СПОСОБ КОВШЕВОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ СЕРОГО ЧУГУНА Российский патент 2010 года по МПК B22D1/00 C21C1/00 

Описание патента на изобретение RU2387519C1

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к способам ковшевого модифицирования конструкционных серых чугунов для изготовления корпусных литых деталей с низкими остаточными термическими напряжениями и повышенной трещиностойкостью.

Известен способ получения модифицированных железоуглеродистых сплавов (А.с. СССР №555139, МПК С21С 1/00, 1977), включающий введение на поверхность расплава, находящегося в специальной емкости, изолированной от атмосферы, кальцийсодержащего комплексного модификатора и механическое его перемешивание со сплавом. При осуществлении этого способа отмечается низкое усвоение модификатора, недостаточная длительность сохранения расплавом модифицирующего эффекта и значительное снижение температуры расплава после модифицирования, что затрудняет его использование при изготовлении ответственных корпусных отливок.

Известен также способ ковшевого модифицирования серого чугуна (А.с. СССР №551371, МПК С21С 1/00, 1977), включающий введение в жидкий расплав присадки бора. Однако при использовании этого способа модифицирования чугуна в корпусных отливках отмечаются высокие остаточные термические напряжения и повышается склонность к отбелу.

По технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близким техническим решением является способ ковшевого модифицирования серого чугуна (Алов В.А. Модифицирование серого чугуна с использованием алюминотермии. - М.: Электротехническое производство. Передовой опыт и научно-техн. достижения, 1990, вып.5), включающий введение в расплав после заполнения ковша на 1/3 его высоты прокаленной при температуре 200-300°С экзотермической смеси из отходов алюминиевых сплавов в виде стружки, оксидов железа и криолита в количестве 0,3-0,4%, заполнение ковша расплавом до полного объема и механическое перемешивание в течение 0,1-0,2 мин. Этот способ модифицирования с использованием экзотермической смеси на основе оксидов железа с добавлением стружки алюминиевого сплава и криолита способствует повышению температуры расплава, формированию жидкоподвижного реакционно-способного шлака и повышению механических свойств чугуна в отливках. Предел прочности чугуна при растяжении составляет 181-238 МПа, а при изгибе - 370-420 МПа.

Однако этот способ ковшевого модифицирования не снижает термических напряжений в отливках, не улучшает их трещиностойкости и не ликвидирует отбел чугуна как в клиновых технологических пробах, так и тонких стенках отливок.

Задачей данного технического решения является повышение трещиностойкости и снижение остаточных термических напряжений и склонности чугуна к отбелу.

Поставленная задача решается тем, что способ ковшевого модифицирования серого чугуна, включающий введение в расплав после заполнения ковша на 1/3 его высоты прокаленной при температуре 200-300°С экзотермической смеси, содержащей алюминиевый сплав в виде стружки, оксиды железа и криолит, в количестве 0,3-0,4%, заполнение ковша расплавом до полного объема и перемешивание его в течение 0,1-0,2 мин, дополнительно включает присадку карбида кальция на дно ковша перед заливкой железоуглеродистого расплава в количестве 0,15-0,25% от массы заливаемого чугуна, а в состав экзотермической смеси дополнительно введены ферробор и угольная пыль при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминиевый сплав в виде стружки 33-55 Оксиды железа 25-34 Криолит 12-17 Ферробор 5-9 Угольная пыль 3-7

Проведенный анализ предложенного технического решения показал, что на данный момент неизвестны технические решения, в которых были бы отражены указанные отличия. Кроме того, указанные признаки являются необходимыми и достаточными для достижения положительного эффекта, указанного в цели изобретения.

Дополнительное модифицирование чугуна карбидом кальция в количестве 0,15-0,25% оказывает графитизирующее влияние на структуру, снижает термические напряжения в отливках и склонность чугуна к отбеливанию. При введение карбида кальция менее 0,15% его влияние на структуру и отбел чугуна проявляется слабо, а при увеличении содержания его более 0,25% снижаются характеристики прочности и трещиностойкости чугуна в отливках.

Введение в экзотермическую смесь ферробора в количестве 5-9% обусловлено его влиянием на структурную неоднородность расплава и дисперсность структуры (перлита), повышение прочности и трещиностойкости чугуна в отливках. Его влияние начинает сказываться с концентрации 5%, а при повышении его содержания более 9% увеличиваются термические напряжения в отливах и отбел.

Введение угольной пыли в количестве более 3% повышает графитизирующую способность смеси, снижает отбел и термические напряжения чугуна в отливках. При добавке ее в смесь более 7% повышаются безвозвратные потери и снижаются жидкотекучесть и другие технологические свойства чугуна.

Оптимальное содержание криолита в термитной смеси составляет от 12 до 17%. Он выполняет функцию разжижающей добавки, способствующей интенсификации экзотермических реакций и повышению стабильности получаемых в отливках механических и технологических свойств.

Среднее содержание в смеси алюминиевого сплава и оксидов железа соответствует стехиометрическому соотношению и общепринятым нормам их концентраций в термитных смесях при производстве из серого чугуна отливок ответственного назначения, обеспечивающих повышение жидкотекучести и температуры расплава в литейных ковшах (на 70-90%). Для повышения графитизирующей и модифицирующей способности экзотермической смеси, дисперсности графитных включений и трещиностойкости отливок верхние пределы содержания алюминиевого сплава и оксидов железа в ней ограничены соответственно концентрациями в 55% и 34% соответственно.

Опытные плавки серых чугунов проводят в индукционных тигельных печах с использованием передельных чугунов, чугунного лома 17А и 19А, стального лома 1А, чугунной стружки 5НТ, 5МГ, карбюризатора и ферросплавов. Химический состав выплавленного чугуна перед выпуском его в раздаточный ковш, мас.%: 3,4-3,6 С; 1,8-2 Si; 0,45-0,60 Mn; 0,05-0,07 Cr; 0,10-0,12 Р; 0,13-0,15 Ni; 0,08-0,11 S; 0,011-0,013 N и железо - остальное. Модифицирование чугуна проводят в конических раздаточных ковшах с использованием карбида кальция, вводимого в количестве 0,15-0,25% на дно ковша, и экзотермической смеси, содержащей алюминиевый сплав АК7 в виде стружки, оксиды железа и криолит, прокаленной при 200-300°С и присаживаемой после заполнения ковша расплавом на 1/3 его высоты в количестве 0,3-0,4%. В табл.1 приведены составы экзотермических смесей, используемых при модифицировании известным и предложенным способами.

Для определения свойств модифицированного серого чугуна заливают решетчатые, клиновые, звездообразные и ступенчатые технологические пробы и жидкостекольные литейные формы для получения корпусных разностенных отливок. Трещиностойкость чугуна определяют на звездообразных 250 мм технологических пробах высотой 140 мм. Остаточные термические напряжения определяли на решетчатых технологических пробах. Исследования микроструктуры, механические (по ГОСТ 27208-87) и технологические испытания проведены на стандартных образцах в литом состоянии без термической обработки по общепринятым методикам.

Металлографические исследования и анализ структурных составляющих проводят в соответствии с ГОСТ 3443-87. Результаты механических и технологических испытаний и металлографических исследований модифицированного чугуна, полученного известным и предложенным способами ковшевого модифицирования, приведены в табл.2.

Как видно из табл.2, предложенный способ ковшевого модифицирования серого чугуна (опыты 3, 4 и 5) обеспечивает литым изделиям более низкие остаточные термические напряжения и отбел в отливках и более высокую их трещиностойкость, чем известный способ модифицирования.

Таблица 1 Компоненты Содержание компонентов в термитных смесях (%) в опытах 1 /Изв./ 2 3 4 5 6 Алюминиевый сплав 37 25 33 45 55 57 Оксиды железа 43 40 34 27 25 23 Криолит 20 20 17 15 12 6 Ферробор - 4 9 7 5 12 Угольная пыль - 11 7 5 3 2

Таблица 2 Показатели Свойства серых чугунов, полученных в опытах 1 /Изв./ 2 3 4 5 6 Предел прочности при изгибе, МПа 408 412 460 490 485 437 Твердость, НВ 180 187 179 175 171 184 Отбел, мм 5 5 2 5 Дисперсность перлита ПД1,0-ПД1,4 ПД0,5-ПД1,0 ПД0,3-ПД0,5 ПД0,3 ПД0,3-ПД0,5 ПД1,0-ПД0,5 Склонность к трещинообразованию (количество трещин в пробе) 8,6 8,1 5,2 3,5 3,0 5,5 Остаточные термические напряжения, МПа 25,6 21,4 17,5 15,6 14,2 18,1

Похожие патенты RU2387519C1

название год авторы номер документа
Экзотермическая смесь 1983
  • Белокуров Сергей Михайлович
  • Лепинских Борис Михайлович
  • Телицин Иван Игоревич
  • Новиков Владимир Федорович
SU1093711A1
Модифицирующая смесь 1988
  • Карпенко Михаил Иванович
  • Святкин Борис Константинович
  • Марукович Евгений Игнатьевич
  • Серебряков Юрий Григорьевич
  • Соленова Татьяна Ивановна
  • Варьян Сергей Макичевич
SU1585367A1
КОМПЛЕКСНАЯ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ СМЕСЬ 2008
  • Алов Виктор Анатольевич
  • Карпенко Михаил Иванович
  • Епархин Олег Модестович
  • Куприянов Илья Николаевич
  • Васильев Сергей Вениаминович
  • Соцкая Ирина Марковна
RU2376101C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА 1991
  • Гросс М.Ф.
  • Новомейский Ю.Д.
  • Королькова О.И.
  • Булгина Л.В.
RU2016071C1
Модифицирующая смесь 1990
  • Святкин Борис Константинович
  • Карпенко Михаил Иванович
  • Цейтлин Александр Маркович
  • Егорова Марина Борисовна
  • Бадюкова Светлана Михайловна
SU1710593A1
Модифицирующая смесь 1987
  • Доброжанов Анатолий Ильич
  • Лернер Юрий Семенович
  • Спасский Александр Емельянович
  • Рабинович Владимир Давыдович
  • Тухин Эля Хацкеивич
  • Изьюров Анатолий Леонидович
  • Сенкевич Юрий Иванович
  • Булаевский Ян Владимирович
SU1463767A1
БРИКЕТИРОВАННАЯ СМЕСЬ ДЛЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ СЕРОГО ЧУГУНА 1997
  • Анисимов А.Н.
  • Сивко В.И.
  • Муртазин Р.Г.
  • Курочкин Л.В.
  • Суппес В.Я.
RU2124566C1
Способ получения чугуна с шаровиднымгРАфиТОМ 1979
  • Леках Семен Наумович
  • Дурандин Виктор Федорович
  • Сапонько Иван Юльянович
  • Мищенко Юрий Владимирович
  • Бестужев Николай Иванович
  • Кочетков Николай Иванович
  • Евлампиев Анатолий Александрович
  • Гольдштейн Владимир Аронович
  • Белый Юрий Петрович
  • Чепыжов Борис Александрович
SU834141A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ОТЛИВОК ИЗ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ 2005
  • Алов Виктор Анатольевич
  • Епархин Олег Модестович
  • Куприянов Илья Николаевич
RU2306195C1
Способ получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом 1981
  • Худокормов Дмитрий Николаевич
  • Леках Семен Наумович
  • Мищенко Юрий Владимирович
  • Бестужев Николай Иванович
  • Гельбштейн Яков Иосифович
  • Горст Александр Оскарович
  • Козлов Анатолий Иванович
  • Чайкин Владимир Андреевич
SU996455A1

Реферат патента 2010 года СПОСОБ КОВШЕВОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ СЕРОГО ЧУГУНА

Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает заполнение ковша на 1/3 его высоты, введение в него прокаленной при 200-300°С экзотермической смеси в количестве 0,3-0,4%, заполнение ковша расплавом до полного объема и перемешивание в течение 0,1-0,2 мин. Перед заливкой расплава на дно ковша присаживают карбид кальция в количестве 0,15-0,25% от массы заливаемого чугуна. Экзотермическая смесь содержит, мас.%: 33-55 алюминиевого сплава в виде стружки; 25-34 оксидов железа; 12-17 криолита; 5-9 ферробора и 3-7 угольной пыли. Достигается повышение трещиностойкости и снижение остаточных термических напряжений и склонности чугуна к отбелу. 2 табл.

Формула изобретения RU 2 387 519 C1

Способ ковшевого модифицирования серого чугуна, включающий заполнение ковша на 1/3 его высоты расплавом чугуна, введение в расплав прокаленной при 200-300°С экзотермической смеси, содержащей алюминиевый сплав в виде стружки, оксиды железа и криолит, в количестве 0,3-0,4%, заполнение ковша расплавом до полного объема и перемешивание в течение 0,1-0,2 мин, отличающийся тем, что он дополнительно включает присадку карбида кальция на дно ковша перед заполнением его расплавом в количестве 0,15-0,25% от массы заливаемого чугуна, а в состав экзотермической смеси дополнительно вводят ферробор и угольную пыль при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Алюминиевый сплав в виде стружки 33-55 Оксиды железа 25-34 Криолит 12-17 Ферробор 5-9 Угольная пыль 3-7

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2387519C1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА 1991
  • Гросс М.Ф.
  • Новомейский Ю.Д.
  • Королькова О.И.
  • Булгина Л.В.
RU2016071C1
Способ модифицирования серого чугуна 1976
  • Леви Лев Израилевич
  • Клецкин Григорий Ильич
  • Китаев Яков Анатольевич
  • Тухин Эля Хацкеевич
  • Соболь Нюма Лейбович
  • Григорьян Сергей Армаисович
SU551371A1
SU 8275556 A, 22.05.1981
Экзотермическая смесь для обработки серого чугуна 1976
  • Семененко Виктор Васильевич
  • Цветков Владимир Иванович
  • Качан Аркадий Данилович
SU616295A1

RU 2 387 519 C1

Авторы

Алов Виктор Анатольевич

Карпенко Михаил Иванович

Епархин Олег Модестович

Куприянов Илья Николаевич

Васильев Александр Викторович

Даты

2010-04-27Публикация

2008-10-27Подача