Смесь для обработки чугуна

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления чугунных изделий, эксплуатируемых при повышенных температурах. Цель изобретения - повышение ростоустойчивости при повышенных температурах, жидкотекучести чугуна и снижение стоимости обработки. Предлагаемая смесь содержит, мае.%: сурьму 10-20, чугунную стружку 70-87 и алюминий остальное. Дополнительный ввод в состав предлагаемой смеси чугунной стружки позволяет после обработки его чугунного расплава увеличить ростоустойчивость в 2- 2,5 раза, повысить жидкотекучесть в 1,54- 1,68 раза, а также снизить расходы на обработку чугуна в 2,18-3,5 раза. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 22 С 35/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 (21) 4839371/02 (22) 14.06.90 (46) 23.05,92, Бюл. ¹ 19 (71) Днепропетровский металлургический институт и Кушвинский завод прокатных валков (72) О.В. Пузы рько в-Уваров, А.В. Вихров, В.А. Ря мо в, А.Н. Сл юса рь, В, И, Комля ко в, Н.С.Козаченко и Ю.Е.Плющ (53) 669,15-198(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 765386,,кл. С 22 С 35/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 1116085, кл. С 22 С 35/00, 1982, Изобретение относится к литейному производству, преимущественно к смесям для обработки чугуна, и может быть использовано для улучшения качества отлитых из него изделий, эксплуатируемых при повышенных температурах.

Известна смесь для обработки чугуна, содержащая компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Церий 2-5

Алюминий 20-30

Кремний 30-35

Сурьма 6-10

Барий 5-8

Железо Остальное

Недостатками этой смеси являются короткий по времени графитизирующий эффект ее действия, значительное ферритиэирующее влияние бария на структуру чугу„„. Ц„„1735422 А1 (54) СМЕСЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЧУГУНА (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления чугунных изделий, эксплуатируемых при повышенных температурах. Цель изобретения — повышение ростоустойчивости при повышенных температурах, жидкотекучести чугуна и снижение стоимости обработки, Предлагаемая смесь содержит, мас.%: сурьму 10-20, чугунную с1 ружку 70-87 и алюминий остальное. Дополнительный ввод в состав предлагаемой смеси чугунной стружки позволяет после обработки его чугунного расплава увеличить ростоустойчивость в 22,5 раза, повысить жидкотекучесть в 1,541,68 .раза, а также снизить расходы на обработку чугуна в 2,18-3,5 раза, 1 табл. на, а также многокомпонентность ее состава, что усложняет ее использование.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности, составу и достигаемому эффекту является смесь для обработки чугуна, содержащая компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Сурьма 10-40

Порошок графита 10-40

Алюминий Остальное

Недостатками известной смеси являются малая стабильность структуры чугуна при повышенных температурах, что приводит к его росту и снижению эксплуатационной стойкости отлитых из него изделий, а также . высокая стоимость обработки. B связи с большим количеством алюминия в составе смеси ухудшаются литейные свойства чугуна и применение смеси сопряжено с высоким браком литья, 1735422

35

55 фектов

Цель изобретения — уменьшение роста чугуна при повышенных температурах, улучшение его литейных свойств, снижение стоимости обработки и брака литья.

Укаэанная цель достигается тем, что в качестве графитизирующей добавки в составе смеси используется чугунная стружка при следующем соотношении компонентов, мас. :

Алюминий 3-10

Сурьма 10-20

Чугунная стружка Остальное

Снижение эксплуатационной стойкости чугунных изделий, работающих в условиях теплосмен с длительным нахождением в области повышенных температур, например кокилей для отливки прокатных валков, связано с образованием на рабочей поверхности сетки трещин термической усталости, основной причиной которых являются фазовые превращения и рост графитных включений, происходящие с увеличением объема (рост чугуна), а поэтому увеличивающих напряженное состояние. Смесь для обработки чугуна должна обеспечить получение однородной перлитной структуры металлической матрицы при малых размерах эвтектических зерен, а также обеспечить создание барьеров из примесей между графитом и матрицей, препятствующих переходу при повышенных температурах атомов углерода из твердого раствора к графитным включениям.

В наибольшей степени этим требованиям должна отвечать смесь, содержащая сурьму, которая не только является наиболее сильным перлитизаторующим элементом, но и поверхностно-активным элементом, образующим на включениях графита адсорбционные слои толщиной 3-4 нм.

Широкие промышленные испытания содержащей сурьму смеси-прототипа показали, что вследствие высокого содержания в ней алюминия — сильнейшего элементаферритизатора в структуре чугуна имеет место аномальность перлита в виде ферритной каймы на междендритных границах, Ферритная кайма дестабилизирует перлит в процессе нагрева чугуна при термоциклировании, способствует его распаду на ферритно-графитную эвтектоидную смесь, что. сопровождается существенным увеличением объема ввиду небольшого удельного веса графита, значительным повышением уровня фазовых напряжений и, в конечном счете, способствует росту чугуна, Наряду с этим алюминий способствует повышению растворимости водорода в жидком чугуне, который затем при охлаждении отливки после затвердевания и особенно при повторном ее нагреве выделяется в матрице чугуна в свободном виде, образуя мик-. ротрещины — флокены, резко снижающие ростоустойчивость чугуна, Кроме того, алюминий в составе смеси проявляет сильное пленообразующее действие, что значител ьно ухудшает литейные свойства чугуна и способствует образованию дефектов в теле отливки в виде плен, заворотов, раковин и пористости, Однако полное устранение алюминия из состава смеси нежелательно, поскольку последний повышает термостойкость и окалиностойкость чугуна, образуя на поверхности изделий устойчивую окисную пленку, препятствующую проникновению газов внутрь отливки, Увеличения ростоустойчивости чугуна можно добиться только при определенном соотношении сурьмы и алюминия в составе смеси, равном примерно 2,5, При этом алюминий, увеличивая температуру выделения предэвтектического аустенита, способствует сегрегации сурьмы по границам зерен непосредственно в местах возможного образования ферритной каймы, в результате чего подавляется процесс возникновения аномальности перлита. При этом снижение содержания алюминия в составе смеси позволило снизить насыщение чугуна водородом и повысить жидкотекучесть металла.

Однако повышение в составе смеси доли сурьмы относительно алюминия увеличивает склонность чугуна к отбелу, что снижает его ростоустойчивость, Исследования показали, что применение порошка графита как графитизирующей добавки нецелесообразно, поскольку последний при введении его в чугун в составе смеси в значительной степени выносится конвективными потоками горячего воздуха или ошлаковывается быстрообразующимися окислами А гОз. Поэтому в качестве графитизирующей добавки в смеси используется чугунная стружка, содержащая структурно-свободный графит, инициирующий выделение графита при кристаллизации чугуна, имеющая большой объемный вес, что облегчает ее взаимодействие с металлом. Металлическая составляющая стружки облегчает процесс зарождения и роста предэвтектического аустенита, что повышает сегрегацию сурьмы и, следовательно, ростоустойчивости чугуна. Часть стружки, оставшаяся на поверхности металла, разрушает сплошность окиснай пленки, что повышает жидкотекучесть чугуна и уменьшает возможность образования деТаким образом, комплексное влияние алюминия, сурьмы и стружки в указанных пределах содержания компонентов позво1735422

55 ляет достичь увеличения ростоустойчивости чугуна при повышенных температурах, улучшения литейных свойств металла и снижения брака литья. При этом стоимость смеси значительно уменьшается в результате.ис- 5 пользования малоценной чугунной стружки и снижения содержания алюминия.

Сурьма в пределах 10-20 мас. обеспечивает получение однородной перлитной структуры и способствует ее стабильности 10 при повышенных температурах, а. также ликвируя на межфазные границы, создает барьеры, препятствующие диффузии углерода. При содержании сурьмы менее 10 мас. в структуре чугуна появляется фер- 15 ритная микроструктурная составляющая на междендритных границах, а при содержании более 10 мас. начинает проявляться ее отбеливающее влияние и в структуре чугуна появляется структурно-свободный це- 20 ментит, При таких изменениях структуры возрастает ее неоднородность. а ростоустойчивость чугуна снижается.

Алюминий в пределах 3-10 мас. обеспечивает раскисление чугуна, что способст- 25 вует его графитизации в процессе затвердевания. Образование на рабочей поверхности изделия устойчивой окисной пленки (А!20э) способствует уменьшению влияния газовой коррозии, интенсифициру- 30 ющей образование сетки термических трещин. При содержании алюминия менее 3 мас. влияние алюминия проявляется незначительно, а при содержании более 10 мас, в структуре чугуна появляютя флаке- 35 ны и ферритная кайма, а также ухудшаются литейные свойства металла.

Чугунная стружка используется в составе смеси в качестве инокулирующей и графитизирующей добавки, способствует 40 сегрегации сурьмы по границам зерен и нарушению сплошности оксидной пленки на поверхности чугуна. Оказывая захолаживающее действие при обработке, чугунная стружка способствует лучшему усвоению 45 сурьмы. При содержании ее менее 70 мас. снижаются графитизирующий эффект и однородность структуры чугуна. а увеличение более 87 мас, уменьшает полезную долю сурьмы и алюминия, а также делает затруднительным получение необходимой температуры заливки.

Результаты представлены в таблице.

Пример. В индукционной печи ИЧТ-6 с кислой футеровкой плавили чугун для отливки кокилей весом 4,5 т, которые имеют следующий химический состав, мас. ; углерод 3,5; кремний 2,4; марганец 0,5; фосфор

0,06; сера 0,04. Смесь загружали на дно ковша перед выпуском чугуна иэ печи в количестве 2 от массы обрабатываемого металла, имеющего температуру 1400 +. 15 С. После окачивания шлака при температуре металла

1350 5 С отбирали металл для заливки стандартной спирали Керн и производили заливку литейной формы. При механической обработке отливок кокилей от их нижнего торца отрезали темплеты, из которых вырезали образцы для проведения испытаний на ростоустойчивость и металлографических исследований. Рост чугуна изучали объемным методом в термоциклическом режиме 1100 С, 650 С с длительностью цикла 1,5 ч после 30 термоциклов.

Таким образом, внедрение предлагаемой смеси обеспечивает повышение ростоустойчивости чугуна в 2-2,6 раза, улучшение его жидкотекучести на 47-66, снижение стоимости смеси, и брака литья по плене и заворотам в 4,8 раза, Кроме того, достигается снижение расхода и увеличение оборачиваемости кокилей, изложниц, и прочей оснастки, работающей при повышенных температурах, а также снижение себестоимости литья.

Формула изобретения

Смесь для обработки чугуна, содержащая сурьму и алюминий, отл ича ю ща яс я тем, что, с целью повышения ростоустойчивости при повышенных температурах, жидкотекучести чугуна и снижения стоимости обработки, она дополнительно содержит чугунную стружку при следующем соотношении компонентов, мас. ;

Сурьма 10-20

Чугунная стружка 70-87

Алюминий Остальное

1735422

* Получение чугуна с использованием смеси-прототипа.

** Получение чугуна с использованием предлагаемой смеси, 10

Составитель Н.Косторной

Редактор О.Юрковецкая Техред М.Моргентал Корректор О.Кундрик

Заказ 1796 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

П роизводствен но-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 101