Модифицирующая смесь для ковкого чугуна

 

Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к модификаторам жидкого чугуна, и может быть использовано при производстве отливок из ковкого чугуна. Целью изобретения является повышение механических свойств чугуна . Предложенная модифицирующая смесь содержит, мас.%: алюминий 4,7 - 5,7; бор 0,5-0,55; висмут 0,7-0,75; медная окалина 93,0- 94,1. Использование предложенной модифицирующей смеси позволяет полу чить у чугуна предел прочности на разрыв 42-45,5 кг/мм, твердость 131- 163 НВ и сократить продолжительность термообработки с 34 до 19 ч. 3 табл. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ БЛИН (50 4 С 22 С 35/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3972048/31-02 (22) 15.08.86 (46) 30.06.87. Бюл. 9 24 (71) Горьковский политехнический ин» ститут им, А,А,Жданова (72) В,А.Коровин, А.А.Рыжиков, А.М.Моисеенко, Т. Н.Коровина и Б.В,Глушков (53) 669,13-098 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 123542, кл. С. 21 С 1/08, 1959. (54) МОДИФИЦИРУЮЦАЯ СМЕСЬ ДЛЯ КОВКОГО ЧУГУНА (57) Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к модификаторам жидкого чугуна, и может быть использовано при производстве отливок из ковкого чугуна, Целью изобретения является повышение механических свойств чугуна, Предложенная модифицирующая смесь содержит, мас,7. : .алюминий 4,7 — 5,7; бор 0,5-0,55; висмут 0,7-0,75; медная окалина 93,094,1. Использование предложенной модифицирующей смеси позволяет получить у чугуна предел прочности на разрыв 42-45,5 кг/мм, твердость 131163 НВ и сократить продолжительность термообработки с 34 до 19 ч. 3 табл.

1320254

Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к модификато— рам жидкого чугуна, и может быть использовано при производстве отливок из ковкого чугуна, 5

Целью изобретения является повышение механических свойств и сокращение продолжительности термической обработки чугуна, Предложенная модифицирующая смесь содержит алюминий, бор, висмут и медную окалину при следующем соотношении компонентов, мас. :

Алюминий 4,7 — 5,7

Бор 0,5 — 0,55 15

Висмут 0,7 — 0,75

Медная окалина 93,0 — 94,1

Химический состав смесей представлен в табл. 1. 20

Пример ° Каждая модифицирующая смесь приготовлялась отдельно смешиванием компонентов. При выпуске жидкого чугуна (состав, мас. : С 2,4;

Si 1,1; Мп 0,4; Сг 0,06; Я 0,06; 25

P 0 07), выплавленного дуплекс-процессом вагранка — электродуговая печь, модифицирующие смеси при 1500 С последовательно вводились в шесть ковшей. Затем модифицированный чугун 30 разливался по формам и одновременно были отлиты опытные образцы для исследования механических свойств.

Присутствие в модифицирующей смеси медной окалины выше 94,1 мас. приводит к появлению в структуре зон .серого чугуна, т.е. пластинчатого графита, что ведет к снижению механических свойств.

Содержание медной окалины ниже g0

93 в предлагаемой модифицирующей смеси ведет к снижению скорости графитизации, к ухудшению формы графита, что приводит к ухудшению прочности и твердости, 45

Уменьшение в составе модификато— ра верхнего предела ввода висмута (с 0,02 до 0,002% от массы жидкого металла) возможно, так как кислород, вводимый с окалиной меди, будет пре- 50 пятствовать выделению свободного графита, т.е ° выполнять ту же роль, что и висмут эа счет стабилизации жицкого расплава, Кроме того, возможно и снижение расхода графитизаторов алю- 55 миния и бора за счет ввода в металл меди, которая попадает в чугун из окалины меди, введенной в состав модификатора.

Использование медной окалины в составе предложенного чугуна связа— но с тем, что она состоит из набора окислов (окиси, закиси), т,е, содержит попы с зарядами +2 и +4, например Си Π— два исна меди, что углубляет, усиливает и ускоряет процесс графитизации. Ион с более высоким зарядом имеет большую подвижность и активность. Процесс взаимодействия ионов при высоких температурах является основным процессом увеличения числа гнезд углерода отжига белого чугуна, модифицированного предлагаемым модификатором и превращаемого в ковкий чугун, Укаэанное положительно сказывается на сокращении продолжительности термической обработки и повышении механических свойств.

Присутствие в модифицирующей смеси менее 93 окалины меди (состав 5} ведет к снижению скорости графитизации чугуна в твердом состоянии и, соответственно, к увеличению продолжительности отжига.

Присутствие в модифицирующей смеси более 94,1 окалины меди (состав 4 ) ведет к относительному уменьшению количества карбидостабилизирующего элемента (висмута) и, соответственно, к появлению в структуре зон "серого" чугуна, т.е. к ухудшению формы графита и выделению при кристаллизации жицкого чугуна свободного пластинчатого графита, что .недопустимо и ведет к браку, а кроме того, к стабилизации перлита, что существенно увеличивает продолжительность второй стадии отжига и, соответственно, всего цикла в целом, Модифицирующая смесь вводилась в чугун в количестве 0,2-0,26 от массы жидкого чугуна, известная модифицирующая смесь — в количестве 0Ä0120,076 от массы жидкого металла„

Оптимальной является добавка модифицирующей смеси, обеспечивающая введение в чугун, мас.%: алюминий

0,01-0,015; бор 0,001 0,0015; висмут 0,0015-0,002; медная окалина 0,20,25, а в известной смеси, мас,%: алюминий 0,01-0,05; бор 0,001-0,006 и висмут 0,001-0,02.

Отлитые образцы, модифицированные предложенной смесью, подвергали термической обработке по режиму: нагрев до 960 С (8 ч), выдержка при этой температуре 5 ч, промежуточное

3 13202 охлаждение до 740" С (1 ч ), выдержка при этой температуре в течение 5 ч и охлаждение на воздухе. Образцы, модифицированные известной смесью, подвергали термической обработке по о режиму: нагрев до 960 С (8 ч), выдержка при этой температуре в течение 12 ч, промежуточное охлаждение до 740 С (1 ч), выдержка при этой температуре в течение 13 ч и охлажде- 10 ние на воздухе.

Графитизация белых чугунов, содержащих висмут с добавкой в них меди, имеет особенность, заключающуюся в том, что в присутствии висмута в чу- 15 гуне медь образует с ним легкоплавкую эвтектику, располагающуюся по . границам зерен.

Эта эвтектика, входящая в состав маточного раствора, при кристаллиза- 20 ции имеет решающее значение в ускорении процесса графитизации. Это особенно важно при отжиге белых чугунов на ковкие, где она, являясь активной средой, способствует образованию более мелких и компактных выделений углерода отжига и располагается как правило, по границам зерен феррита, что способствует повышению механических свойств чугуна, 30

Процесс коагуляции углерода отжига также связан с функцией этого маточного раствора, который, э атвердевая в последнюю очередь, стремится к своему максимуму в запасе внутрен- 35 ней энергии, сжимая тем самым более размельченные зерна феррита и создавая более благоприятные условия графитизации в элементарных объемах цементита, содержащего субмикроскопическую спель графита.

Наличие маточного раствора, в состав которого входит легкоплавкая эвтектика меди с висмутом, играет при этом роль активной среды в образовании поверхностно-активных пленок, способствующих коагуляции углерода отжига. Кроме того, при высоких температурах окислы меди распадаются и при этом ионы меди могут взаимодей- 50 ствовать с ионами. железа, расположенными как возле поверхности раздела зерен так и в самих зернах за счет растворения меди в железе и реакций замещения, создавая дальнейшие оча- 55 ги зарождения углерода отжига, 54 4

Этот проце, с взаимодействия ионов при высоких температурах является основным процессом увеличения гнезд углерода отжига у белых чугунов, превращаемых в ковкие чугуны, наблюдавшийся при исследовании белых чугунов, модифицированных предлагаемым модификатором, Таким образом процесс тер" мической обработки сокращается с

34 до 19 ч.

Механические характеристики полученных отливок (опытных образцов) приведены в табл. 2 и 3.

Результаты испытаний показали, что чугун, обработанный предложенной модифицирующей смесью, обладает более высокими механическими свойствами. Предел прочности на разрыв чугуна, обработанного предлагаемой смесью, на 9,5 кг/мм выше по срав2 нению с чугуном, обработанным известной смесью, а твердость — на 25 НВ.

При использовании изобретения обеспечивается улучшение качества отливок з а счет повышения механических свойств чугуна (прочность выше на 9,5 кг/мм ), твердость — на

25 НВ, чем у прототипа); повышение срока службы деталей, изготовленных из чугуна, модифицированного пред" лагаемой смесью„ снижение расхода дорогостоящего остродефицитного и токсичного висмута, а также алюминия и бора. Кроме того, происходит оздоровление условий труда обслуживающего персонала за счет снижения расхода токсичного. висмута; сокращается время проведения термической обработки с 34 до 19 ч, а также снижается себестоимость 1 т годного литья на 2,6 руб за счет уменьшения цикла термической обработки.

Формула изобретения

Модифицирующая смесь для ковкого чугуна, содержащая алюминий, бор и висмут, отличающаяся тем, что, с целью повышения механических свойств и сокращения продолжительности термической обработки чугуна, она дополнительно содержит медную окалину при следующем соотношении компонентов, мас,7:

Алюминий 4,7 — 5,7

Бор О, 5 — 0,55

Висмут 0,7 — 0,75

Медная окалина 93,0 — 94,1

1320254

Таблица !

Содержание, мас,X

Состав смеси

Бор Висмут Медная окалина

Алюминий

93,54

0,73

0,53

5,2

0,7

94,1

0,5

4,7

0,55 О, 75

93,0

5,7

0,4

95,6

0,5

3 5

1,0,6,5

1,0

91,5

8,0 16,0

76 0

Таблица 2

Продолжительность термической обработки чугунов, модифицированных известным и предложенным составами модификаторов

Продолжительность отжига, ч

Состав

1 1-я ста- Полный

Время нагрева

1-я стаПр омеж ут очное охлаж" дия цикл дение

4,5

6,0

19,5

4,5

5,5

28

34

П р и м е ч а н и е. 1-3 — смеси предлагаемого модификатора; 4-5 - смеси, имеющие содержание алюминия, бора, висмута и медной окалины вьппе и ниже предлагаемого;

6 - известная модифицирующая смесь.

1320254

Т аблица 3

Механические свойства и структуры образцов после проведения отжига по режимам соответственно табл, 2

СосМеханические свойства тав

Структура

Относительное удлинение, 7

44,5 8,0 146 Гф 9, Граз 15-40, П 2 П25

Фе 75

Гф 9, Граз 15-40, П, 2 П10

Фе 90Ц2

42,0 9,0 131

163 Гф 9, Граз 25-45, II, 2 П60

Фе 40

45,5 6,0

30,5 5,9 116 Гф 6,7,8, Граз 45-90, Фе

33,0 9,0 121 Гф 8, Граз 25-60, П 2 П6

Фе 94

35,0 10,0 121 Гф 8, Граз 5-100, Фе

Редактор М.Келемеш

Заказ 2614/24 Тираж 604 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Предел прочности кг/мм

Твердостьь, НВ

Со ст авит ель Н, Шепит ь ко

Техред A. Кравчук Корректор С.Шекмар