Способ получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК, SUÄÄ1239150 А1

15Ц 4 С 21 С 1/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЗ (21) 3768671/22-02 (22) 13.07.84 (46) 23.06.86. Бюл. У 23 (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (72) С.Н. Леках, В.А. Розум, Н.И. Бестужев, И.М. Кавицкий, И.П. Столяров, А.Г. Никитин и В.В. Иванов (53) 621.745(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 558942, кл. С 21 С 1/10, 1975.

Авторское свидетельство СССР

9. 834141, кл. С 21 С 1/10, 1980. (54) (37) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА С ШАРОВИДНЬК ГРАФИТОМ, включающий расплавление шихты в индукционной печи, перегрев расплава, ковшевую обработку лигатурой редкоземельных металлов в количестве 0 10,37. от массы расплава и последующее ,модифицирование в литейной форме магнийсодержащей присадкой в кол честве

0,5-1,5Х от массы расплава, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью обеспечения стабилизации и равномерности структуры и прочностных свойств чугуна в мелких отливках массой О, 1-

1 кг, размещенных в многоместных формах, расплав в индукционной печи обрабатывают при 1500-1550 С смесью си ликокальция с углеродсодержащим мате-. риалом при соотношении 1-(0,5-2,0) в количестве 0,5-1,57. от массы расплава.

1239150

Температура ввода смеси определяется, исходя иэ наиболее эффективного ее влияния на процессы рафинирования расплава. При температуре выше

1550 С не наблюдается повышения эффективности рафинирования расплава, кроме того, значительно снижается стойкость футеровки печи. При температуре жидкого расплава ниже 15004С

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к способам получения чугуна с шаровидным графитом, и может быть использовано при массовом производстве мелких машиностроительных отливок.

Целью изобретения- является стабилизация и равномерность структуры и прочностных свойств чугуна в мелких отливках массой от 0,1 до 1 кг, расположенных в многоместных формах.

Расплав, перегретый в индукционной печи до 1500-1550ОС, при максимальной нагрузке на индукторы, обеспечивающей интенсивное перемешивание расплава, обрабатывают смесью силикокальция с углеродсодержащим материалом в количестве 0,5-1,5Х от массы расплава и соотношением компонентов в смеси соответственно 1:(О 5-2,0), затем обра- И батывают в ковше лигатурой редкоземельных металлов в количестве 0,1-0,3% от веса расплава и ведут последующее модифицирование магнийсодержащей присадкой в литейной форме в количестве

0,5-1,5% от- ее металлоемкости. В качестве магнийсодержащей присадки может использоваться лигатура железо-кремний-магний либо механическая смесь

75% ферросилиция и гранулированного магния, содержащие 7 — 12% магния.

Применение тройной последовательной обработки расплава в плавильном .агрегате (индукционная печь), ковше и в литейной форме позволяет стабилизировать, а также выравнять структуру и свойства металла в мелких отливках, расположенных в многоместных формах.

Печная обработка расплава смесью силикокальция с углеродсодержащим

40 материалом в количестве 0,5-1,5% массы расплава и соотношением компонентов в смеси соответственно 1:(О ° 52,0) позволяет понизить содержание свободной серы и сократить за счет

45 интенсивного перемешивания количест" во серы, связанное в сульфиды кальция ° кальций плохо рафинирует ввиду ухудшения ра.створимости в жидком чугуне.

Обработка расплава в печи смесью силикокальция и углеродсодержащего материала позволяет создать восстановительную атмосферу в зоне реакции, в также повышенную концентрацию углерода, способствующую повышению активности серы и снижению активности кислорода, что приводит к значительной интенсификации процесса рафинирования. Особенностью предлагаемого варианта обработки в плавильном агрегате является высокая степень полезного использования кальция на десульфурацию по сравнению с вариантом ковшевой обработки. Соотношение силикокальция к углеродсодержащему материалу 1:(0,5-2,0) и количество смеси от массы расплава выбраны экспериментально, исходя иэ практических данных:по содержанию серы в исходном

t расппаве.

Нижние npege i (0 5Х и соотношение ее компонентов 1 0-2 О)

t Э установлены, исходя из достижения требуемой степени. рафинирования расплава при относительной чистой по сере шихте (до 0,03% S). Верхние (i 5% расхода смеси и соотношения ее компонентов 1-0,5) — исходя из пределаг растворимости кальция в чугуне и высокой степени загрязненности исходного расплава (до 0,1Х серы), Ковшевая обработка лигатурой, содержащей РЗМ цериевой группы, произ,водит последующую глубокую очистку расплава от кислорода, препятствующего образованию шаровидного графита.

По сравнению с известным способом, при осуществлении которого образующиеся продукты реакции с трудом удаляются из расплава ввиду их высокой плотности и минералогии, по предлагаемому способу обработка Р3М после рафинирования в печи позволяет существенно сократить количество остаточных неметаллических включений. Р3М, взаимодействуя с кислородом и остаточными сульфидами кальция, образует сложные комплексные соединения, легко удаляющиеся из расплава. Наличие в лигатуре P3II способствует повышению равномерности усвоения магния при последук щей обработке в форме и снижает предел остаточного содержания магния, при котором образуется чугун с шаровидным графитом, что в значительной

1239150

Во всех плавках трех серий экспе> римента расплавление шихты и доводку,расплава по температуре проводят в

1индукционной печи емкостью 1 т. Обработку расплава проводят по предлагастепени повышает стабильность структуры и свойств в мелких отливках.

Верхний предел лигатуры РЗМ (0,37) выбран, исходя из необходимости ограничения содержания РЗМ в чугуне по причине отбела. Высокое содержание Р3М, особенно в мелких отливках, расположенных в многоместных формах, приводит к образованию цементита. Нижний предел лигатуры 10

Р3М (0,1%) определяется, исходя из эффективности рафинирования расплава.

Установлено, что обработка вначале в плавильном агрегате предлагае- 15 мой смесью, а затем РВМ в ковше позI воляет снизить содержание вредных десфероидизаторов графита и уменьшить активность кислорода.

При заливке расплава в форму про- zo исходит растворение магнийсодержащей присадки и модифицирование чугуна.

Наличие низкого остаточного содержания примесей, остаточное содержание

РЗМ после ковшевой обработки в сово- 2g купности с магнием, поступающим из магнийсодержащей присадки в реакционной камере, обеспечивает формирование шаровидного графита, при этом выравнивается степень модифицирования расплава при сфероидизирующей обра-, ботке в литейной форме.

Величина добавки модифицирующей присадки (0,5-1,5%) в литейную форму определяется экспериментально и зави35 сит, от содержания в ней магния.

Пример . Для получения сравнительных результатов испытания известного и предлагаемого способов проводят на двух составах чугунов с 40 различным содержанием серы. Расплавление шихты и доводку расплава по температуре проводят в индукционной печи емкостью 1 т. Обработку расплава ведут известным способом, предпо- 4> лагающим ввод РЗМ-содержащей лигатуры (на нижнем пределе 0,17 и верхнем пределе 0,37) и последующую сфероидизирующую обработку магнийсодержащей присадкой в многоместной форме (на 50 нижнем пределе 0,57 и верхнем 1,57), .наклоненной под углом 15 для обеспечения последовательного заполнения проб весом от О, 1 до 1 кг, а.также предлагаемым способом, предусматривающим тройную обработку расплава в печи смесью 30% силикокальция с графитизированным коксиком (на нижнем пределе 0 57. расхода смеси и соотношении ее компонентов 1,0-2,0 на верхнем пределе 1,5% расхода смеси и отношении ее компонентов 1:0,5) в ковше лигатурой, содержащей P3f1 цериевой группы (на нижнем пределе расхода О, 1% и верхнем пределе 0 37), и сфероидизирующую обработку в форме магнийсодержащей присадкой (на нижнем пределе расхода 0,57 и на верхнем пределе 1,5%). Величина добавок при составе исходного чугуна с содержанием серы до 0,05% находится на верхних пределах, а при содержании серы до 0,017. — на нижних пределах.

Образцы для механических испытаний и исследования структуры вырезают из проб. Результаты испь*аний приведены в табл.

Применение предлагаемого способа получения ВЧШГ позволяет существенно стабилизировать структуру и свойства металла во всех пробах формы. Использование известного способа дает удовлетворительные результаты только при использовании исходного чугуна с низким содержанием серы до 0,017, что может быть достигнуто применением специальных шихтовых материалов (рафинированного литейного чугуна, окатышей и т.д.), однако и при этом имеют место случаи неполного модифицирования некоторых мелких отливок.

Для определения оптимальности параметров проведения способа проводят три серии экспериментов. В первой серии исследуют влияние расхода добавки смеси при постоянной темйературе и соотношении силикокальция к углеродсодержащему материалу на пределы колебания прочности обработанного чугуна.

Во второй — исследуют влияние соотношения силикокальция к углеродсодержащему материалу при постоянной температуре и величине расхода добавки.

В третьей серии исследуют влияние температуры на стабильность прочностных свойств чугуна. Исходное содержание серы в расплаве во всех случаях составляет 0,04%. Образцы для механических испытаний и исследования струк туры вырезают из проб. Результаты испытания приведены в табл. 2.

1239150

Таблица 1

Номера проб в порядке их заполнения Способ Содержание обработки серы в ис ходном чу вЂ, 1 2 3 ) 4 5

1 гуне J

70* 85 90 95 90 90 65 65

400 500 550 560 540 530 . 390 410

Известный 0,01

55 50 60 65 55 65 55 55

310 300 320 340 320 345 315 310 о

Предлагаемый.

99 97

575 560

99 99 99

570 580 580

580

50

97 99

570 580

97 95 95 97

580 570 575 580

99 97 97

580 570 565

* Числитель дроби — значения степени сфероидизации графита, 7; знаменатель дроби — предел прочности на разрыв, MIIa. емому способу, включающему рафинирование в индукционной печи, обработку

Р3М-содержащей добавкой в количестве

0,27 и последующую сфероидизирующую обработку магнийсодержащей присадкой в многоместной наклоненной форме под углом 15 для последовательного заполнения проб весом от 0,1 до 1 кг.

Величина магнийсодержащей присадки составляет 17. от металлоемкости форMb1, При получении отливок из высокопрочного чугуна наиболее распространенных марок ВЧ45-5„ ВЧ50-2, ВЧ50-7 допустимые пределы колебания прочности составляют «+30 MIIa. В противном случае, при превышении верхнего уровня предела прочности не обеспечивается требуемое относительное удлинение в мелких отливках, а нижний уровень ограничен требованием

ГОСТа. Этим требованиям удотвлетворяет предлагаемый способ при выполнении условий по температуре обработки и составу смеси.

Таким образом, получение чугуна с шаровидным графитом по предлагаемому способу позволяет получат.. мелкие отливки весом от 0,1 до 1 кг, распо15 ложенные в многоместных отливках, с равномерной структурой и .стабилизированными свойствами при использовании традиционных шихтовых материалов.

1239150

Таблица 2

Серия

1520

0,1

1:2

0 5

1:2

1:2

1,0

1„5

1:2

2,0

1:2

1520

1,0

1:3

1,0

1:2

1,0

50

1450

1,0

1,0

1500

1550

1,0

1600

1,0

Составитель К. Сорокин

Техред H.Áîíêàë Корректор Т. Колб

Редактор Н. Егорова

Тира:к 552

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Заказ 3355/21

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ултород, ул. Проектная, 4

Температура обработки, ос

Расход смеси, Е

Соотношение 307.

SiCa к графитизированному коксику в смеси

1:0,5

1:0,1

Пределы колебания прочности, МПа