Модифицирующая смесь и конструкция литой модифицирующей присадки для внутриформенной обработки высокопрочного чугуна

Авторы патента:

C21C1/10 - получение чугуна со сфероидальной формой графита

B22D27/20 - прочие способы воздействия на структуру зерна или строение материала; выбор компонентов для этого

1. Модифицирующая смесь, включающая магний, медь и кремний, отличающаяся тем, что, с целью снижения температуры плавления и уменьшения склонности модифицируемого чугуна к отбелу, она дополнительно содержит алкжиний при следуняцем содержании ин градиентов, мае.%: Магний10-12 Медь30-40 Кремний28,5-35,0 Алюминий20-30 2. Конструкция литой модифицирующей присадки для внутриформенной обработки высокопрочного чугуна, имеющая прямоугольное основание и верхнюю поверхность в виде граней треугольных призм, сочлененных между собой по горизонтально ориентированным ребрам, перпендикулярным треугольным основаниям, отличающаяся тем, что, с целью повышения равномерности ее растворения т потоком металла, а также стабильности физико-механических свойств отливок, она дополнительно снабжена цилиндрическими вертикальными выступами , сопряженньми с верхней частью призм, при соотношении высот цилиндрического выступа, треугольной призмы и прямоугольного основания 1:

(39) (13) СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

ЩСПЯЬЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblYHA (21) 3659806/22-02 (22) 17.08.83 (46) 15.03.85. Бюл. 10 (72) Л.Л.Счисленок, Д.Н.Худокормов, С.Н.Леках и Г.Ф.Андреев (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (53) 621.746.58(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 905306, кл. С 22 С 35/00, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

В 910824, кл. С 22 С 35/00, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

Ф 578902, кл. С 21 С 1/10, 1979. 4; Патент Швеции к- 410010, кл. С 1/10, 1979. (54) ИОДИ ИЦИРУИЗЩАЯ СМЕСЬ И КОНСТРУКЦИЯ ЛИТОЙ МОДИФИЦИРУЮЩЕЙ ПРИСАДКИ ДЛЯ

ВНУТРИФОРМЕННОЙ ОБРАБОТКИ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА. (57) 1. Модифицирующая смесь, включающая магний, медь и кремний, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью снижения температуры плавления и уменьшения склонности модифицируемого чугуна к отбелу, она дополнительно

4(51) В 22 0 27/20 С 21 С 1/10 содержит алюминий при следующем содержании ингредиентов, мас.Ж:

Магний 10-12

Медь 30-40

Кремний 28,5-35,0

Алюминий 20-30

2. Конструкция литой модифицирующей присадки для внутриформенной обработки высокопрочного чугуна, имеющая прямоугольное основание и верхнюю поверхность в виде граней треугольных призм, сочлененных между собой по горизонтально ориентированным ребрам, перпендикулярным треугольным основаниям, о т л и ч а юI» щ а я с я тем, что, с целью повыше- «о ния равномерности ее растворения потоком металла, а также стабильНо«Н физико-механических свойств отливок, она дополнительно снабжена цилиндрическими вертикальными выступами, сопряженными с верхней частью призм, при соотношении высот цилиндрического выступа, треугольной призмы и прямоугольного основания 1:(0,61,5):(0,1-0,4) и соотношении длины и ширины прямоугольного основания (1,8-2,2):1.

1 11447

Изобретение относится к литейному производству, а именно к получению отливок из чугуна с шаровидным графитом и может быть использовано при массовом производстве литых 5 деталей.

Известен состав модифицирующей присадки для получения высокопрочного чугуна, которая содержит магний,10 медь, никель, РЗМ и другие элементы. Данная модифицирующая присадка положительно влияет на сфероидизацию . чугуна Pij .

Недостатком указанной модифицирующей присадки является нестабильность процесса модифицирования.

Известна модифицирующая присадка (2), содержащая компоненты в следующем соотношении, мас,Х:

Магний 10,5-18

Медь 30-80

Никель 0,5-40,0

Кремний 0,2-28,0

РЗМ 002 0,7 25

Марганец 1-25

Углерод 0,05-3,0

Железо Остальное

Применение известной модифицирующей присадки позволяет получать чугун с шаровидным графитом, однако при этом наблюдается повышенная склонность чугуна к отбелу. Применение указанной модифицирующей присадки для модифицирования в литейной форме недостаточно эффективно,,особенно при использовании литых монолитных вставок, из-эа недостаточно низкой температуры. плавления. Вслед-.. ствие этого отливки получаются неравномерно модифицированными, особенно если в форме их находится несколько.

Известна модифицирующая присадка для внутриформенного модифицирования высокопрочного -чугуна, которая устанавливается s литниковом канале перед входом в полость формы, имеющая вид одной или нескольких групп таблеток, в которых содержание модификатора может меняться от одной к другой Г31. !

Известна модифицирующая присадка, выполненная в форме круглой или прямоугольной плитки с рядом М.-образных канавок на одной из плоскостей. И

Данная форма модифицирующей присадки обеспечивает ее быстрое растворение жидким металлом при получении высоЬЗ копрочного чугуна с шаровидным графитом t4j .

Недостатками известной модифицирующей присадки являются неравномерность ее растворения и получения нестабильных свойств отливок. В частности первые порции расплава не успевают прореагировать с присадкой, в то время как средние порции расплава перемодифицируются.

Цель изобретения вЂ” снижение температуры плавления и уменьшение склонности модифицируемого чугуна к отбелу, а также повышение равномерности растворения потоком металла присадки и стабильности физико-механических свойств отливок.

Поставленная цель достигается тем, что модифицирующая смесь литой модифицирующей присадки для внутриформенной обработки чугуна, включающая магний, медь и кремний, дополнительно содержит алижиний при следующем содержании ингредиентов, мас.X:

Магний 10-12

Медь 30-40

Кремний 28,5-35,0

Алюминий 20-30

Конструкция литой модифицирующей присадки для внутриформенной обработки высокопрочного чугуна, имеющая прямоугольное основание и верхнюю поверхность в виде граней треугольных призм, сочлененных между собой по горизонтально ориентированньм ребрам, перпендикулярным треугольным основаниям, дополнительно снабжена цилиндрическими вертикальными выступами, сопряженными с верхней частью призм, при соотношении высот цилиндрического выступа, треугольной призмы и прямоугольного основания 1:(0,6-1 S) (О, 1-0,4) и соотнощении длины и ширины прямоугольного основания (1,82,2):1.

На чертеже изображена модифицирующая присадка.

Модифицирующая присадка имеет прямоугольное основание 1 и верхнюю поверхность в виде граней треугольных призм 2 сочлененных между собой по ребрам 3, перпендикулярным треугольным основаниям. На верхних гранях призм 4 установлены вертикальные цилиндрические выступы 5. Для проведения сравнительных испытаний предлагаемого н известного составов модифицирующих присадок была создана

11144763 модельная оснастка, по которой изготавливалась литейная форма, состоящая из четырех клиновых проб на отбел, четырех отливок в форме призм для вырезания образцов на механические испытания, а также стояка, реакционной камеры и центробежного шлакоуловителя. Плавка чугуна осуществлялась в индукционной печи емкостью 45 кг. В качестве шихты использовался литейный чугун марки

ЛК-3. Последовательность заполнения клиньев достигалась наклоном формы на 10 к горизонту. Структура чугуна о в пробах изучалась на микроскопе

NHM-7. Выплавка модификатором осуществлялась в индукционной печи из чистых материалов (алюминий, медь, магний, полупроводниковый кремний, никель, церий, марганец, реакторный 2О графит и восстановленное железо) .

Готовые расплавы заливались в кокиль.

Затем форма заливалась расплавом чугуна при 1370-1380 С. Вес вставки был одинаковый и составлял 1,1Х от металлоемкости формы. В табл. 1 и 2 представлены результаты сравнительных испытаний, Как видно из табл. 1 и 2, предложенная модифицирующая присадка обеспечивает сфероидизацию графита, при этом возможно получение высокопрочного чугуна без отбела в стенке толщиной

12 мм, что соответствует отбелу на клиновой пробе 8 мм. Оптимальный химический состав модифицирующей присадки, 7: 5 магний 11-12; кремний 32; алюминий

27,5; медь 30. Кроме того, предлагаемая присадка дешевле известной.

Некоторое увеличение прочности при

40 применении люоои присадки связано с ферритизацией чугуна.

При исследовании составов с содержанием алюминия ниже нижнего присадка растворяется хуже (металл 45 получается неравномерно модифицированным) и усиливается склонность чугуна к отбелу. При применении состана с содержанием алюминия выше верхнего предела усиливается неста- 50 бильность процесса (первые порции металла перемодифицированы) из-за понижения температуры плавления вставки, а последним модификатора не хватает. Кроме того, чугун полу- 55 чается с большим содержанием феррита и усиливается опасность зашлакования его окисными пленками алюминия, что ведет к ухудшению механических свойств.

Исследования температуры плавления известного и предлагаемого модификатора показали, что во всех случаях разница между ними составляла о не менее 250 С. В процессе проведения экспериментов было установлено, что вставка из известного модификатора плохо усваивается расплавом при модифицировании в форме, кроме того, известный модификатор не устраняет повышенную склонность высокопрочного чугуна к отбелу.

Оптимальная форма модифицирующей присадки, изготавливаемой методом литья в кокиле, определялась экспериментально. Для обработки первьх порций металла служат вертикальные цилиндрические выступы. Вставка устанавливалась в литниковой системе по разъему формы. Оптимальнь1м расположением является небольшое углубление ее в нижнюю полуформу (примерно на 3-5 мм), а подвод металла осуществляется от стояка через литниковый ход и прямоугольную полость в верхней полуформе, причем вставка располагается вертикальными цилиндрическими выступами вверх, соприкасаясь ими с потолком полости в верхней полуформе.

Результаты испытаний представлены в табл. 3.

Из табл. 3 видно, что оптимальное соотношение высот цилиндрического выступа Н, треугольной призмы Н и прямоугольного основания Н равно (0,6-1,5) : (0,1-0,4), а длины и ширины прямоугольного основания (i 8-2,2) : 1.

Экспериментально установлено, что при количестве цилиндрических выступов менее четырех штук наблюдается неравномерность модифицирования особенно первых порций расплава, При количестве выступов более десяти штук существенного улучшения равномерности свойств в различных сечениях отливки не происходит,,однако несколько ус." ложняется технология изготовления вставки. С увеличением металлоемкости формы от 40-200 кг оптимальное количество выступов увеличивается от

4 вЂ” 8-10. Вес вставки и ее размеры зависят от металлоемкости формы, химического состава вставки чугуна.

При оптимальном содержании магния

1144763

Таблица!

Содержание компонентов, %

Предел содержания ком

Состав

Мп С Fe

Ме Cu Ni Si P3M понентов

1 Известный Средний 14,25 55 10 14 0,36 5 1,5 0,05

2 Предлагаемый

27,5

Средний 11,0 30 вЂ” 31 15

Нижний по

Si u Al 1 1,5 !

3 То же

20,0

40 вЂ” 28, 5

Верхний по Si 10 0

25,0

30 вЂ” 35,0вЂ”

Верхний по Al 11,5

30 вЂ” 28,5вЂ”

30,0

Ниже . нижнего по Al 11t0

40 вЂ” 31,0вЂ”

18,0

Выше верхнего по Al 10,0

30 вЂ” 28,5

31,5

Верхний по МВ и средний по Си

14,0 35 вЂ” 30,0вЂ”

23,0 во вставке на уровне 10,0-12,0% и

Концентрации серы в исходном чугуне до 0,02% вес вставки, обеспечивающий получение шаровидного графита, равен

0,8-111% от металлоемкости формы.

Зная плотность материала, нетрудно найти размеры вставки применительно к конкретной металлоемкости формы, при этом соотношение диаметра (u) к высоте цилиндрического выступа Н находится в пределах 1-(1,5-2,5) и . суммарном объеме 15-30% от общего объема вставки. Меньший объем модификатора, заключенный в цилиндри.ческих выстулах не обеспечивает равномерности обработки первых порций расплава, больший " последних.

5 Применение предлагаемой присадки позволяет автоматизировать процесс внутриформенного модифицирования, снизить объем металла, расходуемого на литниковую систему, и обеспечи10 вает модифицирование высокопрочного чугуна при производстве форм на автоматических линиях безопочной формовки с вертикальным разъемом (типа "Дизаматик").

1144763

Таблица 2

Структура, отбели прочность чугуна в соответствующих пробах по процессу заливки

ССГ, Отбел, 6» ССГ, Отбел, 0>, ССГ, Отбел Gs. ССГ, Отбел, бр

7 мм МПа Ж мм ИПа 7. мм MIIa Х мм ИПа

1 90 5 203 30 12 355 85 31 600 90 33 610

2 90 3 525 95 7 565 95 6 550 90 7 540

3 85 7 520 90 10 560 90 12 560 90 11 530

4 80 3 520 85 4 540 90 3 535 85 4 530

5 90 2 495 90 3 500 95 4 510 90 6 520

6 70 3 445 95 10 595 90 6 550 90 8 560

7 90 4 425 90 4 440 90 3 496 75 3 410