СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ СЕРОГО ЧУГУНА Российский патент 2008 года по МПК C22B9/02 C21C1/08 B22D1/00 

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 чугунаХарактеристика фильтраСвойства отливокТвердость, НВВременное сопротивл., МПаОтносительное удлинение, %Способ- прототип. Пенокерамический фильтр без покрытия196219±311,3Покрытие на основе соединений никеля212243±7,12,2Покрытие на основе соединений молибдена207245±8,62,1Покрытие на основе соединений марганца228228±13,51,7

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.

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.

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.