Модификатор для чугуна

 

Изобретение относится к модификаторам для производства высокопрочного чугуна , преимущественно при получении отливок методом непрерывного литья. Цель изобретения - повышение длительности модифицирующего эффекта, размерной точности и равномерности свойств чугуна по сечению и по длине непрерывнолитого слитка . Модификатор содержит компоненты, мас.%: 2,5-3,5; кальций 0,1-1,5; алюминий 0,1-3,5; титан 0,1-10,0; редкоземельный металл 6,0-12,0; медь 6,0-30,0; цирконий 0,1- 5,0; кремний 35,0-55,0; железо остальное. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s С 22 С 35/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4826718/02 (22) 17.05.90 (46) 30.03.92..Бюл. ¹ 12

9 (71) Липецкий филиал Всесоюзного проектно-технологического института литейного производства (72) А.А,Суслов, А.С.Дубровин, Л.Н.Козлов, И.С.Быстрова, В.И.Тимошкин, И.Н.Малюков, В. Е;Е рмаков и Ю.П. Никитин (53) 669,15-198(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 533666, кл. С 22 С 35/00, 1986.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1036783, кл. С 22 С 35/00, .1982.

Изобретение относится к литейному производству, а именно к модификаторам для производства высокопрочного чугуна, преимущественно при получении отливок методом непрерывного литья.

Известен модификатор, содержащий, мас.%:

Магний 6,0-8,0

Кальций 3,0 — 12,0

Барий 1,0 — 12,0

Редкоземельные металлы 1,0 — 8,0

Медь 15,0 — 30,0

Железо 1,0 — 15,0

Марганец 15,0 — 30,0

Углерод 0,5-6,0

Кремний Остальное

Однако указанный модификатор не обладает достаточным графитиэирующим потенциалом, а также вследствие черезмерно высокого содержания щелочноземельных металлов плохо усваивается чугуном, что не

„„. Ж„„1723172 А1 (54) МОДИФИКАТОР ДЛЯ ЧУГУНА (57) Изобретение относится к модификаторам для производства высокопрочного чугуна, преимущественно при получении отливок методом непрерывного литья. Цель изобретения — повышение длительности модифицирующего эффекта, размерной точности и равномерности свойств чугуна по сечению и по длине непрерывнолитого слитка. Модификатор содержит компоненты, мас.%; 2,5 — 3,5; кальций 0,1 — 1,5; алюминий

0,1 — 3,5; титан 0,1 — 10,0; редкоземельный металл 6,0 — 12,0; медь 6,0-30,0; цирконий 0,15,0; кремний 35,0 — 55,0; железо остальное.

2 табл. позволяет получать высокие физико-механические характеристики металла.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является модификатор, содержащий, мас.%:

Магний 0,1 — 2,0

Кальций . 0,1 — 4,0

Барий 0,1-5,0

Редкоземельные металлы 0,1-5,0

Алюминий 0,1-4,0

Медь 0.1 — 5,0

Титан 0,1-15,0

Кремний 60,0-78,0

Железо Остальное

Однако известный модификатор не обеспечивает равномерности свойств и размерной точности непрерывнолитого слитка из высокопрочного чугуна, а также вследствие низкого содержания Р3М не обладает

1723172

50.достаточной устойчивостью и длительностью эффекта модифицирования..

Цель изобретения — повышение размерной точности слитка и равномерности свойств чугуна по сечению и по длине непрерывнолитого слитка, а также повышение длительности модифицирующего эффекта.

Поставленная цель достигается оптимизацией содержания элементов в составе модификатора, а также дополнительным введением циркония при следующем соотношении компонентов, мас.%;

Магний . 2,5 — 3,5

Кальций 0,1 — 1,5

Алюминий 0,1-3,5

Титан 0,1-10.0

Редкоземельные металлы 6,0-12,0

Медь 6,0-30;О

Цирконий 0,1 — 5,0

Кремний 35,0-55,0

Железо Остальное

Обработка чугуна модификатором предлагаемого состава способствует получению высоких и равномерных механических свойств как по сечению, так и по длине непрерывнолитого слитка, в значительной степени выравнивается микроструктура как по металлической матрице, так и по графитной составляющей.

Кроме того, при протяжке слитка, особенно крупногабаритного, из высокопрочного чугуна, как правило, имеется "подутие" слитка вследствие прогиба пластичной корочки по периметру сечения слитка во внешнюю сторону под действием металлостатического напора чугуна, находящегося в металлоприемнике, что приводит к нарушению размерной точности слитка и дополнительной механической обработке.

Обработка чугуна цирконийсодержащим модификатором предлагаемого состава в значительной степени устраняет указанный дефект.

При содержании циркония менее 0,1% его действия в изложенном направлении не проявляются, а при более 5% усиливается склонность чугуна к отбелу., Медь способствует перлитизации металлической основы чугуна, что повышает его эксплуатационные характеристики, утяжеляет модификатор и снижает температуру его плавления, что повышает степень усвоения модификатора и способствует снижению пироэффекта.

При менее 6% медь свое влияние не проявляет, а добавки свыше 30% меди не выгодны экономически и усложняют выплавку модификатора.

Основное назначение кальция традиционно-десульфурация и дегазация чугуна, снижение его склонности к отбелу, что обеспечивает получение качественных отливок с высокими рабочими свойствами. При менее

0,1% укаэанный элемент воздействия на чугун не оказывает, а при свыше 1,5% снижается степень усвоения модификатора в результате ошлакования его частиц при модифицировании.

Магний и редкоземельные металлы (P3M) являются глубуляризирующими компонентами модификатора, обеспечивающими получение графита вермикулярной и шаровидной формы, что резко повышает рабочие свойства чугуна, а замена части магния на РЗМ повышает степень усвоения модификатора и снижает пироэффект. Содержание РЗМ менее 6% и магния менее

2,5% не обеспечивает надежного получения компактных форм графита, а при свыше

3,5% магния и 12% РЗМ повышается склонность чугуна к отбелу, что снижает эксплуатационные качества металла.

Кремний является основой модификатора. В нем растворены все щелочноземельные и редкоземельные металлы. Кремний играет роль основного графитизатора. При менее 35% Si графитизирующий потенциал модификатора недостаточен, а при свыше

55% Si значительно падает удельный вес модификатора и повышается его температура плавления, что снижает степень усвоения и усиливает пироэффект.

Алюминий способствует графитизации чугуна, предотвращает окисление модификатора. При менее 0,1% его действие не проявляется, а при более 2,5% ухудшается шлаковый режим модифицирования.

Титан введен в качестве сильного раскислителя и нитродообразующего элемента. При менее 0,1% его действие также не проявляется, а при более 10% титан подавляет процесс образования шаровидного графита.

Железо является балластом и способствует утяжелению модификатора. Оно вносится в сплав как составляющая шихтовых ферросплавов.

Оценку эффективности модификаторов проводят в серии экспериментальных плавок.

В качестве шихтовых материалов для выплавки модификаторов используют следующие сплавы и чистые компоненты: магний металлический гранулированный, силикокальций СК-ЗО, силикобарий ФС55

Ба32, силикоцирконий ФСЦр50, алюминий металлический чушковый А98, лигатура

ФСЗОРЗМЗОА, медь катодная, ферротитан

1723172

ФТиЗОА, ферросилиций ФС75. Модификаторы выплавляют в графитовом тигле емкостью 60 кг, помещенном в плавильный индуктор установки ЛП3-63.

Для предотвращения угара компонентов с момента включения индуктора до момента разливки модификатора по изложницам в тигель печи подают аргон. После охлаждения полученные слитки дробят до фракции 115 мм.

Базовый чугун состава,, : углерод 3,33,5; кремний 1,5 — 1,7; марганец 0,5-0,7; фосфор 0,1; хром 0,1 и сера 0,07-0,09. выплавляют в индукционной печи.ИЧТ-1 емкостью 1 т с кислой футеровкой. Обработанным металлом заливают соответствующие образцы, от каждого из которых отбирают пробы на химический анализ. Расход модификаторов составляет 2,5Я, от массы обрабатываемого металла. Температура обработки 1380 С.

Модифицированный чугун заливают в металлоприемник установки непрерывного литья, после чего начинают протяжку слитка

"квадрат 120 х 120 мм".

Через каждый погонный метр полученного слитка вырезают поперечные темплеты в количестве 10 шт, для определения микроструктуры и механических свойств чугуна, а также размерной точности слитка.

flog размерной точностью понимают максимальное отклонение от размера "120 мм", выраженное в миллиметрах. flop равномерностью свойств по сечению слитка понимают максимальную разность в показателях твердости и прочности на разрыв образцов, взятых от каждого из десяти темплетов в центре квадрата и при вершине угла на расстоянии 20 мм от кромки, Для характеристик однородности свойств по длине слитка сравнивают между собой показатели свойств, полученные на образцах из вершин квадрата на каждом темплете.

В табл. 1 приведены данные по составам. модификаторов, длительности модифицирующего эффекта и размерной точности слитка.

В табл. 2 приведены данные по свойствам чугуна.

По данным табл. 1 можно сделать вывод о том, что наилучшей размерной точностью и размерностью свойств обладает чугун, обработанный модификатором предлагаемого

5 состава 3 (оптимальный состав). Этот модификатор имеет также наибольшую длительность модифицирующего эффекта. Разница показателей твердости (табл. 2) по длине слитка равна 0 и 14 HB по сечению против

10 38; 27 Н — по длине и 18, 27 и 38 HB — no сечению слитка при использовании составов 1 и 5 с содержанием компонентов, выходящим за заявляемые пределы, и известного состава 6. Аналогично сравне15 ние разности показателей прочности на разрыв: максимум 9 кгс/мм — у предлагае-, 2 мого состава против минимума из всех прочих 10 кгс/мм — у состава 1 (по сечению

2 слитка). Одинаковую и максимальную раз20 мерную точность также обеспечивает модификатор предлагаемого состава.

Таким образом, предлагаемый модификатор для чугуна позволяет. повысить длительность модифицирующего эффекта, 25 размерную точность и равномерность свойств чугуна по сечению и длине непрерывнолитого слитка.

Формула изобретения

30 Модификатор для чугуна, содержащий магний, кальций, алюминий, титан, редкоземельные металлы, медь, кремний и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения длительности модифицирующе35 го эффекта, размерной точности и равномерности свойств чугуна по сечению и по длине непрерывнолитого слитка, он дополнительно содержит цирконий при следующем соотношении компонентов, мас. :

40 Магний 2,5 — 3-5

Кальций 0,1-1,5

Алюминий 0,1 — 2,5

Титан 0,1-10,0

Редкоземельные

45 металлы 6,0-12,0

Медь 6,0-30,0

Цирконий 0,1-5,0

Кремний 35.0-55,0

Железо Остальное

1723172

Тблица 1.

Таблица 2..

Составитель А.Суслов

Редактор М.Петрова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О. Ципле

Зака 3 1045 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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