Способ модифицирования металла в литейной форме

 

Союз Советски к

Социалистические

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«i 749563 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 14.04.78 (2l ) 2605367/22-02 с присоединением заявки ¹ (23) Прноритет—

Опубликовано 23.07.80 Бюллетень № 27

Дата опубликования описания 28.07.80 (5! )М. Кл.

В 22 D 27/20

Гасударственный комитет (53) УДК621.746..58(088;8) ло делам нзооретеннй н открытий (72) Авторы изобретения

В. Г. Горенко

Институт проблем литья АН Украинской ССР (71) Заявитель

2 зуемый модификатор имеет крупность частиц 1,5-3,0 мм (21.

Эти способы не обеспечивают стабильное и равномерное распределение модификатора в весь период заливки металла.

В хачестве прототипа изобретения выбран способ, который заключается в том, что между реакционной камерой и задерживающей шлак и нерастворившийся модификатор перегородкой, устанавливает т ся легкоплавкая пробка, изготовленная иэ пенополистирола. Пробка увеличивает, длительность контахта первой цорции металла с модтернкатором и способствует получению в микроструктуре шаровидной формы графита $3).

Этот способ имеет существенные недостатки. Действие пенополистироловой пробки захлючается в увеличении времени хонтакта первой порции металла с измельченнь!м модификатором. Длительность ди-. струкции пенополистирола щюбки опреде- . ляется температурой и ферростатическим напором заливаемого металла, что поИзобретение относится к литейному производству, в частности к вопросу получения модифицированного металла путем его обработки присадками вводимыми в элементы литниковой системы. . Известен способ изготовления отливок иэ высокопрочного чугуна, заключающийся в том,, что куски лигатуры укладываются либо в литниковую систему (Между стояком и шлакоуловителем), либо в специаль!

О ную закрытую чашу над стояком, причем шлакоуловитель (в первом случае) и стояк (во втором случае) отдельны от емкости, в т которую укладываются хуски лигатуры, специальной сетки )1) . т5

Для обработки металла в форме известен .способ, заключающийся в том> что иэ мелкоизмельченного модификатора изготовляют кольцевой вкладыш, помещаемый в литниковую систему заливаемой формы.

Для улучшения растворения и распределения модификатора литниковая система в зоне вкладыша расширяется, а исполь(54) СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА

В ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕ

3 7 дается регулированию в небольших пределах.. Поэтому способ, выбранный в качестве прототипа, позволяет только повысить степень растворения модификатора в первой порции металла и не влияет на дальнейший процесс его растворения благодаря чему в металл в середине заливки переходит лишнее количество модификатора, а в конце заливки он часто оказывается недомодифицированным и в михроструктуре чугуна появляется графит пластинчатой формы.

Цель изобретения — сокращение расхода модификатора, повышение равномерного его распределения по сечению отливки улучшения микроструктуры и повышения физико-механических свойств обрабатываемого металла.

Это достигается тем, что первую порцию металла, составляющую 4,5-8,0 4 от чернового веса отливки заливают в форму с секундной скоростью 0,652

14,5 кг/с.см, затем ее увеличивают за

1,2-2,8 с, в 1,2-2,3 раза по сравнению с первоначальной и в дальнейшем, до полной заливки формы, секундную скорость постепенно уменьшают например, по линейному закону таким образом, чтобы в конечный момент заливки она была в 1,05-1,15 раза больше, чем первоначальная.

Кинетика растворения модификатора, помещенного в реакционную камеру литниковой системы, металлом, поступающим в форму в процессе ее заливки, состоит из трех периодов. Первый период заключается в процессе нагрева модификатора до температуры, обеспечивающей его, растворение первой порции металла.

Длительность этого периода зависит от температуры плавления и теплофиэических свойств модификатора, температуры металла, его ферростатического напора и секундной скорости заполнения формы.

Изменение ферростатического напора (11Н ) и секундной скорости (с) ), -1 СР при заполнении формы для отливки небольшой высоты и простой конфигурации происходит по линейному закону. Однако, степень растворения модификатора (nl !o) меняется по сложной зависимости. В первый период до момента происходит прогрев модификатора, время его контакта с первой порцией металла оказывается малым и чугун получается недомодифиш рованным со смешанной формой графита. При достижении оптнмаль ного количества растворенного модифика495

63 4 тора (Гпо„т ) форма графита получается шаровидной. В период последующей за л временем,, до максимума на кривой

1Л 1

m=f () происходит интенсивное растворение модификатора, благодаря наличию его большого количества и продолжению его прогрева за счет теплоты протекающего металла. В третий период модификатор уже достиг максимальной температуры прогрева и уменьшение степени его растворения протекающим металлом объясняется уменьшением количества модификатора в реакционной камере. Недостатком этого способа модифицирования металла в форме является малая степень модифицирования первой порции металла и сравнительно повышенный расход модификатора во второй и третий период его растворения. Поэтому средний расход модификатора находится в пределах 0,8 — 1,0%.

При использовании пенополистироловых пробок, устанавливаемых в литниковой системе, благодаря диструкции пенополистирола, увеличивается до 1,5-2,0 с длительность контакта первой порции металла с модификатором. B этом случае не наблюдается изменение величин ферростатического напора (h н ) и секундного расхода (о со ) металла, однако в первый период увеличивается время контакта металла с модификатором и это обеспечивает получение шаровидной формы гра- фита и первой порции металла. Расход модификатора остается таким же, как и в первом случае.

Модифицирование металла в форме, при использовании для ее заполнения низкого регулируемого давления происходит иначе. Избыточное .давление воздуха в тигле (Рр ) по мере заполнения формы под низким давлением, увеличивается.

При этом секундный расход (о ) оста-1 СР ется неизменным или увеличивается на большую величину. При этом следует отметить, что характер кинетики растворения модификатора rq = f (с ) остается подобным случаю, когда форма заливается, обычным металлом. Аналогичным остается также и расход модификатора.

Преимушеством модифицирования металла в форме при использовании для ее заливки низкого давления является воэможность регулирования в процессе заливки избыточного давления в тигле в довольно широких пределах. Как показали исследования, для.сокращения расхода модификатора, повышения его растворения

7495

5 в первой порции металла, стабилизации растворения модификатора . в период всей заливки формы, улучшения микроструктуры и повышения физико-механических свойств металла, избыточное давление в тигле и секундный расход заполнения формы металлом изменяли так, чтобы первая норв сия металла, составляющая 8,0% от чернового веса отливки поступала в форму при избыточном давлении в тигле

0,26 кгс/см и секундной весовой скорости 2,63 кг/с.см, затем давление воз2 духа увеличивали со скоростью

0,115 кгс/см в секунду и повышали секундную скорость заполнения формы 15 металлом в 1,2-2,3 раза (т.б.) по аравнеыпо с первоначальной и в дальнейшем, до полной заливки формы, секундную скорость заливки уменьшали по линейному закону, изменяя избыточное давление со скоростью 0,07 кгс/см в секунду и г в конечный момент заливки и в тигле обеспечивали давление 0,35 кгс/смг и оптимальную секундную скорость заполнения формы. 25

Ограничительные пределы в формуле изобретения выбраны по следующим соображениям. Первая порция жидкого металла, которая прогревает модификатор до температуры металла составляет 4,58,0% от чернового веса стливки. 4,5% получается при высокой температуре заливаемого металла, а 8% при температуре металла равной минимальной, которая обеспечивает заполнение форм

35 металлом.

Минимальная секундная скорость за2 ливки металла равна 0,65 кг/с. см. При меньшей скорости заливки ввиду большой теплоотдаче металла на нагрев литнико- 4л вой системы и модификатора, жидкотекучесть чугуна значительно уменьшается и металл при заполнении формы затвердевает, что приводит к образованию спаев

При скорости заливки больше 14,5 Kr/c см45 время контакта металла с модификатором оказывается малым и при увеличении скорости заливки во второй период в

1,2-2,3 раза металл может получить я недомодифициров анным. 5Î

63 6 с температуро" 1420-1460 С. Дальней- шее уменьшение секундной скорости заполнения форм возможно благодаря уменьшению количества модификатора и стабплизашп его растворения в процессе всей заливки форм. Установлено, что если при обычной заливке форм, во второй период количество растворенного модификатора превышает оптимальное в 2, 1 раза, то при использовании предлагаемого способа заливки оно не превышает 1,251,3 раза.

Уменьшение скорости заливки по линейному закону необходимо проводить потому, что уменьшение количества растворяющего модификатора происходит по закону близкому к линейному.

В конечный период заливки скорость должна быть больше первоначальной в

1,05- J,15 раза. При скорости большей чем первоначальная в 1, 15 раза металл может получиться недомодифицированным, а если величина скорости по сравнению с первоначальной меньше, чем в 1,5 раза, то заполнение металла в форму происходит медленно и в плоских стенках могут образоваться дефекты.

Для модифицирования использовался исходный чугун следующего химического состава, вес,%: 3,37-3,41 С; 1,62-2,675;

0,24-0,26 МtJ 0,06-0,09 и 0,020,03 5. Модификатор содержал, вес.%о:

6,8-7,8 МД ; 54,8-55,65 ; 1,422,17 Са; 1,26-1,38 РЗМ; 0,93

1,02 А и остальное — железо.

Для заливки под низким давлением форм использовался исходный чугун с температурой 1320 — 1460 С.

Проведенные исследования показали, что использование для получения форм регулируемого низкого давления, изменяемого по предлагаемым режимам, .позволяет сократить общий расход модификатора с 0,8 — 1,0% до 0,65-0,85%.

Заполнение литниковой системы первой порции металла осуществляется при минимальном давлении, которое обеспечивает оптимальное время контакта металла с модификатором и получение в чугуне шаровидной формы графита.

Увеличение секундной скорости заливки в 1,2-2,3 раза уменьшает время контакта модификатора с протекающим металлом и тем самым уменьшает степень растворения модификатора. Нижний предел

55 (в 1,2 Раза) используется при заливке в форму чугуна с температурой 13201350 С, а верхний предел для чугуна

Благодаря выравниванию химического состава чугуна в различных частях отливок наблюдается значительное выравнивание микроструктуры чугуна. Опреде-. лено, что микроструктура и свойства чугуаа, полученного в течение всего периода заливки аналогично.

Составитель Т. Королева

Техред, М. Кузьма: Корректор В. Синицкая

Редактор Л. Лашкова

Заказ 4515/7 Тираж 889 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретен@ и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 7495

Установлено, что моднфицирование чугуна согласно предложенного способа позволяет, по сравнению с прототипом повысить предел прочности при растяжении на 5-10%, предел текучести на 613,5%, удлинм ие 20%, ударную вязкость на 8-17%, модуль упругости на 1,5

2,5% и твердость на 5-10 НВ.

Формула изобретения

Способ модифипнрования металла в литейной форме, включакяций размещение модификатора в литниковой системе и 15 заливку металла в литейную форму под низким регулируемым .давлением или с противодавлением, о т л .и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью сокращения расхода модификатора и повышения рав63 8 номерности его распределения по сечению отливки, первую порцию жидкого металла, составляющую,4,5-8,0% от чернового веса отливки, заливают со скоростью 0,65-14,5 кг/с.см, затем ее увеличивают за 1,2-2,8 с в 1,2-2,3 раза по сравнению с первоначальной и в дальнейшем до окончания, заливки скорость уменьшают по линейному закону, при этом секундная скорость заливки в конечный момент заливки в 1,05,1,15 раза больше, чем первоначальная.

Источники информапии, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии № 50-17327, кл. 10 3, 155.1, опублик. 1975.

2. Патент Франции № 2242466, кл. С 21 С 1/08, опублик. 1972.

3. Патент Австралии № 465158, кл. 70.4, опублик.. 1975.