Комплексный модификатор для серого чугуна

 

КОМПЛЕКСНЫЙ МОДИФИКАТОР ДЛЯ СЕРОГО ЧУГУНА, содержащий кремний. алюминий, кальций, барий, марганец, титан, медь и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости и прочности чугуна, а также стабильности показателей твердости по сечению, он дополнительно содержит редкоземельные металлы и хром при следующем соотношении компонентов, мас.%: 30-45 Кремний Алюминий 1-3 0,5-4,0 Кальций 1-6 Барий 3-8 Марганец 2-8 Титан 8-12 Медь сл Редкоземельное 5-10 металлы 6-12 Хром Железо Остальное

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (191 (! l1

4(s» С 22 С 35 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

30-45

1-3

О, 5-4,0

1-6

3-8

2-8

8-!2

5-10

6-12

Остальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТНРЫТИЙ (21) 3630354/22-02 (22) 04.08.83 (46) 15.05.85. Бюл. В 18 (72) Н.И.Кобелев, И.А.Дибров, А.В.Козлов, В.Н.Горячев, И.С.Кумьвп, М.В.Галкин и В.Г.Игнатенко (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт литейного машиностроения, литейной технологии и автоматизации литейного производства и Центральный научно-исследовательский ин/ ститут черной металлургии им.И.П.Бар. дина (53) 669. 13-198 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 960295, кл. С 22 С 35/00, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 834187, кл. С 22 С 35/00, 1979. (54)(57) КОМПЛЕКСНЫИ МОДИФИКАТОР ДЛЯ

СЕРОГО ЧУГУНА, содержащий кремний, алюминий, кальций, барий, марганец, титан, медь и железо, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения износостойкости и прочности чугуна, а такыре стабильности показателей твердости по сечению, он дополнительно содержит редкоземельные металлы и хром при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Кремний

Алюминий

Кальций

Барий

Марганец

Титан

Медь

Редкоземельные металлы

Хром

Железо

1 11556

Изобретение относится к литейному производству, в частности к сплавам, используем и для внепечной обработки расплавов серого чугуна, преимущественно при производстве чугунных разностенных отливок.

Для внепечной обработки жидкого чугуна с целью предотвращения отбела и повышения однородности свойств металла в отливках применяются модифи- 10 каторы, которые вводятся B расплав чугуна перед заливкой (или во время ее) в литейные формы, например, модификатор, содержащий кремний, кальций, барий, РЗМ, ванадий, титан, алюминий,15 магний, молибден, железо (1j . . Ho указанный модификатор не обеспечивает одновременного предотвращения отбела и повышения износостойкости и прочности чугуна„ а также 20 стабильности показателей твердости по сечению разностенных отливок, получаемых в разовых песчаных формах, что особенно необходимо для отливок, работающих в условиях износа. 25

Наиболее близким к предлагаемому по химическому составу является комплексный модификатор P2) для серого чугуна, повышающий однородность показателей прочности и твердости чугу- 30 на по сечению отливок, содержащий, мас.%:

Кремний 20-36

Алюминий 0 5-4,0

Кальций 5-8

Барий 3-12

Марганец 4,0-7,5

Титан 5- 20

Медь 10-20

Железо Остальное 4о

Однако известный комплексный модификатор не обеспечивает требуемых .показателей износостойкости и прочности чугуна и стабильности показателей твердости по сечению разностенных отливок из-за высокого его

В графит из ирующе го действия, которое существенно превалирует над стабилизирующим действием.

Цель изобретения — повышение износостойкости и прочности чугуна, а также стабильности показателей твердости по сечению чугуна.

Поставленная цель достигается тем, что комплексный модификатор. для серо" N го чугуна, содержащий кремний, алюминий, кальций, барий, марганец, титан, медь и железо, дополнительно содержит редкоземельные.металлы и хром при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний

AJIEOMHHHH

Кальций

Барий

Марганец

Титан

Медь

Редкоземельные

30-45

1,0-3, О

0,5-4,0

1,0-6,0

3,0-8,0

2,0-8,0

8,0-12,0

5-10

6-12

Остальное металлы

Хром

Железо

Пример. Предлагаемый комплек. сный модификатор испытывают на чугуне с углеродным. эквивалентом СЕ=

В состав комплексного модификатора наиболее целесообразно введение редкоземельных металлов цериевой группы:

С1, Pm, La, Pr, Nd и др.

Эффективное действие комплексного модификатора, обеспечивающее одновременно повышение износостойкости и прочности чугуна, а также стабильности показателей твердости по сечению разностенных отливок достигается. за счет введения в состав модификатора дополнительно редкоземельных металлов цериевой группы и хрома, благо- даря которым повышается перлитизация структуры металлической основы и ее дисперсность, улучшается форма, раз" меры и распределение включений графита. Последние становятся мельче, утолщенными с затупленными концами и неразветвленными, с .высокой степенью изолированности. Кроме того, вводимые редкоземельные металлы способствуют измельчению эвтектического зерна и устранению структурно-свобод. ного цементита в чугуне.

Введение хрома способствует получению перлитовой структуры, повышению ее дисперсности и выравниванию твердости в различных по толщине сечениях отливки- даже при сравнительно медленном охлаждении последних.

Технология приготовления предлага. емого комплексного модификатора может быть осуществлена различными способами: плавкой в электрической печи, составлением смеси из отвешенных расчетных доз, выпускаемых ферросплавной промышленностью лигатур

И T ° Ïåю

1155625

=3,75-3,85%, выплавленном в кислой

I индукционной печи и нагретом до 149

410ОС, а затем охлаждают до 1390+

210 С.

Модификатор вводят в состав чугу- 5 на при наборе eFo в разливочный ковш из индукционной печи в количестве

0,3% от массы жидкого металла. После тщательного перемешивания в ковше и удаления шлака модифицированный 1О чугун заливают в литейные формы тех" нологических проб.

Действие предлагаемого модификатора сравнивают с действием известного модификатора, принятого за про- 15 тотип, Эффективность модифицирующего действия нового и известного комплек сных модификаторов оценивают: по величине отбела клиновой пробы раз- 20 мерам 100 50 20 мм, заливаемой в стержневую форму с металлической плитой, по величине износа образцов, вырезанных из брусков размером

210 "150 100 мм (скорость охлаждения 25 которых соответствует скорости охлаждения отливок деталей станков с направляющей до 100 мм), по величине предела прочности 8з образцов, . вырезанных из цилиндрических загото- б вок диаметрам 30 мм и длиной 250 мм, по колебанию показателей твердости

НВ на ступенчатой пробе 60-40-20-10 мм и по микроструктуре шлифов, приготовленных из образцов после ис-35 пытаний на прочность.

Испытания чугуна на износ проводят на установке с возвратно"поступательным движением по методике ЗНИМС.

Испытания каждого образца проводят в течение двух часов при удельной нагрузке 20 кгс/см2, скорости скольжения 0,06 м/с и смазке маслом "Индустриальное 20". В качестве загрязнений используют дробленую чугунную струж- g5 ку с размерами частиц до 0,2 мм. Величину износа определяют на оптиметре ИКВ с точностью до 1 мкм.

Испытания на твердость и прочность,а также исследование микрострук 5О туры проводят стандартными методами . <

В таблице приведены составы модификаторов и результаты испытания сеporo чугуна, полученного с использованием этих модификаторов. 55

Химический состав сплавов и результаты испытаний представлены в таблице.

Как следует из приведенных в таблице результатов испытаний, предлагаемый комплексный модификатор (составы f, 2, 3), по сравнению с известным (состав 8), обеспечивает улучшение свойств модифицированного чугуна. а именно: повышает износостойкость, прочность при растяжении 3, уменьшает разброс и увеличивает стабильность показателей твердости НВ в раз" личных по толщине ступенях ступенчатой пробы. Оптимальное содержание (мас.%) в модификаторе редкоземельных металлов (РЗМ) составляет 5-10 и хрома 6-12 (составы 1-3).

При уменьшении содержания Р3М в составе модификатора (состав 4) понижаются показатели износостойкости и прочности модифицированного чугуна, а также увеличивается разброс показателей твердости в различных по толщине стенках отливок из-за ухудщения микроструктуры чугуна (металлической основы, формы и распределения включений графита).

При увеличении содержания РЗИ в составе модификатора (состав 5) хотя и обеспечиваются высокие показатели износостойкости чугуна, но понижается прочность чугуна, однородность и стабильность показателей твердости по сечению. разностенных отливок из-за повышения склонности чугуна к отбелу и к тому же существенно возрастает стоимость модификатора.

При понижении содержания хрома в модификаторе (состав 6) уменьшаются износостойкость и прочность. чугуна из-за появления или увеличения доли феррита в металлической основе, понижения дисперсности перлита и укрупнения включений графита.

При повышении содержания хрома (состав 7) в микроструктуре чугуна (в стенках менее 10 мм и кромках отливок) появляются структурно-свобод-У ные карбиды, понижающие прочность чугуна и затрудняющие механическую обработку отливок. Высокое перлитизи. рующее. действие при сохранении эффек. тивного графитизирующего действия предлагаемого комплексного модификатора позволяет получать модифицированный чугун с более высокими показателями износостойкости. H прочности чем при применении известного модификатора (состав 8), а также с более высокой однородностью и ста1155625 бильностью.показателей твердости чугуна по сечению разностенных отливок, что дает возможность в ряде случаев отказаться от использования в составе чугуна легирующих химичес- 5 ких элементов.

Предлагаемый комплексный модификатор наиболее целесообразно применять для модифицирования серого чугуна при производстве разностенных и массивных отливок деталей, работающих в условиях трения, в частности деталей тяжелых металлорежущих станков и кузнечно"прессового оборудования. 15

В связи с повышением квазииэотро-пии чугуна, модифицированного предлагаежм модификатором, имеет место уменьшение разницы линейной усадки в толстых и тонких сечениях отливок, 20 что способствует уменьшению внутренних и остаточных напряжений s отливках, сокращению брака отливок по трещинамм.

Предлагаеилй комплексный модификатор может быть использован также при изготовлении отливок, эксплуатирующихся в условиях воздействия переменных температур и агрессивных сред, и, в частности, для изготовления металлических форм в металлургическом, литейном, стекольном и других производствах народного хозяйства, а также деталей гидронасосов, турбин, машин и аппаратов химической промышленности.

Экономическая эффективность, ожидаемая от внедрения изобретения в народном хозяйстве, должна составить

9 руб. на 1 тонну годных отливок.

i)55625

М

О

О о ж о

1 О

СС1 о

0 и

О. щ М М ch ч л л

СЧ М СЧ М

СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ CV

О СЧ

М М М - М - СЧ

СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ CV СЧ

1 О О

О О О -З О О СЧ

i Е О СО - И И И

СЧ М СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ

И

R o с

Мс О

О О О О О О О О

И И Ф Л И CO И

М 0

I Ц Я.ЖВЧ

И л л О

Ю Ф М

IQ л

0 Ц

О О л л

И И

О О л л

1О сО л л л

О ф еИ л л

О

СЧ

Ch ф ф ф ф И М CО Л СО Л

И л

М О л

СЧ СЧ CV CV

И л

О СЧ

И л

О л

С 1 М

О . 3 М

1

«Ч М - И О Л СО

О

СЧ СЧ СЛ И СЧ

И

СЧ СЧ СЧ СЧ CV CV СЧ

01 <:Ь О О1 1 а И

М \М М (4 М

СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ CV СЧ

И СЧ CO r Л Л О

И.

g л

° Ц м о

1С л

13 л о Р ф Ц