Ферросплав для получения высокопрочного чугуна

 

ФЕРРОСПЛАВ ДЛЯ ПОЛУШНЙЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА, содержащий железо, кремний, магний, кальций. алюминий и цинк, отличающийс я тем, что, .с целью получения чугуна с феррито-перлитной металлической основой в литом состоянии при сочетании высоких прочностных и пластических свойств, он дополнительно содержит редкоземельные металлы и медь при следующем соотношении компонентов , мае. 7 39,5-55,8 Кремний 3,9-10,8 Магний 0,2-4,8 Кальций 0,3-2,2 Алюминий 0,004-0,380 Цинк Редкоземельi ные металлы 0,1-2,4 Медь0,3-8,5 ел ЖелезоОстальное

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН аа 1Ю 1 1) С 22 С 35/00

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ! фс 4 ГP TQQ fg e g

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТЩУ (21) 3503918/22-02 (22) 22.10.82 (46) 15.06.84. Бюл. Р 22 (72) В.И.Литовка, Н..И.Бех, И.С.Выстрова, В.В.Венгер, А.С.Дубровин, Ю.Н.Левченко, Н.П.Лыков, Н.Г.Руденко и А.H.Òàíàíèí (71) Институт проблем литья АН УССР (53) 669. 131. 7 (088..8) (56) 1. Авторское:"свидетельство СССР

297696,, -.êë. С 22 С 37/04, 1968.

;2. Авторское свидетельство СССР

N9 199!74, кл. С 22 С 35/00, 1965 ° (54) (57) ФЕРРОСПЛАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА, содержащий железо, кремний, магний, кальций, алюминий и цинк, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, .с целью получения чугуна r феррито-перлитной металлической основой в питом состоянии при сочетании высоких прочностных и пластических свойств, он дополнительно содержит редкоземельные металлы и медь при следующем соотношении компонентов, мас. Х:

Кремний 39,5-55,8

Магний 3,9-10,8

Кальций 0,2-4; 8

Алюминий 0,3-2,2

Цинк 0,004-0,380

Редкоземельные металлы 0,1-2,4

Медь 0,3-8,5

Железо Остальное

1097700

Изобретение относится к металлургии, конкретно к производству ферросплавов для легирования и модифицирования металла, и может быть использовано предпочтительно для получения высокопрочного чугуна. . Известен ферросплав (лигатура), для получения высокопрочного чугуна (1) следующего состава, мас.%: Магний 5-10

Кремний .до 55, Кальций 3-20

Алюминий 3-10

Железо Остальное

Недостатком ферросплава является то, что он не устраняет отбела отливки, не обеспечивает одновременного улучшения прочностных и пластических свойств.

30

Укаэанная цель достигается тем, что ферросплав для получения Высоко 50 прочного чугуна, содержащий железо, кремний, магний, кальций, алюминий и цинк, дополнительно содержит редкоземельные металлы и медь при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Кремний 39,5-55,8

Магний 3,9-10,8

Кальций 0,2-4,8

Алюминий 0,3-2,2

Наиболее близким по составу и достигаемому эффекту к предлагаемому является ферросплав для получения высокопрочного чугуна f2/ следующего состава, мас. %;

Магний 3-10

Кальций 0,2-3,0

Кремний 20-50

Алюминий . 0,5-2,0

Марганец до 15

Цинк 0,03-1,0

Железо Остальное

Недостатки известного ферросплава,заключены в ухудшении формы графита в чугуне из-за наличия алюминия и цинка, что приводит к недостаточному уровню механических свойств получаемого чугуна. Кроме того, повы- шенное содержание марганца тормозит графитацию при эвтектоидном превращении металла. В результате неудовлетворительными оказываются и пластические характеристики чугуна.

Цель изобретения — получение чугуна с феррито-перлитной металлической основой в литом состоянии при сочетании высоких прочностных и пластических свойств.

0 004-0 38

Цинк

Редкоземельные металлы 0,1-2,4

Медь 0,3-8,5

Железо Остальное

Кремний в ферросплав включен как компонент, способствующий уменьшению карбидообразующего действия магния на модифицированный чугун, что объясняется известным графитизирующим эффектом. Кроме того, при наличии В сплаве кремния растворимость магния повышается, поэтому при выплавке удается достичь высокой степени усвоения магния.

Пределы содержания кремния в ферросплаве выбраны исходя из состава применяемых марок ферросилиция и силикокальция, используемых в качестве шихтовых материалов при его выплавке, а также влияния кремния на качество ферросплава и обрабатываемого чугуна. Нижний предел (39,5%

Si) обусловлен ухудшением растворимости в сплаве магния и трудностями получения однородного ферросплава по содержанию этого основного сфероидизирующего элемента. Верхний предел (55,8% Si) ограничен потому, что с увеличением содержания кремния в ферросплаве при вводе последнего в жидкий чугун возникает опасность получения в структуре чугуна феррита, легированного кремнием, который резко снижает прочностные и особенно пластические свойства высокопрочного чугуна.

Магний является основным компонентом ферросплава, вызывающим сфероидизацию графитовых включений.

Нижний предел содержания магния (3,9%) определен на основании экспериментальных данных, как обязательное условие, при котором обеспечивается получение в структуре чугуна графита шаровидной формы при минимальном содержании кальция (0,2%) и Р3М (О, 1%). При содержании в сплаве магния в количестве до 10,8% процесс обработки чугуна протекает без выплесков металла и не требует специальных защитных устройств.

Количество кальция в пределах (0,2-4,8%) определено результатами отдельно проведенных экспериментов по изучению эффективности этого элемента в составе модификаторов. Кальций, обладая высоким сродством к сере

1097700 и кислороду, обессеривает и рафинирует чугун, поэтому в его присутствии основная роль магния сводится к сфероидизации графита. При содержании этого элемента менее 0,2Х требуется больший расход модификатора, а при более 4,8Х вЂ” ферросплав в чугуне шлакуется, поэтому era усвоение уменьшается.

Алюминий и цинк входят в состав IG ферросплава, поскольку при выплавке последнего используют не чистый магний (являющийся дефицитным), а вторичный сплав марки МА9Ц6, содержащий до 9 . алюминия и до б цинка. 15

Алюминий является сильным раскислителем и графитизатором чугуна, поэтому его присутствие в чугуне в этом смысле полезно, однако оба эти элемента (алюминий и цинк), как отмечалось ранее, ухудшают форму гра- . фита. Поэтому нижние пределы содержаний алюминия (О,ЗХ) и цинка. (0 004 ) выбраны из условия проявления их графитизирующего действия

25 при первичной кристаллизации чугуна.

Верхние пределы этих же элементов

2,2 и 0,38Х соответственно ограничены из-за проявления их десферодизирующего влияния и, как следствие, уменьшения степени сфероидизации включений графита даже в присутствии

2,4 РЗМ. .РЗМ в состав предлагаемого ферросплава введены для устранения отри- 35 цательного влияния (в смысле уменьшения степени сфероидизации включений графита) алюминия и цинка. Нижний предел содержания РЗМ (0,1 ) является минимальным гарантированным 40 их содержанием, при котором подавляется десфероидизирующее. действие алюминия и цинка. Это подтверждено экспериментально (см. табл. 1). Верхний предел (2,4 ) выбран из-за проявле- 45 ния карбидообразующего влияния повышенных количеств Р3М при первичной кристаллизации чугуна.

Железо в составе ферросплава способствует лучшему усвоению последне-.50 го в чугуне и переходит в него из ферросилиция, используемого при выплавке ферросплава.

Медь в количестве до 8,5 легирует феррит, способствуя повышению как 55 предела прочности, так и удлинению металла отливки. При содержании меди в ферросплаве менее 0,3 . этот эффект отсутствует, при содержании более

8,5Х прироста этих свойств не отмечается.

Пример. Ферросплав получают путем сплавления в индукционной печи следующих материалов, :ферросилиция с содержанием кремния 65 (ГОСТ

1415-70), силикокальция СК-20 (ГОСТ 4672-71), магниевого лома (отходы) с содержанием алюминия 4,6, цинка 3,8, ферроцерия с содержанием

РЗМ 90, медь катодная М1 (ГОСТ 85966) .

Чугун с содержанием, мас. .:

3,5-3,7 углерод; 1,75-1,95 кремний, 0,34-0,40 марганец, 0,013-0,019 фосфор, 0,009-0,013 сера, 0,05-0,07 хром, расплавляют в дуговой печи.

Обработку чугуна осуществляют в ковше, при сливе из печи расход ферросплава составляет 1,2Х от массы жидкого чугуна.

Механические свойства и структуру чугуна определяют на образцах диаметром 10 мм с расчетной длиной

50 мм, вырезанных из клиновидных заготовок согласно ГОСТ 7293-79; испытания образцов проводят на универсальной испытательной машине ЦД-10 (ГДР) в соответствии с требованиями

ГОСТа 1493-73 (табл. 2).

Отливки в 9 и 10 вариантах получены с использованием известного ферросплава, в 11 расход Р3М меньше предложенных пределов, и меди больше.

Испытания показали, что при использовании предлагаемого ферросплава качество модифицированного им чугуна отвечает предъявляемым требованиям: содержание феррита в структуре более 80, предел прочности более 48 кг/мм, относительное удлинение более 7Х; эти показатели выше тех, которые получаются при применении модифицирующих присадок других составов.

Применение чугуна с указанными параметрами позволяет повысить срок службы изделий и является перспективным для использования в ответственных деталях грузовых автомобилей большой номенклатуры.

1097700

Т а б л и ц а 1

Составы ферросплава для получения высокопрочного чугуна

Содержание элементов, мас. %

Мп P3M Cu Fe

Si Mg Са

39,5 8,6

42,4 5,2

47,7 6 ° 4

4, 8

1,6 0,21

4,1

1,5 0,31

1,8 0,17

3,4

55,5 4,9

3,2

50,3 5,4

49,4 . 9,3

45,4 . 3,9

47,9 10,8

4,1

0,7

1,65

2,9

1,93

4,9 Остальное

2,8

2,15

0,2

8 5

2,4.

1,7 0,83 4,4

0,8 0,35 13,1

0,8

49,7 8,5

33,5 . 6,8

41,3 8,5

2,6 0 55

6,4

0 05 10,3

Таблица2

Структура и механические свойства чугуна в отливках

99 пп

Механические свойства

Структура

Феррит, %

Удлинение, %

Предел прочности на раэрыв, yг/мм

Перлит, Ж

Степень сфероидиэации графита, %.

54,0

8,8

48ь5

7,6

20 .

7,4

50,0

50,5

20

8,0

51,0

8,5

20

53,0

8,8

52,5

9,0

1 88

2 75

3 80

4 85

5 90

6 95

2,2 0,25

0,7 0,38

1,1 0,008

1,1 0,10

0,3 0,004

2,25 21 Остальное

0,10 0,3

0,51 3,5

1,12 6,0

1097700

Продолжение табл. 2

Механические свойства

Структура

УУ пп

Удлинение, Х

Предел прочнос" ти на разрыв, кг/мм2

Перлит, %

Феррит, Х

Степень сфероидизации графита, Х

9,5

56,1

80

4,9

39,5

80

4,0

46,7

65

5,1

40,6

Составитель О.Веретенников

Редактор П.Макаревич Техред Т.Маточка Корректор А.Зимокосов

Заказ 4160/25 - Тираж 603 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

8 98

9 65

10 70

11 70

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