СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ Российский патент 2024 года по МПК C21C1/10 B22D27/20 B22C9/08 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам изготовления отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом массой жидкого металла в заливочном ковше более 5 т.

Известен способ получения отливок из хладостойкого чугуна (Описание изобретения к патенту RU 2509159, заявл. 20.06.2012, опубл. 10.03.2014), который включает перегрев расплава в тигельной печи перед выпуском до температуры 1500-1550°С, подачу расплавленного металла передаточным ковшом в канальный миксер, где происходит перемешивание металла и усреднение его по химическому составу и температуре, далее металл с температурой 1450-1490°С сливается в заливочный ковш, при помощи которого происходит заливка форм жидким металлом.

Недостатком известного способа является необходимость использования дополнительного оборудования в виде канального миксера, а также необходимость длительной выдержки металла в заливочном ковше до понижения температуры соответствующей температуре заливке - 1380°С, в течение которой происходит повторное насыщение металла газами из воздуха, что ведет к снижению эффекта от перегрева металла и как следствие снижению качества отливки и ее эксплуатационных свойств.

Известен способ получения чугуна с вермикулярным графитом (Описание изобретения к авторскому свидетельству SU 1715856, заявл. 28.03.1990, опубл. 28.02.1992), включающий расплавление шихты в вагранке, перегрев в миксере до 1350-1450°С, выпуск металла в раздаточный ковш, вермикуляризирующую обработку расплава в ковше магнийсодержащей лигатурой, гомогенизацию расплава в течение 5-8 мин, удаление шлака, вторичную обработку в разливочном ковше с последующей разливкой полученного чугуна в течение 3-7 мин.

Недостаток известного способа заключается в том, что нагрев металла до температуры ниже 1500°С не позволяет обеспечить эффективное очищение расплава от газов, в частности кислорода, что сказывается на снижении эксплуатационных свойств отливки, в частности предела прочности чугуна при растяжении.

Известен способ получения чугуна с вермикулярным графитом (Описание изобретению к авторскому свидетельству SU 1680778, заявл. 05.07.1988, опубл. 30.09.1991), включающий перегрев расплава до 1480-1500°С, выпуск расплава в раздаточный ковш, на дно которого предварительно вводят сфероидизирующую лигатуру, выдержку в течение 5-10 мин. При 1290-1300°С, вторичное модифицирование расплава в разливочном ковше технической медью.

Недостаток известного способа заключается в том, что нагрев металла до температуры ниже 1500°С не позволяет обеспечить эффективное очищение расплава от газов, в частности кислорода, что сказывается на снижении эксплуатационных свойств отливки. Еще одним недостатком известного способа является необходимость длительного времени выдержки металла в раздаточном ковше до понижения температуры, соответствующей температуре заливке - 1380°С, в течение которого происходит повторное насыщение металла газами из воздуха, что ведет к снижению эффекта от перегрева расплава и как следствие снижению качество отливки и ее эксплуатационных свойств.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и принятым за прототип является известный способ получения чугуна с вермикулярным графитом (Описание изобретения к авторскому свидетельству SU 1650707, заявл. 04.07.1988, опубл. 23.05.1991), включающий нагрев расплава в электропечи до 1500-1550°С, выдержку в течение 10-20 минут, выпуск расплава в ковш, первичное модифицирование чугуна путем введения на дно ковша присадок, содержащих редкоземельные металлы, вторичное модифицирование расплава ферросилицием.

Недостатком известного способа является необходимость использования охладителя для снижения температуры расплава перед заливкой. В качестве охладителя используется стальная обрезь, подаваемая на струю расплава при его выпуске из печи в ковш. Это увеличивает трудоемкость процесса заливки, кроме того, при таком способе охлаждения модифицирование проходит при пониженной температуре, что снижает его эффективность.

Технический результат от применения предлагаемого способа изготовления отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом заключается в повышении прочности отливки, получении более однородной структуры отливки за счет перегрева расплава в плавильной печи выше температуры плавления, выдержки его в выключенной печи, проведении сфероидизирующего модифицирования в ковше, перелива металла в заливочный ковш, чем обеспечивается высокая скорость его охлаждения с момента окончания выдержки металла в печи до заливки в форму.

Достигается технический результат тем, что в способе изготовления отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, осуществляют перегрев расплава в печи до 1540-1570°С, выдержку в течение 15-20 минут при выключенной печи, скачивание шлака с зеркала расплава, выпуск расплава в ковш, имеющий высоту в 1,5-1,7 раза больше, чем диаметр его основания, в кармане донной части которого предварительно размещают сфероидизирующий модификатор, после завершения сфероидизирующего модифицирования скачивают шлак, для более быстрого охлаждения осуществляют перелив чугуна в заливочный ковш, осуществляют заливку в форму, в литниковой системе которой предварительно устанавливают графитизирующие вставки, содержащие кремний.

Способ изготовления отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом включает перегрев расплава в печи до 1540-1570°С, выдержку в выключенной печи 15-20 минут. Затем осуществляют скачивание шлака с зеркала расплава. Выпускают расплав в ковш, в котором осуществляют сфероидизирующие модифицирование. В качестве ковша для сфероидизирующего модифицирования используют ковш, имеющий высоту в 1,5-1,7 раза больше, чем диаметр его донной части.

В кармане донной части ковша предварительно размещают сфероидизирующий модификатор. Выдерживают расплав в ковше до окончания процесса модифицирования. Далее осуществляют перелив расплава в заливочный ковш. Затем осуществляют скачивание шлака с зеркала расплава. После достижения расплавом, находящимся в заливочном ковше, требуемого условиями заливки значения температуры, расплав из заливочного ковша подают в форму. Графитизирующие модифицирование осуществляют в литниковой системе для чего в ней устанавливают вставки, содержащие кремний.

Реализуется способ изготовления отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом следующим образом.

Подготавливают ковш для сфероидизирующего модифицирования. Для этого в кармане его донной части размещают сфероидизирующий модификатор.

Подготавливают литниковую систему. Для этого в ней устанавливают графитизирующие вставки, содержащие кремний.

Расплав нагревают в печи до 1540-1570°С, выдерживают в выключенной печи 15-20 минут. Осуществляют сфероидизирующиее модифицирование путем выпуска расплава в предварительно подготовленный ковш. По интенсивности протекания пироэффекта визуально контролируют завершение процесса модифицирования.

По завершении процесса сфероидизирующего модифицирования осуществляют перелив расплава в заливочный ковш. Данная операция осуществляется с целью интенсификации скорости снижения повышенной температуры расплава до требуемой температуры заливки.

Осуществляют контроль температуры заливки и скачивание шлака с зеркала расплава.

При необходимости выдерживают расплав в разливочном ковше до достижения требуемой температуры заливки.

При установлении требуемого значения температуры осуществляют заливку расплава в форму, где в литниковой системе происходит графитизирующее модифицирование.

Перегрев расплава до температуры 1540-1570°С с последующей выдержкой в выключенной печи 15-20 минут обеспечивает эффективное очищение расплава от окислов, газов, посторонних примесей и полную гомогенизацию расплава, что способствует повышению прочностных свойств отливки.

При нагреве чугуна менее 1540°С не обеспечивается требуемая высокая степень очищения расплава от окислов, газов, посторонних примесей и кислорода, а при температуре более 1570°С увеличивается время, требуемое для охлаждения расплава до температуры заливки, в течение которого происходит повторное насыщение расплава газами, окислами, что ведет к ухудшению структуры отливки, снижению ее прочности.

При длительности выдержки в перегретом состоянии менее 15 мин не происходит полной гомогенизации чугуна, увеличивается вероятность не полного всплытия в шлак продуктов окисления и не достигается высокая степень дегазации. При увеличении времени выдержки в перегретом состоянии более 20 мин не происходит дальнейшего снижения содержания кислорода в расплаве, кроме того, в структуре чугуна появляется цементит, что делает более длительную выдержку неэффективной.

Осуществление сфероидизирующего модифицирования перегретого расплава в ковше позволяет провести данную операцию при повышенной температуре, что обеспечивает повышение ее эффективности и способствует повышению однородности структуры расплава по всему объему.

Осуществление модифицирования магнийсодержащим модификатором в ковше с соотношением высоты и диаметра в донной его части 1,5-1,7 обеспечивает повышение эффективности модифицирования за счет увеличения столба расплава, находящегося над модификатором.

Магний под воздействием температуры расплава нагревается, расплавляется, при этом его пары поднимаются в верх. Чем выше столб расплава, находящийся над магнием, тем более длительное время поднимающиеся вверх пары магния, будут контактировать с расплавом. Увеличенное время их взаимодействия обеспечит более эффективное усвоение магния расплавом и снижение визуального пироэффекта.

Рекомендуемое соотношение высоты ковша к диаметру его донной части составляет от 1,5 до 1,7. При отношении высоты ковша к диаметру его донной части менее 1,5 наблюдается низкая степень усвоения магния расплавом в виду малого времени контакта поднимающихся вверх паров магния с расплавом металла, а при их соотношении более 1,7 ковш для работы с объемом расплава более 5 т имеет большую высоту, что делает его неудобным в работе.

Перелив расплава из ковша для сфероидизирующего модифицирования в заливочный ковш обеспечивает быстрое снижение температуры перегретого расплава. Согласно данным [Виноградов О. Технологические параметры получения ВЧШГ сендвич-процессом // Агентство литье ++. 2012 URL: https://on-v.com.ua/novosti/texnologii-i-nauka/texnologicheskie-parametry-polucheniya/] перелив чугуна из ковша в ковш ведет к снижению температуры на 15-40°С, в то время как потери температуры при выдержке чугуна в коническом ковше емкостью 4-10 т составляют 2-3°С/мин, а в баранном ковше в два раза меньше.

Перелив расплава из одного ковша в другой обеспечивает сокращение времени охлаждения перегретого расплава до требуемой температуры заливки в форму, что способствует снижению вероятности повторного насыщения расплава газами из воздуха и тем самым повышению качества отливки за счет получения более однородной структуры расплава.

Вся совокупность заявленных признаков способствует повышению прочности отливки, получении более однородной структуры отливки за счет перегрева расплава в плавильной печи выше температуры плавления, выдержки его в выключенной печи в течение 15-20 минут, проведении сфероидизирующего модифицирования в ковше с соотношением высоты в 1,5-1,7 раза больше, чем диаметр его основания, перелива металла в заливочный ковш, чем обеспечивается высокая скорость его охлаждения с момента окончания выдержки металла в печи до заливки в форму.

Изобретение относится к литейному производству. Способ изготовления отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом включает перегрев расплава в печи до 1540-1570°С, выдержку 15-20 минут при выключенной печи, скачивание шлака с зеркала расплава, выпуск расплава в ковш, проведение сфероидизирующего модифицирования, после завершения которого скачивают шлак, перелив чугуна в заливочный ковш и заливку в форму. Сфероидизирующее модифицирование проводят в ковше, высота которого в 1,5-1,7 раза больше, чем диаметр его основания. При этом в кармане донной части ковша предварительно размещают сфероидизирующий модификатор. Перелив чугуна в заливочный ковш после завершения сфероидизирующего модифицирования осуществляют для более быстрого охлаждения. В литниковой системе литейной формы предварительно устанавливают графитизирующие вставки, содержащие кремний. Перегрев расплава в плавильной печи выше температуры плавления, выдержка его и перелив в заливочный ковш, обеспечивающий высокую скорость охлаждения расплава после проведении сфероидизирующего модифицирования, способствуют получению более однородной структуры отливки. Обеспечивается повышение прочности отливки.

Способ изготовления отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, характеризующийся перегревом расплава в печи до 1540-1570°С, выдержкой в течение 15-20 минут при выключенной печи, скачиванием шлака с зеркала расплава, выпуском расплава в ковш, имеющий высоту в 1,5-1,7 раза больше, чем диаметр его основания, в кармане донной части которого предварительно размещают сфероидизирующий модификатор, после завершения сфероидизирующего модифицирования скачивают шлак, для более быстрого охлаждения осуществляют перелив чугуна в заливочный ковш, осуществляют заливку в форму, в литниковой системе которой предварительно устанавливают графитизирующие вставки, содержащие кремний.