Способ изменения микроструктуры серого чугуна

Изобретение относится к литейному производству чугуна и может быть использовано при получении высококачественных изделий из чугуна в металлургии и машиностроении. Осуществляют фильтрацию расплава серого чугуна через пенокерамический фильтр, на поверхность которого нанесен слой порошкового модификатора в виде соединений никеля, или молибдена, или марганца. Изобретение позволяет улучшить структуру и свойства серого чугуна. 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к литейному производству чугуна и может быть использовано при получении высококачественных изделий из чугуна в металлургии и машиностроении.

Серый чугун - один из самых распространенных материалов, на его долю приходится около 80% общего производства чугунных отливок. Серый чугун обладает высокими литейными качествами, хорошо обрабатывается и сопротивляется износу, однако из-за низких прочности и пластических свойств в основном используется для неответственных деталей. Существенный резерв повышения качества отливок из чугуна - совершенствование технологии плавки и внепечной обработки металлов перед заливкой в формы.

Известен способ внепечного модифицирования металлов и сплавов (Заявка РФ №93013413, МКП⁶ С21С 1/00, 1996), заключающийся в том, что на дно ковша или в струю расплавленного металла вводят природный карбонат, содержащий в своем составе кальций, барий, стронций и другие примеси. Полученные сплавы отличаются высокой степенью химической и структурной однородности. Недостатком данного способа является то, что при его осуществлении не происходит удаление примесей неметаллических включений, вследствие чего свойства сплава улучшаются незначительно.

Для позднего модифицирования чугуна и его окончательной фильтрации (Заявка РФ №2004124252/02, МКП⁷ В22D 1/00, 2005) расплавленный чугун пропускают через узел фильтра, состоящий из фильтрующего элемента и модифицирующей таблетки, содержащей ферросилиций и модифицирующий агент, в качестве которого используют церий, стронций, цирконий, кальций, марганец, барий, висмут, магний, титан, алюминий, лантан и/или серу. Фильтрующий элемент выполнен из тугоплавкого пористого материала, а модифицирующая таблетка получена посредством агломерирования порошкового модифицирующего состава. Недостатком данного способа является то, что модификатор поступает в расплав по мере растворения таблетки и переходит в отливку вместе с расплавом чугуна. В таких условиях трудно достичь равномерности распределения модификатора, что неизбежно сказывается на свойствах металла.

Аналогичный недостаток присущ и различным вариантам модифицирования сплавов ультрадисперсными порошками (Модифицирование сталей и сплавов дисперсными инокуляторами / В.П.Сабуров, Е.Н.Еремин, А.Н.Черепанов, Г.Н.Миннеханов. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2002. 212 с.).

В последнее время все более широкое распространение получают объемные пенокерамические фильтры, при фильтрации через которые отмечают не только очистку сплавов от посторонних включений, но и изменения структуры и свойств сплавов (Порозова С.Е. Пенокерамический фильтр как фактор воздействия на структуру и свойства доэвтектического силумина // Металловедение и термическая обработка металлов. 2001. №8. С.35-37).

Наиболее близким к заявляемому способу является способ фильтрации серого чугуна через пенокерамические фильтры (Фильтрация серого чугуна через пенокерамические фильтры / В.Н.Анциферов, А.А.Артемов, С.Е.Порозова и др. // Литейное производство. 2001. №1. С.11-12). При осуществлении этого способа после фильтрации расплава чугуна через пенокерамический фильтр удается не только отделить неметаллические включения, но и улучшить распределение включений графита, повысить прочность и одновременно пластичность (относительное удлинение) чугуна. Вместе с тем, в статье сделан вывод о том, что в данном случае возможности улучшения качества чугуна полностью не реализованы.

Предлагаемое изобретение обеспечивает дальнейшее улучшение структуры и свойств серого чугуна.

Указанная задача достигается тем, что в способе изменения микроструктуры серого чугуна осуществляют фильтрацию расплава через пенокерамический фильтр, на поверхность которого нанесен слой порошкового модификатора в виде соединений никеля, или молибдена, или марганца.

Использование пенокерамического фильтра с активным слоем порошкового модификатора из заявляемых соединений позволяет улучшить структуру и свойства серого чугуна.

Заявляемый способ иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.

Методом дублирования полимерной матрицы получали огнеупорную основу фильтра из химически связанного карбида кремния, при термообработке удаляли полимер и проводили спекание материала. Средний диаметр ячейки фильтров 6,3±0,5 мм. Модифицирующие покрытия наносили из солевых растворов химическими методами. Заливка образцов проводилась в производственных условиях в земляную форму при 1350-1380°С. Фильтр не подвергали предварительному разогреву, никаких изменений в литниковую систему и обычные условия литья не вносили. Размеры отливок одинаковые.

Испытания на прочность при растяжении проводили на разрывных машинах «Hekkert FP 100/1» и «Р-5» в соответствии с ГОСТ 1497-84 на цилиндрических удлиненных образцах. Точность определения временного сопротивления до 0,5 МПа. Твердость по Бринеллю определяли на твердомере ТБ5004. Свойства отливок приведены в таблице.

Таблица - Свойства отливок из серого чугуна
Характеристика фильтра	Свойства отливок
Твердость, НВ	Временное сопротивл., МПа	Относительное удлинение, %
Способ- прототип. Пенокерамический фильтр без покрытия	196	219±31	1,3
Покрытие на основе соединений никеля	212	243±7,1	2,2
Покрытие на основе соединений молибдена	207	245±8,6	2,1
Покрытие на основе соединений марганца	228	228±13,5	1,7

Как известно (Чугун: Справ. изд. / Под ред. А.Д.Шермана и А.А.Жукова. М.: Металлургия, 1991. 576 с.), пластичность и твердость отливок - характеристики, очень чувствительные к изменениям микроструктуры чугуна. Их увеличение свидетельствует о том, что при использовании пенокерамического фильтра с нанесенным на поверхность слоем порошкового модификатора удается улучшить структуру чугуна по сравнению с прототипом.

Таким образом, при использовании предложенного способа удается достичь улучшения структуры и свойств серого чугуна.

Способ изменения микроструктуры серого чугуна, включающий фильтрацию расплава серого чугуна через пенокерамический фильтр, отличающийся тем, что фильтрацию осуществляют через пенокерамический фильтр, на поверхность которого нанесен слой порошкового модификатора в виде соединений никеля, или молибдена, или марганца.