Способ получения чугуна с шаровидным графитом

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве отливок из чугуна с шаровидной формой графита (ЧШГ). Цель изобретения - повышение предела прочности чугуна при растяжении, ударной вязкости и фрикционной стойкости. новый способ получения ЧШГ включает расплавленные шихты, перегрев расплава, легирование гомогенизирующими азотированными брикетами в количестве 0,2-1,0 мас.%, раскисление при выпуске в ковш карбидами бария в количестве 0,1-0,7 мас.%, введение в ковш в качестве графитизаторов боридов и последующее ремодифицирование расплава смесью нитридов редкоземельных элементов цериевой группы и твердой углекислоты, взятых в соотношении (2-5) : 1 в количестве 0,024-0,075 мас.%. Применение при легировании азотированных брикетов, при раскислении карбидов бария, а также использование в качестве графитизаторов боридов и проведение ремодифицирования расплава смесью нитридов РЗМ цериевой группы и твердой углекислоты позволяет повысить предел прочности чугуна σ<SB POS="POST">в</SB> в 1,6-1,8 раза, улучшить фрикционные свойства в 1,7-2,6 раза. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5I)5 С 21 С 1/1О

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯЬ1

ПРИ ГКНТ СССР

Н АBTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 425843 7/31-,02 (22) 08.06.87 (46) 07.01.90. Бюл. У (71) Гомельский политехнический институт (72) М. И. Карпенко (53) 669. 18 (088. 8) (56) Ципин И.О..Высокопрочный чугун с шаровидным графитом.-N.: 1958, с.51.

Авторское свидетельство СССР

У 865917, кл. С 21 С Ij00, 1979. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА С ШАРОВИДНь1М ГРАФИТОМ (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве отливок из чугуна с шаровидной формой графита (ЧШГ). Цель изобретения — повышение предела прочности чугуна при растяжении, ударной вязкости и фрикционной стойкости.

Новый способ получения ЧШГ включает расплавление шихты, перегрев расплаИзобретение относится к металлургии, в частности к разработке способов получения высокопрочных чугунов с шаровидным графитом.

Цель изобретения — повышение предела прочности при растяжении чугуна, ударной вязкости и фрикционной стойкости.

Выбор приемов и параметров в предлагаемом способе обоснован следующим образом.

Легирование расплава гомогенизирующими азотированными брикетами в количестве 0,2-0,1 мас.% стабипизи. рует процесс плавки и усвоение расп„„SU„„1534059 A 1

2 ва, легирование гомогенизирующими аэотированными брикетами в количестве

0,2-1,0 мас.%, раскисление при выпуске в ковш карбидами бария в количестве 0,1-0,7 мас.%, введение в ковш в качестве графитизаторов боридов и последующее ремодифицирование расплава смесью нитридов редкоземельных элементов цериевой группы и твердой углекислоты, взятых в соотношении (2-5) :1, в количестве 0,024

0,075 мас.%. Применение при легировании аэотировэпных брикетов, при раскислении карбидов бария, а также использование в качестве графитизатора боридов и проведение ремодифицирования расплава смесью нитридов РЗМ цериевой группы и твердой углекислоты позволяет повысить предел прочности чугуна (ц в 1,6-1,8 раза, улучшить фрикционные свойства в 1,7-2,6 раза.

2 табл. лавом аустенитообразующих элементов, усиливает его гомогенизацию и однородность, что повышает механические свойства ччгчна. снижает остаточные термические напряжения в литом металле и повышает стабильность упруго-пластических и фрикционных свойств

При увеличении присадки в расплав более 1,0 мас.%. гомогенизирующих asoтированных брикетов значительнО снкжается температура расплава, ухудшается процесс растворения и не достигается однородная структура чугуна в отливках, что снижает ста бильность механических свойств.Ниж 534059 ний предел концентрации аэотированных брикетов (0,2 мас.Х) обусловлен не-. достаточным гомогениэирующим и микролегирующим влиянием при более низких концентрациях, что снижает характеристики ударной вязкости, трещиностойкости и фрикционных свойств.

При раскислении расплава карбидами бария в количестве 0,1-0,7 мас.X 10 благодаря их высокой х."тмической активности в расплаве и,циссоциации на, барий и углерод достигается интенсив; ное перемешивание расплава и удаление кислорода, что снижает содержа- 15 ние неметаллических включений в чугуне и повышение его однородности и стабильности механических свойств.

При раскислейии расплава карбидами бария в количестве до 0,1 мас.Х, ин- 20 тенсивность процессов перемешивания, расплава и удаление кислорода недостаточны, а однородность чугуна и стабильность механических свойств низкие. Верхний предел введения кар- 25 бидов бария (0,7 мас. .) обусловлен увеличением угара легирук1щих элементов и снижением стабильности фрикционных свойств и хрупкой прочности. . При внепечной обработке в качестве щ графитизаторов используют бориды, а в качестве ремодификаторов -- смесь нитридов редкоземельных элементов цериевой группы и твердой углекнслсты, взятых в соотношении (2-5) :1, в количестве 0,024-0,075 мас.Х,.это создает дополнительные центры крис-. таллизации и активные эародьппи графита, ято повышает дисперность структуры чугуна и стабильность его упруго-пластических и фрикционных свойств и снижает остаточные термические напряжения.

Выбор боридов в качестве графитизирующих модификаторов связан с их 4» высокой стабильностью в расплавах с высокой температурой перегрева благодаря низкой активности при взаимодействии с углеродом, кислородом и серой, что исключает образование ссединений, переходящих в шлак, и ув:-личивает продолжительность сохране-. ния модифицирующего эффекта, способствуя повышению предела прочности при растяжении и стабильности меха-.

55 нических свойств, При введении в расплав смеси нитридов редкоземельных элементов церневой группы и углекислоты, взятых в соотношении (2-5) г 1, в количестве до

0,024 мас.% эффективность процесса ремодифицирования недостаточна, повьппается склонность чугуна к возникновению анормальных и анизотропных структур и степень ферритизации металлической основы в литых изделиях и значительно снижаются фрикционная износостойкость и предел прочности при растяженжл, При введении ремодификаторов в количестве более

0,075 мас,% повышается концентрация в чугуне неметалличеаких включений и снижаются стабильность структуры, ударная вязкость, механические свойства, повышаются остаточные термические напряжения и склонность к трещинам. Концентрация твердой углекислоты в смеси определена экспериментально с учетом более полного усвое" ния ремодификатора. При ремодифицировании расплава смесью редкоземельных металлов цериевой группы и твердой углекислоты, взятых в соотношении менее 2:1, повьппаются угар и потери модификаторов и химически-активных элементов и снижаются прочностные и фрикционные свойства, а при их соотношении более 5".1 снижается скорость растворения, повышается концентрация неметаллических включений, что ухудшает стабильность структуры и упругопластические свойства.

Способ осуществляется следующим образом.

Плавку чугуна проводят в открытых индукционных печах из шихты, содержащей передельные чугуны и чугунный лом, стальной высечки, возврата производства, гранулированного Ферроникеля, азотированных брикетов аустенитообразующнх металпов и ферросцлавов. Содержание фосфора в шихте 0,0050,05 Mac. . Перегрев расплава в печи

1-l50 1550 С. Аустенитообразующне элементы вводят в количестве 0,88-4,05Х от массы расплава, а после выдержки расплава в течение 3-5 мин проводят микролегирование азотированными прессованными брикетами, полученными из азотированного ферромолибдена, порошков нитридов хрома и марганца или брикетов карбонитридов этих аустенитообразующих элементов. При выпуске расплава из печи в раздаточный ковш проводят присадку раскислителей. Модифицирование чугуна проводят в разливочных ковшах при выпуске в.них рас5 15 плава иэ раздаточных ковшей, а перед разливкой в модифицированный расплав вводят ремодифицирующие смеси в количестве 0,024-0,075Х от массы расплава, В табл.1 приведены параметры выполнения предлагаемого и известного способов получения чугуна с шаровидным графитом опытных плавок.

При выполнении плавки с использованием известного способа получения чугуна миролегирование расплава гомогенизирующими азотированными брикетами не проводят, а при раскислении вводят силикокалъций в количестве 0,8 мас.7 и алюминий в количестве 0,5 мас.X. Максимальную температуру перегрева, приведенную в табл.1, замеряют при проведении легирования расплава аустенитообразующими элементами. Температура расплава при модифицировании 1410-1430 С, а-при введении ремодификаторов 1390-1405 С.

Проводят заливку расплава в песчано-глинистые формы для получения износостойких отливок, образцов для механических испытаний и технологических проб после присадки ремодификатора не позднее, чем через 12 мин (оптимально 3-8 мин). Остаточные термические напряжения определяют на решетчатых пробах с брусьями Ф 12 и 20 мм, жидкотекучесть — на спиральных пробах Кери, трещиностойкость— на звездообразных технологических пробах.

На образцах в литом состоянии определяют механические свойства, используя методики по ГОСТ 9454-78 и образцы 10<10>55 типа 8 и по ГОСТ !

497-85 P 10 мм.

Механические и технологические свойства чугунов с шаровидным графитом опытных плавок приведены в табл.2.

34059 6

Металлографические исследования структуры чугунов и их фрикционных свойств проводят после термической обработки, включающей изотермическую выдержку при 370-400 С в течение 1,2-2 ч и охлаждение на воздухе.

В высокопрочных чугунах, полученных предлагаемым способом, металлографические исследования структуры выявляют более высокую дисперсность бейнита, чем в чугунах, полученных известным способом.

Как видно из табл.2, предлагаемый способ получения чугуна обеспечивает более высокие механические (в 1,61,8 раза) и фрикционные (в 1,72,6 раза) свойства чугуна с шаровидным графитом.

Формула изобретения

Способ получения чугуна с шаро1 видным графитом, включающий расплав-

25 ление шихты, перегрев расплава, легирование аустенитообразующими элементами, раскисление при выпуске в ковш, введение сфероидизатс ров и графитиэаторов в ковш при выпуске в него расплава и его последующее ремодифицирование, о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения предела прочности при растяжении чугуна, ударной вязкости и фрикционной стойкости, легирование осуществляют гомогенизирующими азотированными брикетами в количестве 0,2-1,0 мас.Х, раскисление проводят карбидами бария в количестве 0,1-0,7 мас.Ж, в качестве графитизатора используют бориды, а при ремодифицировании применяют смесь нитридов редкоземельных элементов цериевой группы и твердой . углекислоты, взятых в соотношении

45 (2-5): 1, в количестве 0,024-0,075 мас. Х, 1534059

Таблица 1

Ремодифицирование расплава, мас .7

Способ

Легирование аустенитообМикролегирование гомоРаскислеИодифицирование боридами

Е от ге низ ирувщими азотированными брикетами. мас .7. ние карбидами бария, мас.X разующими элементами, Ж от массы расплава

Церие- Твердая вые углеРЗИ к исломассы расплава та

Карбо- Нитнитриды риды

3,250

0,05

1450

0,1 0,002 0,02 0,004 )450

0,3 0,06 0,04 0,012 1500

0,7 0,12 0,05 0,025 1550

0,1 0,002 0,02 0,004 1450

0,3 0,06 0,04 0,012 1500

0,7 0,12 0,05 0,025 1550 - Г

0,2 ,0,7

1,0

Таблица 2

Остаточные

Стабильность коэффициента трения, ч

Предел прочности при растяжении, ИПа

Коэффициент фрикционной износостойкости, К@

Способ

Ударная вяэтермиче ские напряжения, ИПа кость

Дж/см

48

550

6

Составитель Н. Косторной

Те хред Л, Олийнык Корректор Н. Король

Редактор Н. Гунько

Подписное

Тираж 493

Заказ 22

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издател:ьский комбинат "Патент", r.Ужгород, ул. Гагарина,101

Известный

Предлагаемый

2

4

Известный

Предл агаемьп1

3 °

5

0,88 0,2

2,20 0,7

4,05 1,0

0,88

2 2

4,05

992

946

966

995

87

98

97

2,8

3,5

3,8

3,2

4,0

4„2

2!5

146

294

Температура перегрева расплава, ОС