Модификатор для чугуна

 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к присадочным материалам, используемым для внепечной обработки расплава серого чугуна преимущественно при производстве отливок с высокой степенью разностенности, работающих в парах трения. Цель изобретения - получение чугуна с высокой и равномерной твердостью по сечению и повышение износостойкости. Модификатор для чугуна содержит медь, алюминий, марганец, сурьму, редкоземельные металлы, углерод и железо. Дополнительно модификатор содержит фосфор при следующем соотношении компонентов, мас. % : медь 30-50

алюминий 3-15

марганец 10-20

редкоземельные металлы 1-3

углерод 1-5

сурьма 1-11

фосфор 1-5

железо остальное, причем концентрации меди и сурьмы находятся в % Си = 52-2%SB. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (!9) (И) (5 ) С 22 С 35/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° °

° Ю

МЮ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4615029/27-02 (22) 25.10.88 (46) 15.08.90. Бюл. N 30 (71) Липецкий филиал Всесоюзного проектно-технологического института литейного производства (72) А.А.Суслов, Ю.П.Никитин, Л.H,Êîçëîâ, В.Л.Гудимович, А.Т.Трескин, Н.В.Новиков, В.И.Тимошкин, И.Н.Малюков и В.Е.Ермаков (53) 669.15-198 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

tP 1081228, кл. С 22 С 35/00, 1984. (54) МОДИФИКАТОР ДЛЯ ЧУГУНА (57) Изобретение относится к литейному производству, в частности к присадочным материалам, используемым для внепечной обработки расплава серого

Изобретение относится к литейному производству, в частности к присадочным материалам, используемым для внепечной обработки расплава серого чу", гуна, преимущественно, работающих в парах трения.

Цель изобретения - получение изотропной структуры с высокой и равномерной твердостью по сечению и повышение износостойкости.

Изобретение проиллюстрируется следующим примером.

Проверку эффективности модификаторов производили на базовом чугуне, содержащем, мас.Ф: углерод 3,3; кремний 1,8; марганец 0,7; Фосфор 0,12 и сера 0,05. Выплавку чугуна проводили в тигельной индукционной. печи ЛПЗ-63 с кварцитовой футеровкой. Модификато2 чугуна преимущественно при производстве отливок с высокой степенью разностенности, работающих в парах трения. Цель изобретения - получение чугуна с высокой и равномерной твердостью по сечению и повышение износостойкости. Модификатор для чугуна содержит медь, алюминий, марганец, сурьму, редкоземельные металлы, углерод и железо. Дополнительно модифика.тор содержит Фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.ь: медь

30-50; алюминий 3-15; марганец 10-20; редкоземельные металлы 1-3; углерод

1-5; сурьма 1-11; фосфор 1-5; железо остальное, причем концентрации меди и сурьмы находятся в (, Cu = 52 - 2ь Sb. Е

2 табл. ры выплавлялись на шихте из соответствующих Ферросплавов и чистых элементов в индукционной печи с использованием графитового тигля. При плавке модификаторов в качестве покровного флюса использовался бой графитовых блоков. Разливку модификаторов осуществляли в плоские ячеистые изложницы, дробление слитков до требуемой Фракции проводилось в щековой дробилке.

Модификатор в количестве 0,73 от массы металла присаживался на дно прогретого ковша перед сливом. Темйература модифицирования находилась в пределах 1360-1380 С. Обработанным чугуном заливались ступенчатые пробы с толщиной стенок 5, l5; 30, 60 и

120 мм ° имитирующие разностенную от15853 ливку и диски для износных испытаний.

За показатель изотропии была принята твердость и микроструктура в различных сечениях ступенчатой пробы.

Износные испытания проводились по следующей методике, Из чугуна, обработанного известным и различными составами предлагаемого модификатора, изготавливались диски диаметром 200 и толщиной 50 мм. Сопряженную деталь имитировали цилиндрические образцы диаметром 30 мм и высотой 20 мм, изготовленные из базового немодифицированного чугуна, которые усилием заранее тарированной пружины прижимались на 3 минуты к боковой поверхности дисков, вращающихся со скоростью 1450 об/мин. Износ сопряженной детали исчислялся как по- 20 теря веса и выражался в процентах, причем износ образца при трении о диск, изготовленный из чугуна, обработанного известным модификатором, принят за 1004. 25

В табл. 1 приведены составы мод ификаторов; в табл. 2 - результаты лспытаний.

Дополнительное введение фосфора в количестве 1-53 способствует образованию мелких, равномерно распределенных включений тройной Фосфидносурьмянистой эвтектики, образующих сплошной сетчатый каркас в металлической основе чугуна. Добавка фосфора препятствует образованию грубых включений эвтектики по границам зерен в толстых сечениях, снижающих механические свойства чугуна и являющиеся своеобразными шипами, имеющими 40 более высокую твердость, чем основная матрица, и значительно снижающими износостойкость сопряженных деталей в парах трения. При содержании ФосФоРа менее 16 его действие не прояв- 45 ляется, а при увеличении концентрации свыше 53 вследствие резкого укрупнения включений эвтектики падают механические свойства чугуна.

Добавка Р3М в оптимальных количествах улучшает форму графита и по50 вышает равномерность его распределения, увеличивает общую графитизацию чугуна, измельчает эвтектическое зерно и соответственно включения тройной эвтектики, улучшает характер ее распределения в толстых сечениях, дово" дя эти показатели до уровня тонких стенок, где мелкозернистая структура

4 обеспечивается за счет более высокой скорости охлаждения. Указанное воздействие Р3М способствует повышению как изотропности структуры чугуна обработанного предлагаемым модификатором, так и износостойкости чугуна сопряженных деталей.

При содержании РЗИ в модификаторе ме нее 14 эффекта измельчения структуры не наблюдается, а при концентрации свыше 34 возникает вероятность образования карбидов.

Иедь и сурьма введены в качестве основных перлитизаторов, причем их концентрации находятся в следующем соотношении: 4 Cu = 52 - 2 3ЯЬ. Указанная зависимость получена опытным путем и является эмпирической. Соблю-. дение такого соотношения концентраций стабилизирует эффект модифицирования чугуна за счет ослабления влияния колебаний химического состава исходного металла на результаты модифицирования, за счет чего значительно расширяется область применения предлагаемого модификатора. Кроме того, медь является графитизирующим элементом, а сурьма поверхностно.-активным по отношению к графиту. Это способствует получению мелких, равномер- . но распределенных включений графита в чисто перлитной матрице по всему телу отливки, что обуславливает получение изотропной структуры в стенках различной толщины, охлаждающихся с различной скоростью. При содержании менее 304 меди полная перлитиза ция не обеспечивается, а увеличение ее содержания более верхнего предлагаемого предела 504 нецелесообразно, ! так как эффект перлитообразования стабилизируется.

Добавка меди в количестве большем или меньшем, чем определено зависимостью ь Cu = 52 - 24 Sb, дестабилизирует действие модификатора.

Содержание сурьмы до 14 - граничная концентрация, ниже которой ее действие не проявляется, а свыше 113 наблюдается скачкообразный рост твердости в тонких стенках и ухудшение формы графита в толстых сечениях, что нарушает изотропию структуры. Кроме того, ухудшается износостойкость сопряженных деталей вследствие появления тройной эвтектики.

В качестве стабилизатора перлита в твердом состоянии в состав модифи15853 катора входит марганец. Замедляя вторую стадию графитизации, данный элемент предотвращает образование феррита в толстых сечениях отливок даже при сравнительно низких скоростях охлаждения. Металлическая матрица становится нечувствительной к содержанию в чугуне основного ферритизатора - кремния. Кроме того, марганец в указанных пределах в отличие от всех остальных карбидообразующих элементов не препятствует протеканию первой стадии графитизации и не способствует образованию отбела в тонких сечениях. Уменьшение концентрации марганца ниже 104 делает матрицу чувствительной к скорости охлаждения и содержанию кремния в чугуне, эффект перлитообразования дестабилизи- 20 руется, перлит становится крупнопластинчатым, что приводит к нарушению изотропии структуры и снижению механйческих свойств чугуна. Свыше 204 марганца начинает стабилизировать 25 карбидообра зова ние, что приводит к отбелу в тонких стенках..

Алюминий введен в состав модификатора как активный графитизатор в жидкой фазе и раскислитель. Данный компонент способствует активному выделению графита иэ расплава, что позволяет получать тонкие стенки отливок без отбела. Кроме того, добавка алюминия позволяет понизить содержа ние кремния в чугуне, что в свою очередь предотвращает ферритизацию матрицы и стабилизирует изотропность структуры и твердости по их телу отливки.

Данный эффект проявляется при содержании алюминия не менее 36, а свыше 15ь наблюдается образование окисных пленок и снижаются литейные свой-ства чугуна. Кроме того, возникает опасность образования подкорковой, ситовидной пористости.

Присутствие углерода способствует устранению первичных карбидов в результате внесения дополнительных гра70 . 6 фитовых зародышей в расплав, уменьшает усадочные дефекты металла, повышает количество выделившегося графита.

Включения графита, выходящие на поверхность во время работы детали, быстро выкрашиваются и являются своеобразными резервуарами для смазки, что увеличивает износостойкость в парах трения. Нижний предел содержания углерода обусловлен технологическими условиями выплавки модификатора и определен экспериментально, а увеличение концентрации данного компояента свыше 33 отрицательно сказывается на прочностных свойствах чугуна иэ-за образования графитовой спели.

Как видно из табл. 2 наилучшие результаты дает использование предлагаемого модификатора при содержании компонентов, не -выходящем эа предлагаемые пределы,при соблюдении предлагаемого соотношения концентраций меди и сурьмы.

Формула изобретения

1. Модификатор для чугуна, содержащий медь, алюминий, марганец, сурьму, редкоземельные металлы, углерод и железо, отличающийся тем, что, с целью получения чугуна с высокой и равномерной твердостью

flo сечению и повышения износостойкости, он дополнительно содержит фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.Ф:

Медь 30-50

Алюминий 3-15

Марганец 10-20

Редкоземельные металлы 1 "3

Углерод 1-5

Сурьма 1 "11

Фосфор 1-5

Железо Остальное

2. Модификатор по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что концентрации меди и сурьмы находятся в соотношении ь Cu = 52 - 23 $Ъ.

1585370

Таблица !

Состав модификатора, Пример

Si Ca Cu Sb A1 Ni Hn P3M С P Fe

Превышает расчетное

Соответствует

Осталь50 !! 3

50 1

44 4 11

32 10 15

30 1 15

10 1

10 1

t6 2

20 3

20 3

1 1

1 1

4 3

5 5

5 5 ное!!

I! !!

«!!»!!

«I!»

Менее расчетного

45 6 4 5 14 1 6 9 7 2

3 1!

Табли ца 2

Твердость по сечениям, НВ

Относи" тельный

Состав

120

102 255 197

83 229 212

82 229 212

89 229 212

88 212 185

241 .229 197

222 222 212

222 212 212

222 217 217

201 197 197

100 241 207 197 197 185

Редактор M.Håäoëóæåíêo

Заказ 2306 Тираж 487 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113 335, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Гагарина, 101

Предлагаемый

2

4

Известный

Предлагаемый

2

4

Известный

6 износ сопряженных деталей, 4

Составитель И.Бекренева

Техред Л.Олийнык Корректор Т.Иалец