводят в бумажных пакетах на струю металла при выдаче его в раэливочные ковши. Образцы для механических испытаний и металлографических исследований заливают в песчано-глинистые формы при температуре жидкого чугуна 1420 С.

Модифицирующую смесь вводят в количестве 0,1-0,12Ъ от веса жидкого чугуна. Модифицируют чугун следующего состава, мас.Ъ: С 2,45; Cr 0,07

5 1,5; Р 0,07; 0,16, Мп 0,6, 3

Fe Остальное

Отжиг образцов проводят на ферритную стуктуру.

Проводят испытания образцов на 35 разрыв, на ударную вязкость и металлографические исследования.

В табл. 1 представлены составы используемых модифицирующих смесей, в табл, 2 — физико-механические 4р свойства модифицированного ковкого чугуна в зависимости от состава вво. дигых модифицирующих смесей.

Из табл. 1 и 2 следует, что ковкий чугун, модифицированный известным способом, при увеличении содержания A1 > 0,02 и Вi ъ 0,005 обладает низкими прочностью, ударной вязкостью и пластичностью.

Ковкий чугун, модифицированный предлагаемой модифицирующей смесью, имеет при одинаковой твердости с чугуном, модифицированный по известному способу, повышенные механические свойства: предел прочности >

380 МПа, ударная вязкость > 850 кДж/м относительное удлинение )12Ъ.

Также проведены исследования скорости отжига чугунов, модифицированных известным и предлагаемым модифи.каторами.

Исследования проведены на чугунах следующего химического состава. (табл. 3) .

Исследования проводят в лабораторных муфельных печах. Чугуны состава 1-3, модифицированные известным и предлагаемы модификаторами, отжигают на ферритную структуру. Первую стадию отжига проводят при 9500С вторую — при плавном охлаждении в интервале 760-720 С. Специальную низкотемпературную обработку в случае модифицирования известным способом про изводят при 400оС в течение 2-х ча-. сов,для чугунов модифицированных предлагаемой модифицирующей смесью, специальную ниэкотемпературную обработку не проводят. В табл. 4 приведены результаты исследований.

Таким образом, при использовании предлагаемого модификатора длительность общего цикла термической обработки сократилась на 15-20Ъ по сравнению с использованием известного состава модификатора.

Экономический эффект составит

120 тыс. Руб, в год на тонну металла.

1062293

Таблица 2

Плав ка

Механические свойства

А1

SI

РЗМ

Твердость, НВ

Известная 1 0,01 0,001 0,001

Остальное 360

11,0 132 .710

10, О 136 640

350

2 0,02 0,005 0,003

6,0 140 400

320

3 0,05 0,020 0,006 Пред" лагаемая

4 0,015 0,0012 0,0012 0,012 0,018 0,024"" — 380 13,00 130 880

5 0,011 0,0033 0,0033 0,0165 0,022 0,033 — "— 380 12,00 132 850

6 0,0096 0,004 0,004 0,20 0,025 0,040 — "— 398 14,00

136 900

J 4. .1

Химический сдстав чугуна, мас. Ъ

Таблиц а 3

Плавка

С Si S Ип Cr P Ре

0,08 0,07 Остальное

0,07 0,07

0,09 0,06

1,3

0,17

0,60

2,7

0,61

0,16

1,5

2,45

2,30

0,6

0,16

1,7

Таблица 4

Длительность общего цикла отжига

Моди фи катор

Плавка

15 ч

Известный

15 ч

14 ч 30 мин

12 ч

Пр едл а гаемлй

12 ч

12 ч 30 мин

ВНИИПИ Заказ 1016 3/30 Тираж 627 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä,óë.Ïðoeêòíàÿ, 4

Иодифицирую щая смесь

Составляющие модифицирующей смеси в зависимости от веса жидкого металла,мас.Ъ

Предел прочности, МПа

Относи-. тельное удлинение, Ъ

Ударная вязкость кДж/м