Модификатор для чугуна

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для модифицирования чугуна. Цель изобретения - повышение предела прочности чугуна при растяжении при сохранении уровня твердости . Модификатор для чугуна содержит, мас.%: Си 25-35; Zn 5-15 и Те остальное. При использовании модификатора для обработки чугуна повышается предел прочности в 1,1-1,26 раза, при сохранении уровня твердости в интервале 160-207. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s С 22 С 35/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ъ

5 — 5% нный (21) 4844386/02 (22) 26.06.90 . (46) 30,03.92. Бюл. № 12 (71) Краматорский научно-исследовательский и проектно-технологический институт машиностроения (72) С.М.Иваненко, А.А.Жуков и Т.И.Епур (53) 669.15-198(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 729272, кл. С 22 С 35/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

¹ 836180, кл. С 22 С 35/00, 1979.

Изобретение относится к металлургии„ в частности K модифицированию чугуна,.и может быть использовано при модифицировании чугунов различного состава.

Цель изобретения — повышение предела прочности чугуна при растяжении при сохранении уровня твердости.

В модификатор для чугуна, содержащий теллур, дополнительно вводят медь и цинк, при этом модификатор чугуна представляет собой сплав при следующем соотношении компонентов. мас.%:

Медь 25-35

Цинк 5 — 15

Теллур Остальное

Модификатор чугуна, представляющий собой сплав теллура с медью и цинком, состо-. ит в основном из тугоплавких химических со=, единений теллура с медью CumTem q . (например, СщТез) и цинком — ZnTe.

Соединения CumTem-1 (например, Си4Тез) имеют т.пл. 750 — 800 С и плотность

7,3,г/см, а соединение ZnTe имеет т.пл.

1240 С и плотность (d) 5,6 r/cì .

„„ Ы„„1723174 А1 (54) МОДИФИКАТОР ДЛЯ ЧУГУНА (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для модифицирования чугуна, Цель изобретения — повышение предела и рочности чугуна при растяжении при сохранении уровня твердости. Модификатор для чугуна содержит, мас.%: Cu 25 — 35; Zn 5 — 15 и Те остальное.

При использовании модификатора для обработки чугуна повышается предел прочности в 1,1 — 1,26 раза, при сохранении уровня твердости в интервале 160-207. 3 табл, Сплав, содержащий 25-35% Си- 1

Zn и остальное — теллур и представле в виде тугоплавких химических соединении — теллурида меди, теллурида цинка, имеет т.пл. 850-900 С, что обеспечивает высокую степень усвоения компонентов модификатора (например, теллура до 70-90%), тем самым повышается надежность модифицирования чугуна, а также имеет плотность Я

7,0-7,2 г/см, достаточную для обеспечения () погружения модификатора в расплавленный чугун. Благодаря тому, что теллур вводят в жидкий чугун в виде сплава, состоящего в основном из тугоплавких теллуридов меди и теллуридов цинка, процесс модифицирования протекает стабильно, а элементы, входя-,3 щие в состав предлагаемого модификатора, такие как медь, цинк и теллур, увеличивают надежность модифицирования чугунов различного состава, способствуя тем самым перлитизации металлической матрицы и измельчению структуры, что, соответственно, вызывает повышение прочности.

В зависимости от химического состава чугуна предлагаемый модификатор может применяться самостоятельно или в комплексе с графитизирующими присадками, например ферросилицием, силикобарием, алюминием, ЖКМК, РЗМ и т.п.

Оптимальное количество вводимого в серый чугун модификатора составляет

0,005 — 0,015% от массы жидкого металла. В качестве стабилизирующей и отбеливающей присадки модификатор для чугуна в количестве 0,005 — 0,30% от массы жидкого металла может применяться в производстве легированных чугунов, высокопрочного чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом, ковкого чугуна и т.д.

Пример. Выплавку модификатора чугуна производят в нагревательной печи сопротивления, снабженной вентиляционной вытяжкой, в графитовом тигле под слоем легкоплавкого защитного флюса. Флюс добавляется в количестве 10-20% от веса расплавляемого шихтового материала и представляет собой эвтектическую смесь солей NaCI u KCI в отношении 1Л.

B качестве шихтовых материалов для выплавки модификатора чугуна используют медь М2 (ГОСТ 859-78), теллур технический

Т1, (ГОСТ 17614-72), висмут Ви1 (ГОСТ

10928-75), цинк LI3 (ГОСТ 3640-79). Плавку шихтовых материалов производят в следующей последовательности; нагрев до 350-400 С; выдержка 0,3 ч; нагрев до 600 С; выдержка 0,3 ч; медленный нагрев до 800-850 С со скоростью 2 град!мин; выдержка 0,5 — 1.0 ч; разливка готового расплава в формы.

Для компенсации угара допускается увеличение навески теллура на 10 — 15% (сверх 100%).

Выплавка модификатора чугуна, представленного в виде сплава и состоящего в основном из химических соединений теллура с медью и цинком, может производиться в следующем порядке.

Испытаны составы известного и предлагаемого модификаторов для чугуна.

1. Раздельно по каждому соединению.

Для получения соединения CumTem-1 (например, С цТез) в тигель загружают 60I мас,% теллура. остальное — медь. Нагрев шихты оСуществляют до 800-850 С по приведенному температурному режиму. Для получения соединения ZnTe загружают 66 мас.% теллура, остальное — цинк. При выплавке соединения ZnTe шихту нагревают до 800 850 С произвольно, затем нагрев идет со скоростью не более 2 град/мин до

1000-1200 С с выдержкой при этой температуре в течение 0,5-1,0 ч.

Готовый модификатор дробится и добавляется в чугун в виде механической смеси соединений CumTem-1и ZnTe. при этом на долю соединения CumTem-1 должно прихо5 диться 60-90% от общей массы навески модификатора, а на соединение ZnTe—

40 — 10%, или в виде сплава, полученного при смешении расплавов CumTem-), ZnTe с последующей кристаллизацией готового

10 сплава при соблюдении следующего соотношения элементов, мас.%: медь 25-35; цинк 15 — 5; теллур остальное.

2. Совместное расплавление всех компонентовдля получения модификаторачугу15 на в виде сплава, состоящего в основном из тугоплавких химических соединений

CumTem-1 и ZnTe, в графитный тигель загружают исходные компоненты s следующем соотношении, мас.%:

20 Медь 25-35

Цинк 15 — 5

Теллур остальное

Для уменьшения угара теллура при выплавке сплава шихтовые материалы загружа25 ют в тигель в следующей последовательности: теллур, цинк, медь, флюс.

Сплав, содержащий 25 — 35% Си и 15 — 5%

Zn, и остальное -теллур и состоящий в основном из тугоплавких химических соединений

30 теллура с медью и цинком, имеет фиолетовый цвет, легко дробится, при температуре 850900 С имеет кашеобразное состояние, поэтому для разливки его в формы нужен перегрев до 950 С. Угар цинка и теллура под

35 слоем флюса NaCI — KCI незначителен.

Получен н ые составы известного и и редлагаемого модификаторов чугуна испытывали при модифицировании чугуна. Анализ экспериментальных данных показывает, 40 что сплав 1 имеет малую плотность, поэтому он не погружается в жидкий металл, а оставаясь на поверхности расплава, не оказывает необходимого модифицирующего действия на чугун, а сплав 5 недостаточно

45 тугоплавок, при этом наблюдается эффект кипения и модифицирующий эффект в чугуне вновь снижается. При содержании в модификаторе чугуна, содержащего,% . медь

25, цинк 15; теллур — остальное {сплав 2), его

50 плотность становится достаточной для погружения в жидкий чугун.

При содержании в модификаторе чугуна, содер>кащем,%: медь 35; цинк 5 теллур

55 остальное (сплав 4), его тугоплавкость становится удовлетворительной для оказания действенного модифицирующего эффекта на чугун.

Это позволяет считать концентрационный интервал компонентов в предлагаемом

1723174

Таблица 1 модификаторе чугуна оптимальным (сплавы 2, Зи4).

Известный модификатор чугуна показал хорошее погружение в жидкий металл, однако наблюдался небольшой эффект кипения.

Для изучения модифицирующего эффекта предлагаемого и известного модификаторов чугуна проводилось модифицирование чугуна с изучением его структуры и механических свойств. Для этого проводили выплавку серого чугуна в индукционной печи ИСТ-016 с кислой футеровкой (табл, 2). Модифицирование производили в 150-килограммовом разливочном ковше при 1340-1400ОС и в литниковой чаше формы.

Для определения модифицирующего эффекта на микроструктуру и прочность чугуна отливали цилиндрические пробы диаметром 30 мм и высотой 340 мм, из которых вытачивали стандартные образцы диаметром 20 мм для определения предела прочности чугуна на растяжение.

Результаты испытаний исходного и модифицированного чугуна представлены в табл. 3.

При введении в жидкий металл эвтектического состава предлагаемого модификатора чугуна в. количестве 0,005 — 0,015 от массы жидкого металла эффект модифицирования наиболее существен, например, за счет наибольшего прироста механических свойств. Это позволяет считать для серого чугуна звтектического состава данный количественный интервал предлагаемого модификатора чугуна оптимальным. Проведенные исследования показали, что известный модификатор чугуна имеет меньший модифицирующий эффект, что нашло отражение в приросте предела прочности на растяжение

0b модифицированного чугуна (табл. 3). Предлагаемый модификатдр чугуна обеспечивает более высокий прирост механических

О свойств при меньшем расходе модификатора.

Проведенные исследования показали, что для высокопрочного чугуна с шаровид5 ным.и вермикулярным графитом оптимальной я вляется присаДка в расплав

0,005 — 0,015 (от массы жидкого металла) предлагаемого модификатора чугуна, Для ковкого чугуна и легированного чугуна (на10 пример, высокохромистого) оптимальной является присадка в расплав 0,005 — 0,30 мас., Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения, в сравнении с известным заключается в появлении воз15 можности модифицирования и повышении механических свойств около 3 млн.т чугунных отливок в год, выплавляемых из низкомарочных эвтектических чугунов в небольших цехах и участках, не приспособ20 ленных для получения высококачественного серого чугуна. Кроме того, экономический эффект получен при применении предлагаемого модификатора взамен дефицитного висмута в производстве ковкого чугуна.

25 В. табл. 1 приведено содержание химических элементов в модификаторах чугуна различного состава..

В табл, 2 приведено содержание, элементов в различных составах серого чугуна, 30 выплавленных для испытаний модификаторов, В табл. 3 показано влияние модификаторов на механические свойства серого чу-. гуна.

35 Формула изобретения, Модификатор для чугуна, содержащий теллур, отличающийся тем, что, с целью повышения предела прочности чугуна при растяжении при сохранении уровня твердо40 сти, он дополнительно содержит медь и цинк при следующем соотношении компонентов, мас. :

Медь 25 — 35.

Цинк 5-15

45 Теллур Остальное

1723174

Таблица 2.

Таблица 3

Модификатор чугуна

»»»» >»

Сппае мо" дификаторов

Примечание

Плавка чугуна

Механические свойства серого чугуна

Твердост ь

НВ

Предел прочности на растяжение, б„ьг >Nlla

Без модиф.. 182

0,007 257

0,007 203

0,007 . 174

207

207

190

Сплав не погру». жается в жидкий чугун, сильно угорает .

236

201

143

171

154

0,007

0>007

0,007

Без модиф.

0,004

0,004

203

207

160 .

163. Влияние 0>0042-ных модификаторов нв механические свойства чугуна незначительно

215

6

6

179

180

178

Составитель Н.Косторной

Техред M,Mîðãåíòàë . Корректор О.Ципле

Редактор M,Ïåòðoàà

Заказ 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", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Количество введен" ного мо" дификатораД от массы жид" кого чугуна

Без модиф, 0>005

0,005

Без модиф.

0,015

0,015

0,016

Без модиф. 165

3 (вмес- 0,007+0>2 ФС75 226 то с ферросилици» ем

ФС75)

6 (вмес- 0,007+0,2 ФС75 203 те с ферросилици ем

ФС75) 163

179

179

183

310 Наблюдается отбел серого чугуна в отливках