Модифицирующая смесь

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (191 (11) са 4 С 22 С 35 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3836475/22-02 (22) 03.01.85 (46) 23.06.86. Бюл. М 23 (71) Производственное объединение

"Гомсельмаш" (72) Ю,Н. Пресман, Н.И. Афанасьев, И.А. Калиниченко и Т.Ю. Максимова (53) 669.15.198(088.8) (56) Ващенко К.Н., Софронов Л.А.

Магниевый чугун. — М.: Машгиз, 1960, с. 8, Авторское свидетельство СССР

11 973654, кл. С 22 С 35/00, 1982. (54) (57) МОДИФИЦИРУЮФАЯ СМЕСЬ, содеР жащая магний, графит и ферросилиций, отличающаяся тем, что, с целью повьппения степени усвоения магния, механических свойств отливок и их износостойкости в агрессивных средах, она дополнительно содержит гидрид кальция и борный ангидрид при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Магний 12-17

Графит 15-?8

Гидрид кальция 8-14

Борный ангидрид 12-17

Ферросилиций Остапьное

1 12391

Изобретение относится к литейному пройзводству, в частности к производству высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

Цель изобретения — повышение степени усвоения магния механических свойств. отливок и износостойкости в агрессивных средах.

Предлагаемая модифицирующая смесь содержит магний, графит, ферросилиций 1О гидрид кальция и борный ангидрид при следующем соотношении компонентов, ма с. 7.:

Магний 12-17

Графит 15-28

Гидрид кальция 9 — 14

Барный .ангидрид 12-17 ферросилиций .Остальное

При содержании в смеси магния ни— же 12 мас.% не достигается требуемый эффект модифицирования, поскольку иэ-за частичной потери магния на. реакцию взаимодействия с серой, кислородом и барным ангидридбм его остаточное содержание в чугуне оказы- д вается недостаточным для обеспечения высокой степени сфероидизации графитовых включений. Обработка чугуна модифицирующей смесью с содержанием магния выше 17 мас.7 характеризуется ско-ЗО ротечностью процесса модифицирова кm и как следствие, сопровождается большим пироэффектом, нестабильностью получаемых результатов по структуре и свойствам чугуна.

Ввод графита в расплав увеличива— ет число готовых центров кристаллизации при его затведевании, что способствует повышению гомогенности

4О структуры отливки. Верхний предел содержания графита в модификаторе

28 мас.7 соответствует максимальному пределу содержания магния, а нижний предел 15 мас.% — минимальному со45 ,держанию магния в смеси. Содержание графита в модификаторе выше 28 мас,% снижает прочностные характеристики чугуна ° Обработка чугуна модификатором с содержанием графита менее

15 мас.% сопровождается большим пиро50 эффектом, усвоение магния при этом незначительно.

Дополнительное введение в состав модифицирующей смеси борного ангидрида и гидрида кальция способствует легированию ее бором за счет протекания металлотермической реакции

62 2

В Оз i ЗСаН = ЗСаО+2В+бН1 и частичного восстановления борного ангидрида магнием

B„0 + 3Mg = ЗМдО + 2В

Атомы бора микролегируют чугун, повышая прочностные и эксплуатационные характеристики чугунных отливок и измельчают при этом включения графита. Введение в состав смеси борного ангидрида сверх 17 мас.7. и гидрида кальция сверх 14 мас.% ухудшает прочностные характеристики сплава. Нижний предел борного ангидрида 12 мас.7 и гидрида кальция 8 мас.7. применяет- > ся для более полного восстановления борного ангидрида гидридом кальция и объясняется влиянием бора на эффект микролегирования для получения необходимой структуры и повышенных прочностных характеристик.

Избыточный кальций понижает термодинамическую активность углерода и увеличивает его растворение в железе, являясь сильнейшим раскислителем и десульфуратором, кальций способствует зарождению графитовой фазы при первичной кристаллизации чугуна, так как образовавшийся карбид кальция является центром кристаллизации при росте графита. Введение в модифицирующую смесь гидрида кальция сверх 15 мас.7. снижает прочность чугуна из-за большого содержания кальция (сверх 0,085 мас.%) в выплавляе-. мом .чугуне, введение гидрида кальция менее 8 Ma«.% является недостаточным для полного восстановления борного ангидрида и не оказывает положительного влияния на зарождение графитовой фазы и на более полное протекание процесса лесульфурации, Для определения оптимального состава модифицирующей смеси исследуют степень усвоения магния и бора, содержание цементита в структуре чугуна и определяют его механические свойства.

Исходный чугун выплавляют в индукционной печи. Гго химический состав, мас,7.:

Углерод 3,1-3,5

Кремний 1,85-2,0

Марганец 0,6-0,7

Фосфор 0,04-0,06

Сера 0,03-0,05

Выпускают чугун при 1400 20"С в нагретые ковши емкостью 1000 кг. Мо3 1239! дифицирующую смесь в кусках диаметром 10-20 мм помещают на дно ковша в упакованном виде, ковш заполняют до половины жидким металлом, а затем после взаимодействия с модифицирующей смесью доливают ковш оставшимся расплавом. Металл в ковше очищают от шлака и разливают в пред варительно высушенные формы. Общая длительность операции от выпуска до tp конца заливки 10-12 мин. Расход предлагаемого модификатора и известного одинаков и составляет 11,47 от массы жидкого металла.

Модифицирующие смеси изготовляют простым перемешиванием компонентов в лабораторных бегунах. Для изготовления смесей применяют порошок магния, ферросилиций ФС 75, борный ангидрид (B 0>), порошок гидрида gp кальция (СаН ) и измельченный графит электродного боя.

СаН вЂ” белый кристаллический пороо шок, т.пл. 298 С, т.разл. 600-780 С (СаН =Са+Н ). Применя= òñÿ СаН для получения металлов и гидридов из окислов, является очень реакционноспособным, легко разлагается, является сильным восстановителем °

Состав модифицирующих смесей приве-ЗО ден в табл. 1, а химический состав чугуна, его структура и механические свойства в табл. 2.

Составы 2-4 и 6 предлагаемые составы 1, 5 и 7 — с содержанием компонентов, выходящим за предлагаемые

35 пределы.

После обработки модифицирующими смесями содержание в чугуне других элементов составляет, мас.7:

Углерод 3,35-3,63

Кремний 1,7-2,3

Марганец 0,3-0,6

Хром До 25

Фосфор 0,02-0,03

Сера 0,01-0,02

Структуру чугуна изучают на литых заготовках диаметром 15 мм. Механические свойства определяют на литых

62 4 образцах, они являются средним результатом испытаний 3 — 4 стандартных образцов, степень усвоения магния рассчитывают без учета его расхода на обессеривание чугуна, Как видно из табл. 2, степень усвоения магния при модифицировании. предлагаемой смесью выше на 35-407., а наличие первичного цементита в структуре не обнаружено. Снижение магния в смеси (ниже 12 мас.7.) ведет к ухудшению прочности и пластичности эа счет ухудшения формы графита и снижения иэносостойкости в агрессивных средах.

Увеличение содержания магния (выше 17 мас.7,) и снижение количества графита (ннже 15 мас.7.) приводит к сильному пироэффекту и выбросам чугуна из ковша во время его заполнения (составы 5 и 7), причем физикомеханические и эксплуатационные свой-. ства у этих сплавов значительно ниже, чем у сплавов, лолученных после обработки чугуна смесями 2-4 и 6.

Таким образом, введение в состав модифицирующей смеси борного ангидрида и гидрида кальция повышает фиэикомеханические свойства высокопрочного чугуна в 1,1-1,3 раза, снижает интенсивность изнашивания в агрессивных средах бол е чем в 2 раза.

Испытания на износостойкость в агрессивных средах проводят на роликах диаметром 30 мм при P — 75 кгс/мм и V = 0,624 см/с с угловой скоростью опережающего ролика

15,2 об/мин при комнатной температуре в парах смеси соляной и азотной кислот (аналогичные условия работы конической пары прямозубых колес).

Технико-экономическая эффек-.ивность от применения предлагаемой модифицирующей смеси убуславливается повышением служебных свойств чугуна на 307, снижением расхода модификатора на 207 и частичным или полным устранением термообработки.

1239162

Т а б л и ц а 1

Содержание компонентов, мас.F.

T T

Состав

Магний Графит СаН В Оа Ферросилиций

10,0

12,0

14,5

14 5

41

14

17,0

18,0

13,0

16,0

13

13

8 (известный) 13,0

25 (Силикомишметалл) 42

Таблица 2

Структура чугуна, I

Остаточное соИеханические свойст- Интенсив ность иэ ва.навива1

Отно- ния в аг

1 ситель-рессив1(оличество

Степень сведернание магния в редел рочУдарная перли- феррита та чугуне, 1 цементита вяэ- ное кость удли72

0,026 25

65 35

60 2,4

1 93 стью

0,68

2 0>045 40

85 15

87 13

0Ä62

0,047

95

0,049 35

0,038 23

90 10

0,59

85 10

1,02

0,036

0,032

80

3,8

0,83

85

65

1,6

1,72 ноева

8 0,042 38 90 80 . 20 - 60 2,0 5 1 48

Состав иидифицирующих смесей

Г

Степень

Усвоения, 1 роиди эации графита ости, Is,, кгс/мм

82 3,6

86 3,3

88 3,2

68 2,1

1 ных средах,чис,ло цик-! -5 ловя! 0

Особенности протекания процесса

Иоднфикатор прореагировал не полноНеэначительный пироэффект,выброс чугуна иэ ковша

Значительный пнроэффекг, выброс чугуна нэ