Комплексный модификатор

 

СОО3 СОВЕТСКИХ стсц

РЕСПУБЛИК

ggy С 22 С 35/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОЬРЕТЕНИЙ И СТНРЫТИй

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 с т 1:

О, 1 — 10,0

0,1 — 5,0, О, 1-5т 0

О, 1-2,0

1 — !0

Остальное н ae Topceoev сссссствъствт (21) 3589322/22-02 (22) 11.05.83 (46) 30.09.84. Бюл. М 36 (72) С.Н.Леках, Н.И.Бестужев, Ю.П.Белый, Г.Ф.Андреев, В.А.Розум, Д.Ф.Железнов, М.А.Рысс, Г.А.Лазарев, В.П.Зайко и Е.И.Шитов (7 1) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (53) 669.13-198(088.8) (56) !. Авторское свидетельство СССР

11 - 424903, кл. С 22 С 35/00, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

ll 418548, кл. С 22 С 35/00, 1974. (54 ) (5 7 ) КОМПЛЕКСНЫЙ МОДИФИКАТОР, содержащий кремний, кальций, барий, магний, редкоземельные элементы цериевой группы, алюминий, иттрий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности чугуна и снижения склонности его к отбелу при различных температурных условиях модифицирования, модификатор дополнительно содержит углерод и хром при следующем соотношении компонентов, мас.7.:

Кремний 40-70

Кальций О, 1-3,0

Барий 0,5-30,0

Магний О, 1-3,0

Редкоземельные элементы цериевой группы

Алюминий

Иттрий углерод

Хром

Железо

1116083

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам комплексных модификаторов, применяемых при производстве ответственных . отливок иэ серого и высокопрочного чугуна, и может быть использовано при массовом производстве машиностро- . ительных отливок.

Известна лигатура для стали и сплавов, содержащая, : бор 2-20; 10 углерод 0,03-0,3; кремний 6-40; барий 0,2-2; Р3М 5-35; алюминий

0,2-8; хром 5-20; железо 1-12; никель остальное (1) .

Недостатком данной лигатуры яв- 15 ляется то, что в ее состав не входят элементы, активно воздействующие на металлическую матрицу (РЗИ, элементы перпитизаторы).

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является лигатура . для сталей и сплавов, содержащая, вес. : кремний 30-50;. кальций 0,530; барий 0,5-30; магний 0,1-6; 25

РЗИ 30-60; алюминий 0,5-15; стронций 0,1-15; иттрий 3-15; железо остальное С23.

Лигатура имейт следующие недостатки: пониженная прочность чугуна вследствие образования окисных пленок, что связано с повышенным содер-, жанием магния и алюминия в модификаторе; низкая стабильность процесса модифицирования (высокая чувствитель35 ность жидкого расплава к температуре модифицирования ввиду повышенного содержания кальция, высокая чувствительность к величине добавки вследствие повышенного содержания РЗМ) от- 40 рицательно сказывается на управлении характером эвтектической кристаллизации и получения структуры чугуна без отбела; повышенный расход редкоземельных дефицитных металлов для обра-45 ботки чугуна.

Целью изобретения является повышение.прочности чугуна и снижение склонности его к отбелу при различ- 50 ных температурных условиях модифицирования.

Для достижения указанной цели в составе комплексного модификатора, содержащем кремний, кальций, барий, 55 магний, РЗИ периевой группы, алюминий, иттрий, железо, модификатор дополнительно содержит углерод и хром при сле ующем соотношении компонентов, мас. .:

Кремний 40-70

Кальций 0, 1-3,0

Барий 0 5-30,0

Иагний 0, 1-3,0

РЗМ цериевой группы 0,1-10,0

Алюминий О, 1-5,0

Иттрий 0,1-5,0

Углерод 0, 1-2,0

Хром 1-10

Железо Остальное

Пределы содержания ингредиентов (установлено экспериментально) выбраны исходя из следующего.

Кремний является сильнейшим графитизатором железо-углеродистых сплавов.

При его содержаниИ в комплексном модификаторе в пределах 40-70 обеспечивается оптимальная графитизирующая обработка расплава чугуна (40 ) и удовлетворительная растворимость модификатора в широком температурном интервале (70 ).

Кальций является сильным раскислителем, оказывает благоприятное влияние на форму и распределение неметаллических включений (более О, 1 ) .

Вместе с тем, повышенное содержание его в лигатуре (более 3,0 ) приводит к большой чувствительности эффекта модифицирования от температуры обрабатываемого расплава (ошлаковывание лигатуры при повышенном содержании кальция).

Барий-активный ферритизатор и графитизатор железо-углеродистых сплавов, измельчает включения графита и повышает дисперсность металлической матрицы в целом. Нижнее содержание бария (0,5X) установлено исходя из необходимости достижения достаточного эффекта модифицирования (устранение в структуре чугуна свободного цементита), верхний предел (30 ) со" держания — исходя из необходимости подавления его сильного ферритизирующего воздействия на металлическую матрицу. Отличительной способностью бария в указанных пределах является увеличение живучести процесса модифицирования.

Иагний оказывает активное рафинирующее воздействие на расплав чугуна (более О, 1X). Остаточное содержание магния измельчает металлическую матрицу и улучшает форму графитных вклю25

3 111608 чений. Пределы содержания его 0,1-3Х выбраны исхо,я из необходимости обеспечения достаточной степени рафинирования расплава (с учетом суммарного рафинирующего воздействия всех компонентов модификатора) при достаточной технологичности ввода модификатора — отсутствие дымовьщеления к пирроэффекта (более З,ОХ) .

Известно положительное влияние 10

РЗМ цериевой группы и иттрия на весь комплекс механических свойств чугуна.

Они оказывают существенное рафинирующее влияние на расплав чугуна. Оста-. точное содержание этих элементов способствует перлитизации металлической матрицы, улучшению формы и характера распределения графита. Как следствие, значительно увеличиваются прочностные свойства и твердость 20 чугуна при однозременном повышении пластических характеристик сплава.

Пределы содержания РЗМ (0,1-10X) и иттрия (О, 1-5,0X) обеспечивают достаточный эффект модифицирования, снижают чувствительность процесса к величине добавки комплексного модификатора при одновременном соблюдении принципа экономичности технологической операции. Выше указанных g0 пределов прирост эффективности обра ботки невелик.

) . Алюминий — один из наиболее сильных и одновременно дешевых элементов раскислителей, существенно снижающих 35 склонность чугуна к отбелу (более

0,1X) Ограничение его содержания. в предлагаемом комплексном модификаторе 57. позволяет гарантированно избежать появление окисных плен и под- 40 корковое пористости в чугунных отливках при всех возможных величинах до- . бавок °

Дополнительный ввод углерода (О, 1-2,07) улучшает условия раство- 45 римости лигатуры в железоуглеродистых сплавах, особенно при низких температурах. В присутствии углерода наблюдается измельчение эвтектическо-го зерна чугуна по-видимому эа счет 50 образования включений карбида кремния.

Хром — сильный карбидообразующий и карбидостабилизирующий элемент.

Выбранные пределы его содержания 55 (1-107) обеспечивают стабилизацию эвтектондного цемента, т.е. перлитизируют металлическую матрицу чугуна, как следствие, повышаются прочность и твердость сплава без существенной опасности появления структурно-свободного цементита при всех возможных технологических добавках модификатора °

Таким образом, компоненты комплексного модификатора оказывают активное рафинирующее, графитизирующее воздействие на чугун, повышают его прочность при одновременном снижении склонности к отбелу. При этом повышается стабильность процесса модифицирования при применении предлагаемого модификатора по сравнению с известными при существенных (наблюдаемых на практике) колебаниях температуры обработки и величин добавок.

Модификатор получали в руднотермической печи мощностью 10 NBA углетермическим процессом путем проплавления углеродистого восстановителя (кокса), кварцита, стальной стружки, кварцитобарита (баритовой руды), концентрата оксидов РЗМ, натрия, магнезита и добавок углеродистого феррохрома. Модификатор из плавильной печи выпускали в ковш, футерованный графитизированной плиткой. После разливки слитки модификатора измельчали до фракции менее 10 мм.

Пример. Для проведения сравнительных испытаний известной лигатуры и предлагаемого комплексного модификатора был направлен исходный

l чугун, состава, X: углерод 3, 2; кремний 2,4; марганец 0,6.

Испытуемые составы модификаторов представлены в табл.1.

В качестве показателей эффективности сравниваемых модификаторов выбраны величина отбела в технической пробе (клин с толщиной охлаждаемого ребра 5 мм}, твердость и структура чугуна в этом же клине на высоте

30 мм от охлаждаемого ребра и прочность при растяжении модифицированного чугуна.

Исходный распла в чугуна о бра батывали в ковше добавками (0,5X) известного и заявляемого модификаторов при температурах 1400 и 1320 С.

Результаты испытаний представлены в табл. 2.

Заметно значительное повышение предела прочности чугуна при растяТаблица 1

1 1 1 I11I IT

Модифи Пределы катор ингредиентов

Si Са Ва Ng РЗМ А Y Sr C Cr Fe

45 8,0 9 8 - — ОстальИзвест- Средний 40 ный

Нижний 40

15 15 3 ное

01 - 01 1 Тоже

0,1 0,5 0,1 0,1 0,1

25 - 01 6

5 0 — 2 0 10

1,5 15 1,5 5,0 2,5

Предла-. Средний 55 гаемый

Верхний 70

3,0 30 3 0 10 5,0

Ниже нижнего(по С и Cr) 700 01 05 01

0,1 — 0,05 0,05

10,0 5,0

Выше верхнего (по С иСг) 700 30150 30 0101 50 — 24 13

Таблица 2

Температура модифицирования, С

Модификатор

Пределы содержа ния

Величина отбела, Структура, 7.

МПа

Иэвест- Средний 1320 ный

80.ледебурит 20 перлит

70 перлит

30 феррит

10 ледебурит 70 феррит 20 перлит

75 перлит

25 феррит

350

1400

То же

202 2!2

210 22П

Нижний 1320

Предла- То же 1400 гаемый

19б 232

Средний 1320

То же 1400

92 перлит

8 феррит

88 перлит

12 феррит

212 251

204 2 Зб

5 1116083 б жении в случае применения предлагае- ванных температурах. Уменьшился расмого модификатора. Это явилось след" ход Р3М. ствием меиыаего содержания феррити- Годовой зкономический эффект от эирующих элементов в составе послед- использования предложенного модификанего. Повысилась стабильность процес- 5 тора составит 24,4 руб.на 1 т .годноc& модифицирования при всех исследо- го литья.

1116083

Продолжение таблицы 2

95 перлит

5 феррит 215 230

90 перлит

10 феррит 210 242

3,5

Предла- Верхний 1320 гаемый

То же 1400

2,0

Ниже нижнего

215

15 ледебу- 249 рит 85 перлит

10 ледебурит 90 перли т 240

1320

То же 1400

213

Выше верхнего 1320.

10 ледебурит 90 перлит

8 ледебурит 92 перлит

250 225

То же 1400

230

240

П р и м е ч а н и е: указаны средние значения 5 испытаний.

Заказ 6870/21 Тираж 602 Подписное

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

Составитель Н.Шепитько

Редактор Н.Швыдкая Техред А.Бабинец Корректор О.Луговая