Лигатура Советский патент 1984 года по МПК C22C35/00 

CD Ж

JC

:о

Изобретение относится к литейному производству, а именно к изысканию составов лигатур, применяемых при производстве высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

Известна лигатура 1, содержащая, мас.%:

РЗМ30-60

Иттрий5-15

Алюминий0,5-15

Магний0,1-6,0

Кальций0,5-30

Барий . 0,5-30 Стронций0,1-15

Кремний30-50

Железо Остальное Недостатком данной лигатуры является низкая степень усвоения легирующих элементов, что обусловлено недостаточным эффектом модифицирования ..

Наиболее близкой к предложенной является лигатура С2, содержащая, Mac.S:

РЗМ2-15

Кальций5-20

Магний12,5-25

Барий0,1-10

Железо 1-26

КремнийОстальное

Однако повышенное содержание кал ция и магния в известной лигатуре ухудшает условия модифицирования чугуна. Особенно это относится к внутриформенному модифицированию (известно, что кальций приводит к шлакованию лигатуры, что требует высоких температур заливки для обеспечения нормального хода процесса модифицирования, повышенное содержание магния снижает коэффициент усвоения магния, ухудшаются условия заливки форм - выплески металла, пирроэффект, повы111енное выделение дыма).

Кроме того, известная лигатура обеспечивает, получение ВЧШГ ферритного или ферритно-перлитного классов, вследствие отсутствия в ее составе элементов перлитизирующих металлическую матрицу. Для получеНИН чуГунов перлитного и перлитно-. ферритового классов требуется дополнительная технологическая операция легирование.

Целью изобретения является повышение предела прочности чугуна и степени усвоения легирующих элементов .

Поставленная цель достигается те .что лигатура, содержащая редкозе-. мельные элементы цериевой группы, магний, кремний, барий, кальций и желе.зо, дополнительно содержит марганец и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Редкоземельные элементы цериевой

0,1-1,0 группы 5-10 Магний

Кремний 25-60 Барий 0,1-5,0 0,2-1,0 Кальций 0,1-10,0 Марганец 0,01-1,0 Иттрий

Железо Остальное

Обоснование выбранных пределов содержания ингредиентов ( установлены экспериментально):

известно положительное влияние

редкоземельных элементов цериевой группы на процесс сфероидизацииии графита в чугунах. Пределы содержания 0,1-1,0 РЗМ цериевой группы в лигатуре и обеспечение ею содержания этих элементов в чугунах (0,002-0,02% после модифицирования являются оптимальными. Кроме того, при установке величины содержания РЗМ учитывался фактор низкой стоимости лигатуры;

магний - нижний предел выбран, исходя из необходимости обеспечения достаточной величины М остатка; в чугуне для сфероидизации графита. Увеличение содержания магния свы- ;

ше 10% снижает коэффициент усвоения магния и ухудшает условия заливки и модифицирования расплава чугуна-/ кремний - при его содержании в лигатуре в пределах 25-60% обеспечивается оптимальная графитизирующая обработка расплава и удовлетворительная растворимость лигатуры; барий - пределы его содержания в лигатуре 0,1-5,0% обеспечивают

оптимальную графитизирующую обработку расплава и устраняют возможность появления структурно-свободного цементита;

кальций оказывает положительное

влияние на процесс сфероидизации графита (кальций сам является слабым сфероидизатором, кроме того, он обладает большим химическим сродством к вредным примесям - демодификаторам сере и кислороду, в силу чего он связывает их в устойчивые химические соединения, рафинирует расплав чугуна и подготавливает его к сфероидизирующей обработке магнием ). Верхний предел

(1,0%) установлен исходя из необходимости обеспечения хорошей растворимости лигатуры при внутриформенном модифицировании чугуна. Нижний предел (0,2%) - исходя из эффективности рафинирующего действия лигатуры-;

марганец является элементом перлитизатором структуры. Включение его б состав лигатуры позволяет

осуществлять одновременно две технологические операции - модифицирование и легирование чугуна. Причем при внутриформенном модифицировании обеспечивается экономное (без угара) позднее легирование. Кроме того, марганец благоприятно воздействует на условия модифицирования за счет снижения температуры плавления лигатуры.. Превышение содержания марганца в лигатуре свыше 10% исключает возможность получения ВЧШГ перлитного класса и снижает ункперсальность лигатуры;

иттрий благоприятно воздействует на процесс сфероидизации графита. При зтом общее легирование иттрием чугуна даже в небольших количествах увеличивает прочность при растяжении и твердость получаемых чугунов, позволяя повысить их марку. Превышение содержания иттрия в лигатуре свыше верхнего предела можеу привести к появлению кромочного отбела в тонкостенных отливках и снижает универсальность лигатуры. Нижний .предел (0,01%) установлен исходя из эффективности влияния иттрия.

Таким образом, компоненты лигатуры, взаимодействуя с чугуном, оказывают активное рафинирующее воз.ействие на расплав чугуна, графитизируют и перлитизируют чугун, сфероидизируют графит. При этом значительно повышается прочность ВЧШГ, улучшается равномерность растворения лигатуры в расплаве чугуна, стабилизируются структура и свойства отливок полученных внутриформенным модифицированием.

Пример. Для проведения сравнительных испытаний известной и п.редлагаемой лигатур был выплавлен исходный чугун следующего состава, углерод 3,4%, кремний 2,6%, марганец 0,2%, хром 0/1%, сера 0,02%. Технология получения высокопрочного чугуна включала обработку лигатурами исходного расплава в реакционной камере сырой песчано-глинистой формы.Предлагаемая лигатура использовалась с нижним, верхним и средним содержаниями ингредиентов, известная лигатура - со средним содержанием компонентов. Испытуемые составы лигатур представлены в табл. 1 Расход лигатур составил 1,2-2,0%, температуры заливки форм 1340 и 1420 г..

Результаты механических испытаний чугунов с шаровидными графитом, : полученных при модифицировании известной и предлагаемой лигатурами, а также степень усвоения легирующих элементов расплавом чугуна представлены в табл. 2.

Данные на усвоению добавки модификатора расчитаны исходя из величины нерастворившегося остатка

0 и степени усвоения элементов, входя щих в состав лигатур.

Из табл. 2 видно, что максимальные механические свойства достигаются у чугунов, модифицированных

5 S литейной формепредложенной лигатурой. Чугуны, отработанные известными лигатурами и противопоставленной экспертизой, недостаточно эффективно модифицированы (большая веQ личина нерастворившегося остатка,

низкая степень усвоения элементов), вследствие чего обладают низкими механическими характеристиками. По полученным экспериментальным

5 данным было определено, что усвоение чугуном легко окисляемых компонентов (РЗМ, магний, иттрий, кальций , алюминий, барий ), входящих в состав лигатуры составляет 65%, при полностью растворившейся добавке,

а остальных элементов (кремний, марганец, стронций) - 90%.

Технология получения лигатуры. Лигатуру с содержанием 0,11,0% РЗМ, 5-10% магния, 25-60%

5 кремния, 0,1-5,0% бария, 0,1-10% марганца, 0,01-1,0% иттрия, остальное железо получают сплавлением ферросплавов или восстановительной плавкой в электропечи. Марганец в

0 количестве О,1-10% присаживают в расплав в виде чистого компонента или ферросплава. Иттрий в расплав лигатуры переходит из концентратов в процессе восстановительной плав5 ки или. его присаживают в расплав в виде чистого- компонента.. Полученную лигатуру измельчают на щековой дробилке до фракций 5-50 мм. I

Экономический эффект от использования предложенной лигатуры по сравйё -нию с применением известной лигату- ры для производства отливок из ./. ВЧШГ внутрифоЕЯленным модифицирова5 нием составит 106 тыс.руб.

Таблица 1

ЛИГАТУРА, содержащая редкоземельные элементы цериевой группы, магний, кремний, барий, кальций и железо, .отличающаяся тем, что, с целью повышения предела прочности чугуна и степени усвоения легирующих элементов, она дополнительно содержит марганец и иттрий при следующем соотношении компонентов, мае.%: Редкоземель.ные элементы цериевой 0,1-1,0 группы 5-10 Магний 25-60 Кремний 0,1-5,0 Барий 0,2-1,0 Кальций О) 0,1-10,0 Марганец 0,01-1,0 Иттрий Железо Остальное

ПредлоТаблица