МОДИФИЦИРУЮЩАЯ СМЕСЬ Российский патент 2012 года по МПК C21C1/00 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к модифицирующей смеси для обработки антифрикционного чугуна доэвтектического состава, и может быть использовано в массовом производстве деталей моторной группы автотранспорта и других машиностроительных отливок.

Известна модифицирующая смесь (а.с. СССР №740837, С21С 1/00, 1980 г.), содержащая, мас.%:

Силикобарий 10-30 Силикомишметалл 10-30 Силикокальций 10-29 Известь 15-30 Магний 1-5 Корунд 5-10 Плавиковый шпат 5-10

Модифицирующие компоненты этой смеси недостаточно усваиваются расплавом и не обеспечивают повышение износостойкости, антикоррозионных и эксплуатационных свойств чугунов в отливках.

Известна также модифицирующая смесь для чугунов (Патент ПНР №113556, С22С 35/00, 1982 г.) следующего состава мас.%:

Ферросилиций 60-80 Силикокальций 10-30 Флюс или графит 1-20

Известная смесь не обеспечивает существенного измельчения структуры и повышения механических, служебных свойств и трещиностойкости чугуна в отливках.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является модифицирующая смесь для чугуна (SU 1232688 А1, С21С 1/10, 23.05.1986), содержащая карбидообразующую составляющую, графитизирующую составляющую и борную кислоту, отличающуюся тем, что, с целью повышения механических свойств чугуна и сокращения продолжительности его отжига, она в качестве карбидообразующей составляющей содержит в совокупности борную кислоту и окись меди, а в качестве графитизирующей - силикобарий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Окись меди 20-30 Борная кислота 50-60 Силикобарий 10-30

При использовании этой модификации чугуна отмечаются недостаточные антифрикционные свойства и трещиностойкость.

Задачей изобретения является повышение антифрикционных свойств и трещиностойкости модифицированного чугуна в отливках.

Поставленную задачу решает модифицирующая смесь для обработки антифрикционного чугуна, содержащая карбидообразующую составляющую (силикобарий) и графитизирующую, содержащую в совокупности борную кислоту и окись меди, при этом дополнительно содержит феррованадий, азотированный ферромарганец, ферроалюминий и ферросилиций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Окись меди 12-20 Борная кислота 16-24 Силикобарий 6-13 Феррованадий 10-16 Азотированный ферромарганец 9-12 Ферроалюминий 12-20 Ферросилиций 12-18

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 задаче изобретения.

Дополнительное введение в состав модифицирующей смеси феррованадия обеспечивает повышение дисперсности структуры, твердости чугуна и стабильности изотропной структуры, антифрикционных свойств и прочности чугуна, что способствует увеличению износостойкости, стойкости к пробуксовке и эксплуатационных свойств. Микролегирующий эффект феррованадия при его содержании до 10 мас.% недостаточен, не обеспечивается получение дисперсной изотропной структуры и повышение твердости, износостойкости и антифрикционных свойств чугуна, а при концентрации феррованадия более 16 мас.% увеличивается содержание карбидов ванадия по границам зерен, снижаются механические и антифрикционные свойства, трещиностойкость и износостойкость.

Содержание борной кислоты в модифицирующей смеси снижено 16-24 мас.%, так как при более высоком ее содержании снижаются характеристики антифрикционных свойств и трещиностойкости. При ее содержании до 16 мас.% недостаточны механические свойства чугуна.

Дополнительное введение ферросилиция стабилизирует процесс модифицирования и способствует измельчению структуры чугуна, повышению трещиностойкости, пластических и технологических свойств. При концентрации его до 12 мас.% снижаются графитизирующая способность смеси и стойкость модифицированного чугуна к образованию горячих трещин, задира при трении. А при концентрации его более 13 мас.% снижаются характеристики однородности структуры, пластичности, износостойкости и технологических свойств.

Ферроалюминий повышает трещиностойкость, стабильность коэффициента трения и технологических свойств модифицированных чугунов. Его содержание в смеси на нижнем пределе составляет 12 мас.%, выше которого улучшается однородность структуры, а ниже которого - ухудшаются антифрикционные и пластические свойства. При концентрации его более 20% характеристики технологических свойств, пластичности и эксплуатационных свойств чугуна снижаются.

Введение окиси меди в количестве 12…20 мас.% измельчает структуру чугуна, снижает коэффициент трения, повышает стойкость к задиру и технологические свойства. При концентрации окиси меди до 12 мас.% коэффициент трения, стойкость к задиру и технологические свойства недостаточны. Повышение содержания ее более 20 мас.% приводит усилению ликвации и снижению однородности структуры, предела выносливости при изгибе, технологических и эксплуатационных свойств в отливках.

Азотированный ферромарганец оказывает легирующее влияние и повышает модифицирующую способность смеси, измельчая зерно чугуна в отливках, повышает пластичность и технологические свойства. При концентрации его менее 9 мас.% модифицирующий эффект смеси недостаточен и технологические свойства чугуна низкие, а при увеличении его концентрации более верхних пределов увеличивается концентрация неметаллических включений по границам зерен и снижаются характеристики пластичности, трещиностойкости и эксплуатационных свойств.

Силикобарий оказывает раскисляющее и модифицирующее действие, повышая технологические свойства, трещиностойкость и пластичность. Верхний предел концентрации его 13 мас.% обусловлен увеличением угара и пористости, снижением стойкости к межкристаллитной коррозии, износостойкости и упруго-пластических свойств. При снижении концентрации его менее 6 мас.% ухудшается раскисляющая способность и снижаются однородность структуры, технологические и эксплуатационные свойства чугуна в отливках.

Модифицирующую смесь получают механическим смешиванием окиси меди, борной кислоты и силикобария с измельченными до фракции 0,5…5 мм ферросплавами. Модифицирующие смеси, перемешанные в течение 2…3 мин в бегунах, вводят в раздаточные ковши перед заливкой в них расплавленного чугуна в упакованном виде: в бумажных или полиэтиленовых пакетах, или в спрессованных цилиндрических таблетках в количестве 0,5% от массы заливаемого чугуна.

Составы модифицирующих смесей, использованных при опытных плавках чугуна, приведены в табл.1. В опытах использованы феррованадий ФВд50У0,6; ферромарганец ФМн78Н; ферроалюминий ФАл50 и ферросилиций ФС 75.

Опытные плавки чугуна, содержащего мас.%: 2,9…3,1 С; 1,8…2,0 Si; 0,5 Мп; 0,6 Сr; 0,06 Р и 0,1 S, производили в коксовых вагранках производительностью 5 т/ч с копильником. Выпуск чугуна из копильника в раздаточный ковш производили при температуре 1380…1410°С.

В табл.2 приведены механические и технологические свойства чугунов, полученные на стандартных цилиндрических образцах, технологических пробах и отдельных отливках.

Оценку коэффициента трения и износостойкости производили на кольцевых образцах на машине трения УМТ-1М в условиях установившегося режима трения.

Трещиностойкость определяли на звездообразных технологических пробах высотой 146 мм по общей суммарной длине трещин.

Как видно из таблицы 2, при модифицировании чугуна предложенной модифицирующей смесью в сравнении с известной достигается повышение трещиностойкости, износостойкости и антифрикционных свойств.

Таблица 1 Смесь Содержание компонентов в модифицирующей смеси, мас.% Окись меди Борная кислота Силикобарий Феррованадий Ферроалюминий Азотированный ферромарганец Ферросилиций 1 31 13 5 9 25 7 10 2 20 16 13 10 20 9 12 3 16 20 10 14 15 10 15 4 12 24 6 16 12 12 18 5 10 26 14 17 1 13 19 6 26 54 20 - - - - Изв

Таблица 2 Смесь Кол-во присадки от массы чугуна, Предел выносливости при изгибе, Контактная выносливость, Ударная вязкость, Средний износ при трении, Коэффициент трения Трещиностойкость, мас.% МПа МПа Дж/см² Г/м²·Гс мм 1 0,5 542 522 23 385 0,47 6,6 2 0,5 553 525 25 340 0,41 5,5 3 0,5 575 540 30 321 0,45 4,2 4 0,5 568 534 28 338 0,46 3,8 5 0,5 546 520 24 373 0,48 6,2 6 0,5 540 518 22 391 0,52 7,1 (изв)

Изобретение относится к металлургии, в частности к модифицирующей смеси для обработки антифрикционного чугуна, используемой в литейном производстве. Смесь дополнительно содержит феррованадий, азотированный ферромарганец, ферроалюминий и ферросилиций при следующем соотношении компонентов, мас.%: окись меди 12-20; борная кислота 16-24; силикобарий 6-13; феррованадий 10-16; азотированный ферромарганец 9-12; ферроалюминий 12-20; ферросилиций 12-18. Изобретение позволяет повысить антифрикционные свойства модифицированного чугуна, при этом трещиностойкость чугуна составляет 3,8…5,5 мм. 2 табл.

Модифицирующая смесь для обработки антифрикционного чугуна, содержащая окись меди, борную кислоту и силикобарий, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит феррованадий, азотированный ферромарганец, ферроалюминий и ферросилиций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окись меди 12-20 Борная кислота 16-24 Силикобарий 6-13 Феррованадий 10-16 Азотированный ферромарганец 9-12 Ферроалюминий 12-20 Ферросилиций 12-18