МОДИФИКАТОР ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЧУГУНА Российский патент 1996 года по МПК C21C1/08 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к ковшовому и внутриформенному модифицированию чугуна и может быть использовано в литейных цехах при производстве отливок из чугуна.

Известно применение в качестве модификатора дисперсных графитизирующих добавок (авт. св. 500231; 1148888; 1405342 все С 22 С 35/00; Бабаскин Ю.З. Структура и свойства литой стали Киев: Наукова думка, 1980).

Основными недостатками их применения являются плохое смачивание частиц расплавом, быстрое окисление модификатора и вследствие этого низкая модифицирующая способность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является модификатор (авт. св. 1723173, С 22 С 35/00, БИ. N 12, 1992), содержащий, мас.

Коллоидно-графитовый препарат 10 30
Ультрадисперсный порошок меди Остальное
Недостатком данного модификатора является невысокая смачиваемость коллоидно-графитного препарата (коллоидного графита) и быстрая окисляемость ультрадисперсного порошка меди, что уменьшает число активных центров кристаллизации, в результате макроструктура излома проб из чугуна имеет крупнозернистое строение при наличии участков хрупких высокоуглеродистых фаз (цементита, карбидов). В данном случае усугубляется это отсутствием атомарного кремния в микрообъемах чугуна.

В основу изобретения поставлена задача снижения расхода модификатора, повышение стабильности результатов модифицирования и прочности получаемого чугуна. Это достигается применением ультрадисперсных порошков (УДП) карбида кремния и меди с размером частиц 0,01 1,0 мкм, а также чугунной стружки.

Плакирование частиц карбида кремния и меди углеводородами метанового ряда осуществляется непосредственно в высокочастотной установке получения УДП после плазмохимического синтеза. Плакированные частицы лучше усваиваются расплавом, меньше расход модификатора и ниже температура его усвоения не только за счет устранения окисленности, но также за счет улучшения тепломассообмена между модификатором и расплавом. Улучшению тепломассообмена способствует барботаж микрообъемов расплава, создаваемый продуктами разложения микропарафинового слоя УДП.

При введении УДП карбида кремния и меди плазмохимического происхождения в расплав образуется громадное количество микрообъемов металла с зародышами критического размера. Наличие в атомарном состоянии углерода и кремния совместно с УДП меди способствует формированию мелких включений графита, препятствует образованию высокоуглеродистых хрупких фаз (цементита, карбидов). Введение в расплав с УДП карбида кремния и меди мелкой чугунной стружки размером до 0,5 мм в качестве наполнителя и микрохолодильников, способствуют локальным переохлаждениям микрообъемов и формированию без цементита и карбидов мелкодисперсной матрицы, повышая прочность чугуна.

Заявленный модификатор опробовали на Кушвинском заводе прокатных валков при обработке чугуна следующего состава C 3,4 3,5; Si 1,2 1,3; Mn 0,6 - 0,7; S 0,04 0,05; P 0,2 0,3; Cr 0,1 0,2. Исходный чугун выплавляли в индукционной печи, разливали в ковши, на дно которых были уложены пакеты с модификатором в количестве 0,02 0,04 от массы обрабатываемого чугуна. Из модифицированного чугуна заливали стандартные технологические пробы для исследования структуры и механических свойств чугуна. Стабильность результатов модифицирования оценивали путем подсчета дисперсии σ² значений прочности по результатам 10 испытаний по следующей формуле:

где σ₁ значение предела прочности по результатам испытания;
среднеарифметическое значение предела прочности по результатам 10 испытаний.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Из таблицы видно, что наиболее высокие прочностные свойства при максимальной стабильности результатов (min значения дисперсии) получены при содержании УДП карбида кремния 40 50 и УДП меди 10 20 При более низких концентрациях карбида кремния и меди в модификаторе снижается эффект модифицирования, при более высоких значениях недостаточно чугунной стружки и в качестве наполнителя (ухудшается при необходимости прессуемость смеси и ее усвоение) и в качестве микрохолодильников, в результате снижаются прочность чугуна и стабильность процесса модифицирования.

Из таблицы также видно, что оптимальные результаты получены при фракционном составе модификатора 0,01 1,0 мкм. При получении более низкого размера частиц УДП, часть их имея диаметр меньше критического размера, растворяется в чугуне не образуя центров кристаллизации графита. Кроме того, снижается производительность установки.

Уменьшается число центров кристаллизации графита и с увеличением фракции SiC и меди. Графитные включения увеличиваются в размере и падают прочностные свойства чугуна.

Таким образом, обработанный предлагаемым модификатором чугун по сравнению с чугуном, обработанным известным модификатором имеет более высокую прочность при высокой стабильности модифицирования и меньшем расходе модификатора.

Обработка заявленным модификатором чугуна позволяет внепечным способом переводить его в более высокие марки, снижать металлоемкость и повышать эксплуатационные показатели отлитых изделий (прокатные валки, штампы, изложницы, станины и т. д.), что дает значительный экономический эффект.

Использование: литейное производство, в частности ковшовое и внутриформенное модифицирование в литейных цехах при производстве отливок из чугуна. Сущность изобретения: модификатор содержит порошки карбида кремния и меди с размером частиц 0,01 - 1,00 мкм, а также чугунную стружку фракцией до 0,5 мм при следующем соотношении компонентов, мас. %: карбид кремния 40 - 20; чугунная стружка остальное; порошки карбида кремния и меди плакированы парафином. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Модификатор для обработки чугуна, включающий порошок меди, отличающийся тем, что он дополнительно содержит порошок карбида кремния с размером частиц 0,01 1,00 мкм и чугунную стружку фракции до 0,5 мм при следующем соотношении компонентов, мас.

Карбид кремния 40 50
Медь 10 20
Чугунная стружка Остальное
2. Модификатор по п.1, отличающийся тем, что порошки карбида кремния и меди плакированы парафином.