Модификатор для чугуна

 

Изобретение относится к модификаторам для чугуна. Целью изобрете- .ния является повьшение трещиноустойчивости, снижение склонности чугуна к образованию усадочных дефектов в отливках и усадки чугуна.' Модификатор содержит, мас.%: редкоземельные металлы цериевой группы 6-13,* кальций 1-4; медь 0,1-4,' железо 5-15^ . кремний 5-25; магний 0,1-1,5,' висмут 2-7,' алюминий остальное. Предлагае- . i мый модификатор можно получать методом сплавления в индукционных печах модификатора ФСЗОРЗМЗО и отходов производства отливок из алюминиевых сплавов в соответствующих соотношениях. Содержание висмута обеспечирается вводом его в виде технически чистого металла. Ковшевая обработка доэвтектического чугуна предлагаемым модификатором позволила снизить количество макротрещин на сопряженных поверхностях до 0-3 против 10 при обработке известным модификатором, уменьшить объем усадочных дефектов до 0,75-1,7%, снизить высоту отбела до 1,5-6 мм. 2 табл.

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУЬЛИН

I (19) (11)

151)5 С 22 С 35/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4805278/02 (22) 23.03.90 (46) 30.01.92. Бюп. ) 4 (71) Белорусский политехнический институт (72) А.Г.Слуцкий, С.Н.Леках, Н.И.Бестужев, В.Л.Трибушевский, В.А.Шейнерт (SU), М.Мургаш и И.Вахтер (С$) (53) 669. 71.855.782 (088.8) (54) МОДИФИКАТОР ДЛЯ ЧУГУНА (57) Изобретение относится к модификаторам для чугуна. Целью изобретения является повышение трещиноустойчивости, снижение склонности чугуна к образованию усадочных дефектов в отливках и усадки чугуна. Модификатор содержит, мас.7: редкоземельные металлы цериевой группы 6 — 15; кальИзобретение относится к литейному производству, а именно к разработке составов модификаторов и лигатур для чугуна.

Известен модификатор для чугуна, содержащий кремний и Р3М на основе алюминия. Данный модификатор отличается низкой температурой плавления, что обеспечивает возможность обработки чугуна ваграночной плавки. Кроме того, он имеет ограниченную область применения — литье в металлические формы.

Цель изобретения — повышение трещиноустойчивости и снижение склонности чугуна к образованию усадочных .дефектов в отливках.

2 ц и 1-4; м дь 091 4; жезо 5 151 кремний 5-25; магний О, l-1,5, висмут

2-7; алюминий остальное. Предлагае-. . мый модификатор можно получать методом сплавления в индукционных печах модификатора ФСЗОРЗМЗО и отходов производства отливок из алюминиевых сплавов в соответствующих соотношениях. Содержание висмута обеспечивается вводом его в виде технически чистого металла. Ковшевая обработка доэвтектического чугуна предлагаемым модификатором позволила снизить количество макротрещин на сопряженных поверхностях до 0-3 против 10 при обработке известным модификатором, уменьшить объем усадочных дефектов до 0,75-1,7Х, снизить высоту отбела до 1,5-6 мм. 2 табл.

Выбранные пределы содержания ингредиентов установлены экспериментально. Содержание редкоземельных металлов цериевой группы в составе модификатора обуславливается их эффективным воздействием на процесс графитизации чугунов за счет инокулирующей обработки пасплава. Нижний пРедел содеРжаниЯ (6X) обусловлен достижением определенного эффекта. Превышение верхнего уровня содержания (157) может привести к обратному эффекту — возрастанию отбела чугуна и как следствие к снижению трещиноустойчивости и повышению усадки сплава.

Кальций — эффективный рафинирующий элемент. Его воздействие на про1 708909 це с с графитиз ации анало гиче н редк оземельным металлам. Нижний предел содержания (17) обусловлен необходимостью достижения эффекта графитизации, при превышении верхнего предела содержания кальция (4%) происходит ошлакование модификатора вследствие образования высокотемпературнь|х основных шлаков. 10

Медь — элемент, сопутствующий в исходных шихтовых материалах, на основе которых предполагается методом сплавления получать лигатуру (поршневые сплавы). Превышение верхнего пре- 15 . дела содержания (4%) требует специального ввода меди при плавке, что пввышает стоимость лигатуры и усложняет технологический процесс. Кроме того, повышение содержания меди выше верхнего предела не дает существенного приращения эффекта в достижении поставленной цели изобретения.

>железо — элемент, который косвенно способствует достижению поставлен- 25 ной цели изобретения. Оно повышает плотность лигатуры и повышает коэффициент усвоения модифицирующих компонентов лигатуры. Выбранные пределы содержания железа (5-10%) обеспечиваются использованием лигатуры . фСЗОРЗМЗО в качестве шихтовой составляющей для сплавления предлагаемой лигатуры. Превышение верхнего предела (15 ) уменьшает содержание других эффективных элементов модификаторов, что требует повышенного расхода лигатуры при достижении того же уровня эффекта обработки.

Выбранные пределы содержания крем40 ния в сочетании с алюминиевой основой лигатуры обеспечивают низкую температуру плавления лигатуры и как следствие высокое усвоение ее рас-. плавом.Кроме *того, кремний — извест45 ный графитизатор чугунов, нижний предел его содержания (57) выбран исхо-. дя из необходимости достижения определенного эффекта модифицирования, Превышение верхнего предела (257) не дает существенного приращения эффекта модифицирования и бесполезно в связи с наличием в составе предлагаемой лигатуры более эффективных модифицирующих элементов.

Магний снижает температуру плавления лигатуры, оказывает существенное инокулирующее воздействие на расплав чугуна. Нижний предел его установлен для достижения эффекта модифицирования. Превышение верхнего предела содержания магния (1,57) приводит к появлению заметного пироэффекта, ухудшает экологию цеха, снижает коэффициент усвоения магния., Ллюминиевая основа обеспечивает требуемую низкую температуру плавления модификатора.

Висмут — сильный поверхностно-активный элемент. Использование этого элемента в предлагаемом модификаторе основано на его способности адсорбироваться на поверхности неметаллического включения или растущего включения графита. При вводе в жидкий расплав чугуна лигатуры на основе алюминия с достаточно высоким содержанием кремния создаются зоны растворения, пересыщенные по этим элементам. В них сплав становится резко заэвтектическим. Последнее приводит к выделению высокоуглеродистых фаз (графит, карбид кремния) в зонах растворения лигатуры. В результате диффузионного выравнивания содержания модифицирующих элементов во всем объеме металла (после завершения процесса растворения модификатора) вышеназванные фазы становятся термодинамически неустойчивыми и наблюдается процесс их активного растворения.

Наличие в составе предлагаемой лигатуры активных элементов, таких как РЗМ, кальций, магний, резко интенсифицирует процесс выделения графитной фазы (создаются эффективные подложки для выделения графита и углеродсодержащих фаз), а дополнительный ввод висмута в количествах (277) за счет его адсорбции на поверхности зародышей графита увеличивает длительность их существования. Это резко снижает отбел чугуна, уменьшает усадку за счет более. полного протекания процесса графитизации, причем наблюдается измельчение и более равномерное распределение графита.

Как следствие изотропности структуры сплава отливки .повышается трещиноустойчивость чугуна.

Нижний предел содержания висмута (2 ) установлен исходя из необходимости достижения определенного эффекта. Превышение верхнего предела (77) может привести к обратному результату, широко известному по литературе — резкому возрастанию склон1708909 ности чугуна к кристаллизации по метастабильной диаграмме, низкой трещиноустойчивости и высокой усадке сплава в отливках, наблюдаемой при вводе поверхностно-активных элементов.

Ввод в состав лигатуры на основе алюминия совместно с ЩЗИ и Р3М висмута позволяет получить противоположный от общепризнанного эффект возрастания графитизирующего воздействия лигатуры на кристаллизующийся расплав чугуна.

Технология изготовления предлагае- 15 ой лигатуры может включать сплавление в индукционных печах модификатора ФСЗОРЗМЗО и отходов производства поршней из алюминиевых сплавов в со. ответствующих соотношениях. Содержа-! ние висмута обеспечивается вводом его в виде технически чистого металла.

Пример. Для сравнительного испытания известной и предлагаемой лигатуры выплавляли исходный чугун 25 следующего химического состава,, мас.%: углерод 3,2-3,4, кремний 1,82,0; марганец 0,5; хром 0,15. Плавку проводили в индукционной высококачественной печи. Технология модифицирования чугуна включала ковшевую обработку расплава предлагаемым и предлагаемым модификаторами в количестве

0 1 мас.R.

Склонность модифицированного чугуна к усадке .определяли по технологической пробе, имеющей. форму конуса объемом 76 смз. Объем усадочных де— фектов определяли как сумму объемов концентрированной раковины и усадочной пористости. Последнюю определяли по разнице удельной плотности материала условно плотной части пробы (вершина конуса) и части конуса, пораженной пористостью. Плотность матеФормула и з обре т е н и я

Модификатор для чугуна, содержащий редкоземельные металлы цериевой группы, кальций, медь, железо, кремний, алюминий, магний, о т л и-ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения трещиноустойчивости, снижения склонности чугуна к образованию усадочных дефектов в отливках и усадки чугуна, он дополнительно содержит висмут при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:

Редкоземельные металлы цериевой группы

Кальций

Медь

Железо

Кремний

Магний

Висмут

Алюминий

6-15

1-4

О, 1-4

5-15

5-25

0.,1-1,5

2-7

Остальное риала определяли методом гидростатического взвешивания.

Склонность чугуна к отбелу опреде-. ляли по высоте отбела в клине °

Трещиноустойчивость оценивали на технологической пробе, выполненной в виде Т-образной отливки, заливаемой в металлическую форму, одна из частей которых имела толщину 8 мм, другая 25 мм. Критерием трещиноустойчивости выбирали количество макротрещин на сопряженных поверхностях толстостенной и тонкостенной частях технологической пробы.

В табл. 1 и 2 приведенЫ результаты испытаний.

Как следует из приведенных данных, использование предлагаемого модификатора позволяет повысить трещиноустойчивость чугуна, снизить его усадку и отбел.

1 708909

Т а фл и ц а

Химический состав, мас.X.

Состав

Пределы содержания ингреди ентов в чугуне

РЗМ Са Cu Fe Si Mg Bi Al

Предлагаемый

5 5

12 15

15 25

3 4,5

17 30

1 нижний

2 средний

3 верхний

0,1

0,1

0,8

1,5

2 Остальное

10 2,5

2,0

4,0

0,05

4 5

7 и

4,0

0,1

0,05

4 mme нижнего 3

5 выше верхнего 18

0,5

6,0

5,0

2,5

Известный

6 (средний) 5э0 15

23,5 2,5

2,5

3,0

Таблица 2

Объем усадочных дефектов

g . смз

Состав моди фикатора

Расход МодификатоВысота отбела мм

Количество макротрещин на сопряженных поверхностях

0 1

1,7 1,29

0,9 0,68

0,75 0,57

1,9 1,44

2,3 1,75

1,85 1 4

2,3 1,75

0,1

2,0

Нет

0,1

1,5

7,8

Нет

0,1

0,1

0,1

7 (исходный чугун без модиФикатора) 15

Составитель Н.Бестужев

Редактор Н.Киштулинец Техред А.Кравчук Корректор А.Обручар ь

Заказ Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного ко.в тета по изобретениям и открытиям нри (KHT СССР

1130 15, Мо< ква, iK-35, Раушская наб., д. 4/5

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