Модификатор для чугуна Советский патент 1983 года по МПК C22C35/00 

Изобретение относится к черной металлургии,.конкретнее к модификаторам, и может быть использовано пр изготовлении отливок из ковкого чуг на. Известны модификаторы, воздействующие на первичную кристаллизацию предотвращающие образование в чугун первичного графита, воздействующие на замораживание и увеличение количества центров графита и способству кадие ускорению процесса отжига отли вок из ковкого чугуна. Известен модификатор l для чугуна следующего сост.ава, мас,%: Церий15-20 Титан . 10-20 Медь60-70 Недостатком модификатора являетс то, что он требует в своем составе дефицитнор и дорогой меди. Кроме то го,- обеспечивая достаточно хорошие прочные свойства чугуна, ударная вязкость при его применении остается невысокой; Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является комплексны модификатор 2j , содержащий алюмиНИИ, висмут, бор и железо при следу ющем соотношении компонентов, мас.% от веса жидкого чугуна.: 0,01-0,05 Алюминий 0,001-0,020 Висмут 0,001-0,006 Бор Железо Остальное Недостаток известного модификато ра в том, что при использовании его для получения ковкого чугуна не обе печи-вается необходимый уровень меха нических свойств, что объясняется формой графитовых включений - крабо видной, а при введении алюминия более 0,02% преобладает пластинчатая форма. При введении висмута более 0,005% удлиняется отжиг и снижаются механические свойства чугуна, особенно, ударная вязкость, Целью изобретения является повышение механических свойств:ковкого чугуна. Эта цель достигается тем, что мо дификатор для чугуна, содержащий алюминий, висмут, бор и железо, дополнительно содержит редкоземельные металлы, кальций и кремний при следующем отношении компонентов, мас,% Алюминий 8-15 Висмут . 1-4 ОБОР1-4 Редкоземельные металлы.РЗМ, 10-20 15-25 Кальций 20-40 Кремний Железо Остальное Модификатор готовят следующим образом. Все компоненты смеси иймельчают на гранулы размером 2-5 мм кроме алюминия, который вводят в таблетках. Висмут и алюминий вводят в виде технически чистых материалов, бор в виде ферробора или других боросодержащих материалов (борная кислота, ферросиликоборал и др , РЗМ - в виде мишметалла или других материалов, содержащих РЗМ, кальций,- в. виде силикокальция и плавикового шпата в отношении 3:1 соответственно, кремний и железо в составе модифицирующей смеси обеспечиваются за счет силикокальция, материалов, содержащих РЗМ и боросодержащих материалов. Модифицирующая смесь, в количествах 0,1-0,12% от веса жидкого металла, вводится в ковщ в бумажных пакетах во время наполнения его металлом. Введение модифицирующей смеси в металл в количестве более 0,12% от веса жидкого чугуна зкономически нецелесообразно, так как это не приводит к дальнейшему увеличению механических свойств, кроме того, увеличение количества модифицирующей смеси может привести к появлению первичного графита отсера, резко ухудшающего механические свойства ковкого чугуна, . Введение модифицирующей смеси в. количестве i 0,1% от веса жидкого металла не приводит к заметному изменению механических свойств ковкого чугуна. Плавиковый шпат в составе модифицирующей смеси вызывает барботаж металла, что обеспечивает лучшее удаление неметаллических включений и более полное усвоение сплавом компонентов смеси. Кальций и РЗМ, вводимые в составе смеси в чугун, рафинируют металл по сере и газам, очищают границы зерен от легкоплавких соединений, тем самым увеличивая межкристаллитные связи, обеспечивают часть неметаллических включений более компактной и округлой формы, измельчают структурные составляющие чугуна, что улучшает механические свойства ковкого чугуна, Оксисульфидьа РЗМ и кальция способствуют увеличению количества центров графита и, следовательно, сокращают диффузионный путь атомов углерода, что в сочетании с более чистыми граййца1 1и зерен способствует ускорению скорости диффузии углерода и обеспечивает сокращение цикла термической обработки белого чугуна на ковкий.

Кремний, являясь графитизирующим элементом, также способствует ускорению графитизации.

Предлагаемый модификатор может при меняться при -получении отливок из белого чугуна следующего состава, мас.%: С 2,2-2,8; Р До 0,15; Si 1,01,7; Мп 0,4-0,7; S До 0,25, Сг 0,050,2, который после модифицирования подвергают графитизирующему отжигу на ковкий.

Пример. Для оценки эффектив ности предлагаемой смеси по сравнению с известной проведены специальные опытные плавки белого чугуна в индукционной 300-киллограмМовой печи с кислой футеровкой.

Модифицирующую смесь вводят в бумажных пакетах на струю металла при выдаче его в разливочные ковши. Образцы для механических испытаний и металлографических исследований заливают в песчано-глинистые формыпри температуре жидкого чугуна .

Модифицирующую смесь вводят в количестве 0,1-0,12% от веса жидкого чугуна. Модифицирую- чугун следующего состава, мас.%: С 2,45; Сг 0,07 Si 1,5, Р 0,07; S 0,16, Мп 0,6, Ре Остальное

Отжиг образцов проводят на ферритную стуктуру.

Проводят испытания образцов на разрыв, на ударную вязкость и металлографические исследования.

В табл. 1 представлены составы используег ых модифицирующих смесей, в табл. 2 - физико-механические свойства модифицированного ковкого чугуна в зависимости от состава вводи Nbix модиф11цирующих смесей.

Из табл. 1 и 2 следует, что ковкий чугун, модифицированный известным способом, при увеличении содержания ,02 и В 0,005 обладает низкими прочностью/ ударной вязкоетью и пластичностью.

Ковкий чугун, модифицированный предлагаемой модифицирующей смесью, имеет при одинаковой твердости с чугуном, модифицированный по известному способу, повышенные механические свойства: предел прочности 380 МПа, ударная вязкость 850 кДж/м относительное удлинение 12%.

Также проведены исследования скорости отжига чЕугунов, модифицированных известным и предлагаемым модифи.каторами.

Исследования проведены на чугунах следующего химического состава. {;габл. З) .

Исследования проводят в лабораторных муфельных печах. Чугуны состава 1-3, модифицировсшные известным и .предлагаемым модификатораг-м, отжигают на ферритную структуру. Первую стадию отжига проводят при 950-с вторую - при плавном охлаждении в интервале 76О-720 С. Специальную низкотемпературную обработку в случае модифицирования известным способом производят при 400-С в течение 2-х часов, для чугунов модифицированных предлагаемой модифицирующей «смесью, специальную низкотемпературную обработку не проводят. В табл. 4 приведены результаты исследований.

Таким образом, при использовании предлагаемого модификатора длительность ойдего цикла термической обработки сократилась на 15-20% по сравнению с использованием известного состава модификатора.

Экономический эффект составит 120 тыс. руб, в год на тонну металла

МОДИФИКАТОР ДЛЯ ЧУГУНА, содержащий алюминий, висмут, бор и железо, о тл ичаюци и с я тем, что, с целью повышения механических свойств ковкого чугуна, он дополнительно содержит редкоземельные металлы, кальций и кремний при следую-, щем соотношении компонентов мас.%: 8-15 1-4 Висмут 1-4 Бор Редкоземельные 10-20 металлы Кальций 20-40 Кремний Остальное Железо

1811 10 15 20 Остальное 0,12

210 3 3 15 20 30 0,11

315 4 4 20 25 40 0,1

6

5 4

Таблица

Таблица 4