Смесь для получения высокопрочного чугуна

 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам смесевых модификаторов для получения высокопрочного чугуна с шаровидной формой включений графита, и может быть использовано при производстве отливок из высокопрочного чугуна. Целью изобретения является сокращение энергозатрат, повышение эффективности модифицирования и снижение расхода смеси. Смесь для получения высокопрочного чугуна содержит мас.% железную окалину 12-18

алюминиевую пудру 6-12

борную кислоту 3-5

железокремниймагнийкальциевую лигатуру остальное. Использование смеси позволяет устойчиво получать в отливках не менее 85% шаровидного графита при минимальном расходе смеси 1,8%, что в полтора раза ниже, чем при использовании известной смеси. Кроме того, снижаются теплопотери при модифицировании на 30-40% и повышаются прочностные характеристики литейного чугуна. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4370836/31-02 (22) 28.01.88 (46) 15.09.89. Бюл. Р 34 (71) Белорусский политехнический институт (72) N.11. Бондарев, В.М. Михайловский, В.А. Сметкин, В.Н, Рыбаков и И.М. Громыко (53) 669.15-198(088:8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 910777, кл. С 21 С 1/00, С 22 С 35/00, 1980.

Технические условия на получение железокремниймагнийкальциевой лигатуры ЖКМК-4. ТУ 14-5-39-74. (54) СМЕСЪ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА (57) Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам смесевых модификаторов для получения

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам смесевых модификаторов для получения высокопрочного чугуна с шаровидной формой включений графита, и может быть использовано при производстве отливок °

Цель изобретения — сокращение энергозатрат, повышение эффективности модифицирования и снижение расхода смеси.

Ф

Предлагаемая смесь для получения высОкопрочного чугуна содержит железную окалину, алюминиевую пудру, борную кислоту и железокремниймагний(д)) 4 С 21 С 1/10, С 22 С 35/00

2 высокопрочного чугуна с шаровидной формой включений графита, и может быть использовано при производстве отливок иэ высокопрочного чугуна. Це1 лью изобретения является сокращение энергозатрат, повышение эффективности модифицирования и снижение расхода смеси. Смесь для получения высокопрочного чугуна содержит, мас.%: железная окалина 12-18; алюминиевая пудра 612; борная кислота 3-5; железокремнийкальциевая лигатура остальное, Использование смеси позволяет устойчиво получать в отливках не менее 857 шаровидного графита при минимальном расходе смеси ),87, что в полтора раза ниже, чем при использовании из- вестной смеси. Кроме того, снижаются теплопотери при модифицировании на . 30-407. и повышаются прочностные характеристики литейного чугуна, 2 табл. кальциевую лигатуру при следующем соотношении ингредиентов, мас.Х:

Железная окалина 12-18

Алюминиевая пудра 6-12

Борная кислота 3-5

Железокремниймагнийкальциевая лигатура Остальное

В смеси железная окалина и алюминиевая пудра выполняют роль термита, при сгорании которого происходит расплавление железокремниймагнийкальциевой лигатуры, Железная окалина является окислителем, а алюминиевая пудра — восста3 1507806

HoBHTpлем и в указанных соотношениях способствует стабильному протеканию экзотермической реакции. Уменьшение или увеличение количества железной окалины и алюминиевой пудры приводит к нарушению протекания реакции горения.

Под действием экзотермической реакции расплавляется железокремниймаг- 10 нийкальциевая лигатура и борная кислота, содержащаяся в смеси. При этбм магний из лигатуры восстанавлйвает бор, Последний, реагируя с окислителем (железной окалиной), образует до- 15 полнительно большое количество тепла.

Стехиометрические расчеты показывают, что при реакции окисления бора дополнительно выделяется 546 ккал тепла.

Оптимальной величиной добавки борной 20 кислоты является ее содержание в смеси в количестве 3-5 мас. . Увеличение или уменьшение количества борной кислоты приводит к нарушению стехиометрии протекающих реакций, что снижает теплотворную способность смеси. Борная кислота является не только катализатором экзотермической реакции.

Под воздействием . экзотермичес- 0 кой реакции она расплавляется и служит флюсом, предохраняющим компоненты лигатуры (магний, кальций) от контакта с кислородом воздуха, и препятствует ее окислению, что повышает степень усвоения модификатора и снижает загрязнение расплава оксидами.

Железокремниймагнийкальциевая лигатура является основным компонентом смеси для получения высокопрочного 40 чугуна. Пределы ее содержания обеспечивают получение в отливках не менее

85% шаровидного графита при расхбде смеси 1,8-2,2 мас. .

Процесс модифицирования начинает- 45 ся с горения экзотермической смеси и расплавления борной кислоты и железокремниймагнийкальциевой лигатуры, Таким образом подвергаемый модифицированию чугун взаимодействует с жидким расплавом лигатуры, что сокращает теплопотери чугуна, так как отпадает необходимость в нагреве и расплавлении частиц модификатора. Образую-. щиеся при экзотермической реакции

;55 тугоплавкие частицы А1 0» В Оэ хорошо смачиваются жидким чугуном, в результате чего частицы не подвергаются флотации и не обволакиваются пузырьками адсорбированных газов, имеют поверхности с высокими эпитаксиальными свойствами и служат центрами кристаллизации графита, увеличивая число эвтектических зерен и измельчая структуру чугуна. Остальные тугоплавкие частицы не нарушают сплошность металла и не снижают показателей прочности, Пример. Для проведения сравнительных испытаний известного модификатора и предлагаемой смеси приго-. тавливали пять составов смеси на нижнем, среднем и верхнем, а также ниже нижнего и выше верхнего уровней содержания компонентов смеси.

Технология изготовления смеси включает размельчение железной окалины до фракции 0,1-0,63 мм и железокремниймагнийкальциевой лигатуры до фракции не более 5 мм, добавление согласно расчета алюминиевой комкованной пудры и технической борной кисло-. ты и последующее смешивание компонентов в лопастном смесителе в течение

2 мин.

Для приготовления смеси использовали следующие компоненты: железная окалина с содержанием Fe0 Fe Î не менее 95 ; желеэокремниймагнийкальциевая лигатура ЖКМК-4 (ТУ 14-5-39-74); техническая борная кислота марки В (ГОСТ 9656-75); алюминиевая комкованная пудра ЛЕС-1Б (ГОСТ 10096-76), Лигатуру ЖКМК-4, принятую за базовый вариант, дробили до фракции 110 мм.

Модифицированию подвергали чугун ваграночной плавки с содержанием серы 0,08 . Подготовленную модифицирующую смесь засыпали на дно чайникового ковша. При модифицировании по известному варианту сверху пригружали сталвной обрезью.

При проведении сравнительных испытаний определяли .величину теплопотерь. при модифицировании, расход модифицирующей смеси, степень сфероидизации графита, а также прочностные свойства чугуна °

Величину теплопотерь замеряли платино-платинородиевой термопарой horpyжения, прочностные свойства, чугуна оценивали на образцах, вырезанных из клиновидных проб (ГОСТ 7293-85).

В табл ° 1 приведены составы используемых смесей и степень сфероидизации графита в зависимости от расхода сме5 !507806 си. Температура модифицирования roо ставляла 1400 С.

Предлагаемая смесь для модифицирования опробована в лабораторных услоI виях и применялась для изготовления опытно-промышленных партий корпусных отливок тракторов из высокопрочного чугуна.

Формул а изобретения.

Смесь для получения высокопрочного чугуна, содержащая железокремниймагнийкальциевую лигатуру марки

ЖКМК-4, отличающаяся тем, что, с целью сокращения энергозатрат, повышения эффективности модифицирования и снижения расхода смеси, она дополнительно содержит железную окалину, алюминиевую пудру и борную кислоту при следующем соотношении ингредиентов, мас.Е:

Железная окалина 12-18

Алюминиевая пудра 6-12

Борная кислота 3-5

Железокремниймагнийкальциевая ли20

Остальное. гатура

Таблица 1

Степень сфероидизации графита при расхрде смеси, 7

Модификатор

Пределы содержания ком

Содержание компонентов в смеси, мас.Ж

Желез- А1 Барная ЖКМК-4 понентов в смеси ная пудра кисло- лигаокалина та тура 1,8 2,0 2,2 2,4

Известный

100

Средний

- Нижний 1 2

Ос— тальное

Предлагаемый

Средний

Верхний

Ниже!

18

9 4

12 5 и

10 нижнего

Выше

14 6

20 верхнего

Т а б л и ц а 2

Твердость, НВ

Модифи- Пределы катор содержания ком

Ударная вязкость, КС, т кДж/м

Удлинение, 8,Е

Предел прочности, 0,МПа

Теплопотери при модифицировании, ОС понентов

Известный

Предлагаемый

197

440 2,5

210

Средний 90

680 4,5

610 6,0

241

229

390

Как видно из данных табл. 1, пред5 лагаемая модифицирующая смесь позволяет устойчиво получать в отливках не менее 85% шаровидного графита при минимальном расходе смеси 1,8Е, в то время как известный модификатор обес- !0 печивает получение аналогичной структуры при расходе 2,4К.

В табл. 2 представлены теплопотери при модифицировании расплава известной лигатурой и предлагаемой сме- !5 сью при расходе их на модифицирование в количестве 2,27 от массы расплава, а также прочностные характеристики отливок.

Из данных табл. 2 видно, что применение предлагаемой смеси для модифицирования чугуна позволяет снизить энергозатраты на модифицирование за счет сокращения теплопотерь на растворение лигатуры, а также повысить прочностные свойства чугуна.

62 69 73 85

95 100 100 100

92 98 100 100

85 94 100 100

83 92 96 100

80 88 94 98

1507806

Продолжение табл.2

Теплопотери при модифиМодификатор

Твердость, НВ линее,3,% цировании, ОС

55 580 420 229

70 550 230 227

50, 530 250 217

Составитель К ° Сорокин

Техред М.Моргентал

Корректор Н. Борисова

Редактор Н. Киштулинец

Заказ 5519/30 Тираж 530 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101

Пределы содержания ком понентов

3.

Предел п1 очности

g» МПа

6,2

4,0

3,4 Ударная вязкость, КС, кДж/м