Лигатура

 

ЛИГАТУРА, содержащая редкоземельные элементы цериевой группы , магний, кремний, барий, кальций и железо, .отличающаяся тем, что, с целью повышения предела прочности чугуна и степени усвоения легирующих элементов, она дополнительно содержит марганец и иттрий при следующем соотношении компонентов, мае.%: Редкоземель .ные элементы цериевой 0,1-1,0 группы 5-10 Магний 25-60 Кремний 0,1-5,0 Барий 0,2-1,0 Кальций О) 0,1-10,0 Марганец 0,01-1,0 Иттрий Железо Остальное

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЯИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЯИН (19) (И) M5D С 22 С 35 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О, 1-1,0

5" 10

25-60

0,1-5,0

0,2-1,0

0,1-10,0

0,01-1,0

Остальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (211. 3521446/22-02 (22) 16.12.82 .(46) 23.03.84. Бюл. 9 11 . (72) Н.И. Бестужев, С.Н. Леках, А.t3, Павлов, В.F.. Пигасов, А,М. Мельников, Л.В. Слепова, В.П.. Зайко, Б.И. Байрамов, M.A. Рысс, Е.A. Новоселов и Ю.П. Белый (71) Белорусский ордена Трудового красного Знамени политехнический институт (53) 669.15.198 (088.8) (56) 1; Авторское свидетельство СССР

418548,кл.. С 22 С 35/00, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

М 465427, кл.. С 21 С 1/10, 1973. (54) (57) ЛИГАТУРА, содержащая редкоэемельные элементы цериевой группы, магний, кремний, барий, кальций и железо, . отличающаяся тем,. что, с целью повышения предела прочности чугуна и степени усвоения легирующих элементов, она дополнительно содержит марганец и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.Ъ:

Редкоземель.ные элементы цериевой группы

Магний

Кремний

Барий

Кальций

Марганец

Иттрий

Желеэо

1081230

15

25

Изобретение относится к литейному производству, а именно к изысканию составов лигатур, применяемых при производстве высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

Известна лигатура (17, содержащая, мас.%:

РЗМ 30-60

Иттрий 5-15 йлюминий 0,5-15

Магний 0,1-6,0

Кальций О, 5-30

Барий 0,5-30

Стронций О, 1-15

Кремний 30-50

Железо остальное

Недостатком данной лигатуры является низкая степень усвоения легирующих элементов, что обусловлено недостаточным эффектом модифицирования.

Наиболее близкой к предложенной является лигатура 27, содержащая, мас.%:

РЗМ 2-15

Кальций 5-20

Магний 12,5-25

Барий 0,1-10

Железо 1-26

Кремний Остальное

Однако повышенное содержание каль ция и магния в известной лигатуре ухудшает условия модифицирования чугуна. Особенно это относится к Э внутриформенному модифицированию (известно, что кальций приводит к 35 шлакованию.лигатуры, что требует высоких температур заливки форм для обеспечения нормального хода процесса модифицирования, повышенное содержание магния снижает коэффициент 40 усвоения магния, ухудшаются условия заливки форм — выплески металла, пирроэффект, повышенное выделение дыма ) .

Кроме того, известная лигатура 45 обеспечивает получение ВЧШГ ферритного или ферритно-перлитного классов, вследствие отсутствия в ее составе элементов,перлитизирующих металл ческую матрицу Для получе- 50 ння чугунов перлитного и перлитноферритового классов требуется дополнительная технологическая операциялегирование.

Целью изобретения является повы-, шение предела прочности чугуна и степени усвоения легирующих элементов.

Поставленная цель достигается тем .что лигатура, содержащая редкозе-. 60 мельные элементы цериевой группы, магний, кремний, барий, кальций и железо, дополнительно содержит марганец и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Редкоземельные элементы цериевой группы 0,1-1,0

Магний 5-1 О

Кремний 25-60

Барий, 0,1-5,0

Кальций 0,2-1,0

Марганец 0,1-10,0

Иттрий 0,01-1,0

Железо Остальное

Обоснование выбранных пределов содержания ингредиентов (установлены экспериментально): известно положительное влияние редкоземельных элементов цериевой группы на процесс сФероидизацииии графита в чугунах. Пределы содержания 0,1-1,0 РЗМ цериевой группы в лигатуре и обеспечение ею содержания этих элементов в чугунах (0,002-0,02% ) после модифицирования являются оптимальными. Кроме того, при установке величины содержания РЗМ учитывался фактор низкой стоимости лигатуры; магний — нижний предел выбран, исходя из необходимости обеспечения достаточной величины М остатка, в чугуне для сфероидизации графита.

Увеличение содержания магния .свыше 10% снижает коэффициент усвоения магния и ухудшает условия заливки и модифицирования расплава чугунар кремний — при его содержании в лигатуре в пределах 25-60% обеспечивается оптимальная графитизирующая обработка расплава и удовлетворительная растворимость лигатуры; барий — пределы его содержания в лигатуре 0,1-5,0% обеспечивают оптимальную графитизирующую обработку расплава и устраняют возможность появления структурно-свободного цементита; кальций оказывает положительное влияние на процесс сфероидизации графита (кальций сам является слабым сфероидизатором, кроме того, он обладает большим химическим сродством к вредным примесям — демодификаторам сере и кислороду, в силу чего он связывает их в устойчивые химические соединения, рафинирует расплав чугуна и подготавливает его к сфероидизирующей обработке магнием ). Верхний предел

f1,О%) установлен исходя из необходимости обеспечения хорошей растворимости лигатуры при внутриформенном модифицировании чугуна. Нижний предел (0,2%! — исходя из эффективности рафинирующего действия лигатуры i марганец является элементом перлитизатором структуры. Включение его в состав лигатуры позволяет осуществлять .одновременно две тех1081230 нологические операции — модифицирование и легирование чугуна. Причем при внутриформенном модифицировании обеспечивается экономное {без yraра) позднее легирование. Кроме. того, марганец благоприятно воздействует на условия модифицирования за счет снижения температуры плавления лигатуры.. Превышение содержания марганца в лигатуре свыше

10% исключает возможность получения

ВЧШГ перлитного класса и снижает универсальность лигатуры; иттрий благоприятно воздействует на процесс сфероидизации графита.

При этом общее легирование иттрием чугуна даже в небольших количествах увеличивает прочность при растяжении и твердость получаемых чугунов,. позволяя повысить их марку. Превышение содержания иттрия в лигатуре свыше верхнего предела можеу привести к появлению кромочного отбела в тонкостенных отливках и снижает универсальность лигатуры. Нижний ,предел (0,01Ъ} установлен исходя из эффективности влияния иттрия.

Таким образом, компоненты лигатуры, взаимодействуя с чугуном, оказывают активное рафинирующее воз. ,рействие на расплав чугуна, графитизируют и перлитизируют чугун, сфероидизируют графит. При этом значительно повышается прочность

ВЧЕГ, улучшается равномерность растворения лигатуры в расплаве чугуна, стабилизируются структура и свойства отливок полученных внутриформенным модифицированием.

Пример, Для проведения сравнительных испытаний известной и предлагаемой лигатур был выплавлен исходный чугун следующего состава, углерод 3,4%, кремний 2,0Ъ, марганец 0,2%, хром 0,1Ъ, сера 0,02%.

Технология получения высокопрочного чугуна включала обработку лигатурами исходного расплава в реакционной камере сырой песчано-глинистой формы. Предлагаемая лигатура использовалась с нижним, верхним и средним содержаниями ингредиентов, известная лигатура — со средним содержанием компонентов ° Испытуемые составы лигатур представлены в табл. 1.

Расход лигатур составил 1,2-2,0%, температуры заливки форм 1340 и 1420 С

Результаты механических испытаний чугунов с шаровидными графитом, -полученных при модифицировании известной и предлагаемой лигатурами, а также степень усвоения легирующих элементов расплавом чугуна пред. ставлены в табл. 2.

Данные на усвоению добавки модификатора расчитаны исходя из величины нерастворившегося остатка

10 и степени усвоения элементов, входя щих в состав лигатур.

Из табл. 2 видно, что максимальные механические свойства достигаются у чугунов, модифицированных 5 в литейной форме предложенной лигатурой. Чугуны, отработанные известными лигатурами и противопоставленной экспертизой, недостаточно эффективно модифицированы (большая величина нерастворившегося остатка, низкая степень усвоения элементов } вследствие чего обладают низкими механическими характеристиками.

По полученным экспериментальным 5 данным было определено, что усвоение чугуном легко окисляемых компонентов (P3M, магний, иттрий, кальций, алюминий, барий }, входящих в состав лигатуры составляет 65Ъ, при полностью растворившейся добавке, 30 а остальных элементов (кремний, марганец, стронций) — 904.

Технология получения лигатуры.

Лигатуру с содержанием 0,11,0Ъ РЗМ, 5-10% магния, 25-60%

35 кремния, 0,1-5,0В бария, 0 1-10% марганца, 0,01-1,0% иттрия, остальное железо получают сплавлением ферросплавов или восстановительной плавкой в электропечи. Марганец в

4Q количестве 0,1-10% присаживают в расплав в виде чистого компонента или ферросплава. Иттрий в расплав лигатуры переходит из концентратов в процессе восстановительной плав45 ки или его присаживают в расплав в виде чистого компонента. .По- : .лученную лигатуру измельчают на щековой дробилке до фракции 5-50 мм.

Экономический эффект от использования предложенной лйгатуры по сравнению с применением известной лигату:ры для производства отливок из

ВЧШГ внутриформенным модифицированием составит 106 тыс.руб.

1081230

Таблица 1

Пределы !

Лигатура содержания иигредиенто

Химический состав лигатур

Са

Ва

Известная

8 13 Ос- 0 5 13 12 5 тальное

Средний

Предлагаемая Нижний

0,1 5 25 0,1 Осталь- 0,2 ное

0,1 0,01

5,0 О, 5

0,5 7 40 2,5,-"- 0,6

1 0 10 60 5 0 -"- 1 0

10,0 1,0

Таблица 2

Температура эаливки, 4 0С

Усвоение элементов,t

Мехайические свойства

Лигатура

6@i

МПа

Остальные

Предложенная Нижний

180

440

55

1340

470

180

60

1420

5-10

60

4 7 5

2 00

6-8

Средний 1 34 0

195

490

90

1420

Верхний 1340

10-12

57

90.

1420

Известная

190

290

75

Средний 1340

180

430

26

1420

ННИИПИ Заказ 1481/24 Тираж 603 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проеткная, 4

Средний

Верхний

Пределы содержания

Нерастворившийостаток,%

Легкоокисляемые элемен1

520 230

520 230