Способ получения чугуна с шаровидным графитом

 

Изобретение относится к области литейного производства и может использоваться для получения отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Целью изобретения является упрошение технологического процесса , уменьшение расхода модифицирующих и легирующих компонентов и стабилизация химического состава чугуна. Это достигается тем, что операцию первичного модифицирования осуществляют путем ввода сфероидизирующего модификатора на дно ковша под двухслойной засыпкой из легирующего металла с т.пл. 1000 и уд.в. не менее 7,0 г/см и очищенной стружки или дробленого лома черных металлов . Новым в способе является испольi зование двухслойной засыпки, согласно которой нижний слой состоит из ле€Л гируюПвго компонента, а верхний - из металла, близкого по составу выплавляемому чугуну, 3 з,п,ф-лы, 2 табл, i

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5п 4 С 21 С l/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3520231/22-02 (22) 10.12.82 (46) 15.11,86 ° Бюл. № 42 (71) Одесский конструкторско-технологический институт по поршневым кольцам (72) С.Л. Барабаш, Л.Я . Барабаш, Н.А. Банникова, 3.E. Птичкин и M.À, Шафоренко (53) 621.745(088.8) (56) Патент США № 3833361, кл. 75-130, 1974.

Авторское свидетельство СССР

¹ 785364, кл. С 21 С l/10, 1978. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ (57) Изобретение относится к области литейного производства и может использоваться для получения отливок

° эп ы79173 А из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, Целью изобретения является упрощение технологического процесса, уменьшение расхода модифицирующих и легирующих компонентов и стабилизация химического состава чугуна, Это достигается тем, что операцию первичного модифицирования осуществляют путем ввода сфероидизирующего модификатора на дно ковша под двухслойной засыпкой из легирующего металла с т,пл. 1000 -1300 С и уд.в, не менее 7,0 г/см и очищенной стружэ ки или дробленого лома черных металлов, Новым в способе является использование двухслойной засыпки, соглас- но которой нижний слой состоит иэ легируюп;его компонента, а верхний — иэ металла, близкого по составу выплавляемому чугуну, 3 з,п,ф-лы, 2 табл.

1270173

Изобретение относится к металлургии черных сплавов и может быть использовано для отливки деталей из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ) с применением сфероидизирующих модификаторов.

Целью изобретения является упрощение технологического процесса, уменьшение расхода модифицирующих и легирующих компонентов и стабилизация химического состава чугуна, Поставленная цель достигается тем, что по способу, включающему послойную укладку на дно ковша сфероидизирующей лигатуры, защитного покрытия с легирующими или модифицирующими компонентами и слоя стружки или кусков лома черных металлов размером не более 20-30 мм с содержанием серы не более 0,02% и дво1лное модифицирование, в качестве легируюшего или модифицирующего компонента используют ферросплав или металл с т,пл. 1000о

1300 С и удельным весом не менее

7,0 г/см, ковш заполняют расплав3 ленным чугуном с температурой 1520—

1620 С и после выдержки до окончания о реакций расплав переливают в ра.эливочный ковш, причем вторичное модифиФ цирование графитизирующим модификатором производят одновременно с переливом.

В качестве легирующего компонента используют катодную медь, которую засыпают на сфероидизирующий модификатор кусками не более 40х40 мм в количестве 0,3-1,2% от массы чугуна в ковше °

В качестве лома черных металлов используют стальную стружку в смеси с графитовым порошком, 1

В тех случаях, когда е мкость промежуточного ковша равна емкости плавильной печи, для уменьшения потерь температуры при переливах и транспортировке, жидкий чугун после обработки первичным сфероидизирующим модификатором сливают обратно в печь, а вторичное модифицирование проводят, вводя графитиэирующий модификатор при повторном выпуске чугуна в этот же ковш, который в дальнейшем используют в качестве разливочного. Этим достигается еще большая стабильность химического состава по всему объему плавки эа счет перемешивания при переливе и уменьшается общее количест20

35 но ковшей, необходимых для осуществления техпропесса, Использование двухслойного насыпного покрытия предохраняет сфероидизирующий модификатор от непосредственного контакта с расплавленным чугуном в начальный период заполнения ковша. Контакт происходит только после расплавления части покрытия, когда ковш частично или полностью заполнен чугуном, т ° е. под слоем жидкого металла без доступа воздуха, что предотвращает его охисление, увеличивает усвоение и уменьшает лироэффект, Преимушеством предлагаемого способа является то, что с модификатором реагирует не обычный жидкий чугун, а сплав, обогащенный сравнительно легкоплавким и в то же время тяжелым компонентом, что уменьшает угар модификатора, а пары и газы, выделяющиеся при реакции, проходя через расплав, перемешивают его, обеспечивая равномерное содержание легируюших компонентов во всем объеме. Кроме того, обогащая первый защитный слой углеродом, сравнительно легко добиться той или иной заданной структуры металлической матрицы от цементита до феррита, уменьшая при этом расход вторичного модификатора, Пример. Проводили отливку поршневых колец к двигателям внутрен-него сгорания Д-240, Д-180 и

СМД-18/19 КН и образцов из ВЧШГ, обработанного по предложенному и известному способам, Чугун выплавляли в индукционной электропечи ЛП-67 с нейтральным тиглем емкостью 50 кг ° Шихта состояла, из 50% литеиного рафинированного чугуна ЛР, 45„8-47,0% возврата, 0,4% гранулированного металлического никеля НЗ, 1.,0% катодной меди, 0,51,5% ферросилиция ФС-75Л, 0,16-1,5% лигатуры Ni-Mg-Ce и 0,15-0,5% силикокальция СК-25.

Лигатуру, содержащую 17% Mg О,S1,0% Се и 81,5-82,SX Ni, вводили в качестве сфероидизирующего модификатора (CM). В качестве графитизирующих модификаторов (ГМ) испольэовали ферросилиций и,силикокальций, Кроме того, при модифицировании в качестве защитных покрытий испольэовали стружку ВЧШГ, стальную высечку и стружку з J 2.70 и графитовый порошок (всего 0,3-1 57. от металлозавалки).

Чугун, возврат, никель и часть катодной меди, не входящую в защитное покрытие, вводили в печь по мере рас- 5 плавления металлозавалки. После расплавления шихты и нагрева до заданной температуры чугун выпускали в ковш, на дно которого предварительно укладывали модификаторы и защитные покрытия, как показано в табл,1 °

Температуру перегрева и выпуска чугуна из печи измеряли термопарой

ТПП-0555 (платина — платинородий); а температуру заливки форм — оптическим пирометром (Проминь"), Всего проведено 11 опытов, в том числе 6 (с 1-го по 6-й) по предлагаемому способу и 5-по известному, Плавки 7 и ll проводили без допол-2О нительного легирования, плавки 8, 9 и 10 для обеспечения сопоставимости результатов проводили с дополнительным легированием никелем и медью, которые вводили в печь с металлозавалкой, В опытах !-6 первичным являлось сфероидизирующее модифицирование, а вторичным — графитизирующее, При этом в плавках 1.-3 ГМ вводили при перели- ЗО ве чугуна из промежуточного ковша в раэливочный, который использовали затем для заливки форм, а в плавках

4-6 после выпуска в ковш и завершения реакции между СМ и чугуном расп- g5 лав переливали обратно в печь и ГМ вводили при повторном выпуске чугуна в этот же ковш, который затем испольэовали для заливки форм, В опытах 7-11 первичным являлось 40 графитизирующее модифицирование, а вторичным сфероидизирующее, в соответствии с последовательностью контакта жидкого чугуна со слоями модификатора, Технологические режимы мо- 45 дифицирования, в том числе количество модификаторов и температуры перегрева и заливки чугуна, сведены в табл.1.

Формы для заливки поршневых колец 5О собирали в стопки по 14 шт. В одной форме отливали по .4-5 заготовок, В каждой плавке заливалось последова.— тельно по 4 стопочные формы и отливалось по 220-280 заготовок поршневых колец, Образцы для химического и микроструктурного анализа отбирали из верха и низа .стопочной формы, 173

Кроме того, отливали цилиндрические пробы 9.5>10,30 мм и прямоугольные образцы сечением 4х2,7х5 и

15xl0 мм длино: 150 мм каждый.

Результаты химического анализа показали, что содержание марганца> фосфора, никеля и серы практически не изменилось при различных способах получения ВЧШГ и составляло соответственно в образцах из всех плавок

0,3-0,57. Mg> 0,08-0,187 Р, 0,32

0,467. Ni (кроме плавок 7 и 11) и

0 015-0,0!87 S.

Эффективность использования различных способов оценивали сравнением степени усвоения и стабильности содержания магния, кремния, меди, а также сравнением структуры отливок и механических свойств обработанных образцов и поршневых колец.

Усвоение компонентов определяли по формуле

К, = — - х 1007.

К ост. св где К„„ — коэффициент усвоения, 7.;

К „ — среднее содержание компонента по результатам химического анализа плавки, мас ° 7;

Кв., — количество компонента, вводимое согласно расчету шихты, мас.7, Стабильность химического состава оценивали после статистической обработки величиной среднего квадратического отклонения результатов химического анализа аналогичных плавок.

Отлитые заготовки поршневых колец и образцы подвергали термической и механической обработке> последующим механическим испытаниям.

Отливки из опытов 1-6 перед механообработкой были подвергнуты отпусо ку при 600 С в течение 45 мин для снятия внутренних напряжений, а отливки из опытов 7-11 в связи со значительным количеством цементита в литой структуре и невозможностью механообработки были подвергнуты предварительному отжигу на феррит при о

950 С в течение 3 ч, затем черновой механообработке шлифовке торцов и далее двухстадийной термообработке для обеспечения технических требований по микроструктуре и свойствам, Режим двухстадийной термообработки:

5 12701 нагрев до 950 С, выдержка 30 мин и залинка н масле, затем отпуск при

600 С н течение 45 мин и охлаждение на воздухе, После этого пронедена окончательная механообработка и испытания, Попученные результаты сведены н табл ° 2, .Анализ результатов показывает, что при использовании предлагаемого способа усвоение магния увеличивает- !р ся на 10-l5 и более, а меди — на 1014 сравнительно с известным способом, При этом в обоих случаях усвоение магния резко уменьшается при увеличении дозы сфероидизирующего модификатора, Наибольшее усвоение кремния и наименьшую потерю температуры обеспечивает предлагаемый способ с повторным использованием одного и того же ковша для сфероидиэирующего и гра- 2р фитизирующего модифицирования с последующей разливкой чугуна по формам (плавки 4,5 и 61, а использование чис1 той стальной стружки или н смеси с графитовым порошком позволяет регули- 25 ровать содержание углерода в ВЧ1ЦГ на

0,20, т.е, íà 6Х абсолютного содержания компонента (плавки 5 и 6), При использовании известного способа с оптимальными дозами модифика- Зр торов усвоение магния составляет 5967Х, меди 78-82Х и кремния 80-90, Предлагаемый способ обеспечивает усвоение до 73-85 магния, 92-96Х меди и 90-96Х кремния.

Стабильность химического состава, при использовании предлагаемого способа увеличивается в 1,5-3,0 раза по содержанию магния и в 1,5-2,0 раза по содержанию меди, Микроструктура порш-4р невых колец, отлитых по предлагаемому способу, более стабильна по строению графита и по металлической основе, Степень сфероидизации графита за счет более полного усвоения маг- 45 ния в плавках с использованием предлагаемого способа составляет 95-97Х, а по известному способу — 85-95, Количество феррита в заготовках, отлитых по предлагаемому способу, 5Р составляет 6-12 а в заготовках, отлитых по известному способу — 24Х, количество цементита составляет

20-60 и 0-4Х соответственно, Испытание механических свойств по-55 казало, что использование предлагаемого способа сравнительно с.извест- .

73 6 ным обеспечивает повышение предела прочности образцов и» 34-54 NIla u стабилизирует их относительное удлинение (табл.2) . Предел прочности поршневых колец увеличился на 220

650 МПа, модуль упругости — на 900012000 ИПа, а твердость — на 2-4 HR В, При использовании известного способа лучшие результаты получаются при вводе 0,3-0,6 лигатуры, Формула и з о б р е т е н и я

1, Способ получения чугуна с шаровидным графитом, включающий послойную укладку на дно ковша сфероидизирующей лигатуры, защитного покрытия с легирующими или модифицирующими компонентами и слоя стружки или кусков лома черных металлов размером не более 20-30 мм с содержанием серы .не более 0,02Х и двойное модифицирование, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологического процесса, уменьшения расхода модифицирующих и легирующих компонентов и стабилизации химического состава чугуна, в качестве легирующего или модифицирующего компонента используют ферросплав или металл с температурой плавления 1000-1300 С и уд.в, не менее 7,0 г/см, ковш заполняют распЭ лавленным чугуном с температурой

1520-1620 С и после выдержки до окончания реакции расплав. переливают в разливочный ковш, причем вторичное модифицирование графитиэирующим модификатором производят одновременно с переливом, 2, Способ по п,1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве легирующего компонента используют катодную медь, которую засыпают на сфероидизирующий модификатор кусками не более 40х40 мм в количестве 0,3-1,2Х от массы чугуна в ковше.

3. Способ по п,1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве лома черных металлов используют стальную стружку в смеси с графитовым порошком, 4. Способ по п,1, о т л и ч а .ю, шийся тем, что вторичное моди-. фицирование производят в том же ковше, что и первичное, для чего расплав после окончания реакции сливают в печь и затем снова наполняют ковш, вводя одновременно вторичный модификатор, 1270173

1 ф r

С4 1 эи хо

ЮЮ с ) .» б

ЮЮ с"».» .» м!

veэ

° » Cc

И

5 б! х э э

РЪ Х Р D Pc

Ю

CO и о

С0

Ос

° Фв э х х сб

1 сс)

Р ф

Р

K о

I х

C(о

С4 х

И (У Г

K I л б V

Е-с

Q) Г сн л

EV

Л3о ф с-» Х о

1

1

I л

П

Ф о

1б ф х

I

1

1

1 с»

I I х о р, эс о

Е О

° ô сб х X х

Я о

I 1.

1

I

I

1 сс\

1

Г

I

Э

Щ о

Е Ю

Ф

»с о

Е-с э

Ж

СО о

E o э и

С» о

Е-с

Ф

Ж

О о

Е-с Ю э

Ы с 4 о

Е-с

CV

1

» - сб Ы

С:4 Я

Ijj сбИО

° °

Х ° с

V ХКЮ э

00 о

Е-с Ю

Р\ сб »х о е

X 2 ф о ! о о и

1

1

1

1

1

1

1

1 I

1 !

Ю

° 9 ВФ

5 v о ф

X X

1

1

Ф 1

-»

Ф х

1 х х

О

Р, Е э о

j» »С» ф

Р

Q co д о

Й д

Р» ф Д Р 1 и щсою

I с д о

E" х Р)

Ф aj ф к х хю

Н

Щ r о х

»д э .с» Е

Х ос

Р С4 л о х

Р 1 и и

Х 4Ю

oo . oo

- л

X 1 о сб х Р

Р 40 о о

Х GI о х о х я ссс

Ф э

K Ю

lA см о о

Е-с Е- Ю

Н

Х

v o

И о х I о

Х б

Х х сс1 сб » л

С-» I 00 о и

»ОOeO

1270!73

Ю

С») o o 0 Л о ю о

-«» » о о сл о

Р\ о

СО

1 л

О е.Ф 1

А

r o

d1 ° !

Й Г ау—

ufo

dI

1 а

0 а н о

О

° 1 л

Ф

0 - o

5 ЕЮ (0

»Г\

I o!

» «Г» . a охо

dJ

С» )

0 ! о

1»

Ео о и!

1ь, „й

Ж М Ф дyu

Й аа 0 ! E. о о жо (а !

» «0»»»

0 !

-i o осао

Ф

v » 1

Е 00

Й

° ° 4 1 < (б г! оа аео

Ф

K о

1«

0)

М О

0 но

»» ) Э у;о

1- о

Э

Ko

СЧ

0 а р о

0i

0 ! о

О Ра О о1

Д 1

Ю

0 V

1- О

6

Дcm ж х

cd а е»

e o

1C.

<б Р» а а 0 с

G o

Ж и Х &

<б аr»

В о ufo

1 о ж

<К оо

Я и

Ф

0 а а О

О Ъ

QJ о

<у uq л

0 Цел

Ф 1

ОУ»О

Д ХОО о л ! о

Ж

0

Ф

Я

x v

o, c

И а о ч а

<ц ».Ч с 4

m 1 1

0 О У»

Х 6 О>

1270173 с с4

Г» » х и х х K хо

X о х

1 о

0 l (х с с

СО О1 с 1 с ) с с с сч

-Ф

0J и (0J

Е4 с о о

I

Ю а о

Е с0

° °

Э х х с0

Р

Ю

Э 1

Ж сг с 4

Х I с0 М

Е О сЛ е с

Э сс сг сч гм((o

ЬМЮ

ЕЮЕ1 х

1=Е

О (0 (0

Z0Z а &м э х х

Э р<и

Э (Е сг о

E O

0J

K о

E o

Э

K cc о

Е с

Э

М

Ю о

Е<

Э

О а

E o

Э

К с о «

Е-<

I

1

1 1

I 1

1 . I

1 vl I

1 — —

I (г-»

И и

Э

K сг о

E o

0J

% "1

0 е с

0J

М

О

E» o

0 °

E» O

0j 6(Х X х ф Я о

X 2

0I О (И о

Э

K о

Е-4 Ю

0J

K с 1 о

Е- o

0J

K о

Е .Ю х х

i а

C о !

Р

X а х

1 (— — — »

1

I

1

I с» ъ

1 (1 3

I

Э (Е и о

E-J Ю

0J

K о

Е Ю

Э

Р ) о

Е Ю

Э

Ю о

Е

Э

»» о е о

Э

K о

Е Ю

1- — !

0J

I0

0 о

E-J o

0J

% с о (-1

Э (Е

0 а

E-J o

l

I я г 4

1

Д х у, х

Н х о

1 (0 х !

» (0 и, л

Е сА

0I

Б

Ф о

Х

Э х ф о е с

0J 1 1:„"

О 1 О 1

С.4 Г!

0 1 1 с0 g Ю) ев

E u e o

Г л л а о е

Б И (0 О о

0J 0 х

Е а

Х и о о х (0 Х х

Е

0 о

М4

J»a с»( л сч ф

И И (-»

u u u

Я Я Я

A 0

E» E» (» и и и о о о

E» E» Е и и и х х х а а а о о о х эх )х >х о о о

JJJ J0 (0 о о о с0 с-» о î о х х х а о о о

И И И х х о о о

Д JJJ» Д ! и !»

Е E» (" о о о

М 6-2 М

Ю сч Ю г Ъ вЂ” с4 с м В м Э е м

;ф

3270)73

Таблица 2

Предлагаемый способ

Иааестный способ

Поршневые кольца обравцы на отливок 8 30 мм

Поршневые кол

&ацы нв от

or. 8 30 мм

ПлааК&

В, с1П& RR B

8, 2("., 1HIta

Е> НПа HR

26,0 850 163000 98-100

560 23,2 1280 173000

102-105

I04-108

22,0 900 168000 100-104

20,4 14> 18006.

580

t9,4 1250 175000 105-107

556

564 21,0 1300 174000

524 22,4 1150 172000

106-108

104"106

IO 5 I 0 с

11 496

543 22,0 1230 169000 102- 105

Редактор И, Рыбченко

Заказ 6202/2) Тираж 552

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д>4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие r Уж жгород, ул. Проектная, 4

7 480

8 514

9 523

l9>0 990 170000 100-103

19,4 980 167000 99- 104

23,0 840 160000 98-102

Составитель Т ° Морозова

Техр ед А, Кравчук Корректор М, Демчик