Способ центробежного литья двухслойного валка Советский патент 1984 года по МПК B22D13/00 B22D19/16 B22D27/20 

Изобретение относится к литейному производству,, а именно к способам: центробежного литья двухслойных заготовок. Известен способ центробежной отливки двухслойных прокатных и мукомольных валков, включающий последова тельную заливку в изложницу центробе ной машины двух видов чугуна: белого легированного для формирования износостойкого рабочего слоя и серого для получения в валках прочной и вяз кой сердцевины lj . Способ позволяет значительно повы сить служебные свойства прокатных и мукомольных валков по сравнению с валками, залитыми в стационарные формы. Однако использование этого способа связано с применением двух плавиль ных агрегатов для получения белого И серого чугунов, что существенно усложняет технологический процесс и является причиной поньшенного расхода легирующих элементов и электроэнергии. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результа.ту является способ центробежного литья двухслойных валков с HapyKHbDvi слоек из белого чугуна, включающий залршку во вращающуюся изложницу двух порций расплава чугуна, содержапгего 2,,8-3. углерода и 0,6-1/:-% кремния, введение ингредиента в первую порцию рас плава . Преимуществом известного способа является возможность получения н ках структуры белого и серого qyry-на при использовании в качестве рас плава чугуна единого химсостава, приготавливаемого в одном плави. агрегате. Для получения структуры белого ч гуна перед заливкой в изложницу ЦЕ робежной машины производят виепечн л обработку расплава теллуром. облада щим сильным карбидообразующиг дейст вием. Недостатком известного способа является низкий уровень прочности и ударной вязкости белого чугуна рабочего слоя валков в связи с. паничием в его структуре массивных выделений хрупкого цементита и ослабления междендритиь1Х границ тагшу ридами, что является причиной низких служебных свойств валков 712 Ввод теллура в чугун сопровождается загрязнением окружающей атмосферы токсичньп ш парами теллура. Д.члее, надегярованньш чугун, который используется для выполнения сердцевин з1 валка, имеет низкую прочность и ударную вязкость. Целью изобретения является повышение гфочности и ударной вязкости 11Яружного i-t внутреннего слоев валка. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу центробежного литья двухслойного валка с паружньм слоем из белого чугуна, вк1Бочающему заливку во вращающуюся изложницу порций расплава чугука, содержащего 2,8-3,4% углерода и О,6-1,4% крекния, введение карбидообразуюп),его ингредиента в первую порцию расплава, в качестве карбидообразующего ингредиента используют церий в количестве О,3-0,45%, в ко лкчестБВ ().,03-0.;08% его вводят и во вторую порцию расплава в качестве графитнзирующего ингредиента совместно с ферросилицием в количестве ,053-0,5%. Введенке указанного количества ,, церия обусловлено тем,что при величине е;го добавки до 0,08% этот элемент способствует графитизадии чугуна, а при дальнейшем ее повышении начинает оказывать карбидообразующее (отбеливающее) действие. Это положение принято за основу изобретения при использовании церия вместо теллура, В процессе тро шгашенного опробования установлена возможность обеспечивать формирование структурь белого чугуна (для рабочего слоя валхов} V: серого чугуна (для сердцевины валков) из единого расплапа путем изменения величины вводимой в него присадки церия. П)и разработке предлагаемого способа центробежной отливки двухслойных валкоБ в качестве параметров О1 тиь1изации свойств чугуна их рабочего слоя приняты ударная вязкость и прочность. Это связано с тем что основньи недостатком белого чугуна является его вь сокая хрупкость, приводнящая к с;калыванию буртов калибров прокатных валков и к выкрашиванию риолей мукомольньж валков Б процессе их эксплуатации. Структура белого чугуна рабочего елся валков представляет собой грубый конгломерат (массивные выделения цементита и участки продуктов превращения аустенита), характеризующиеся непрерывностью хрупкой карбидной фазы. Уменьшение хрупкоети белого чугуна возможно при таком изменении структуры, когда ликвидируется монолитность цементитной фазы но объемная доля цементита в структуре отливок не уменьшается. Это достигается при обеспечении формирования в структуре отливок из белого чугуна вместо грубого конгломерата фаз пластинчатого ледебурита, характеризующегося разобщенностью карбидной составляющей (цементита) в вязкой матрице. Проведенные при разработке изобретения исследования позволяют установить, что пластинчатый ледебурит может быть получен в структуре метал ла рабочего слоя центробежнолитых валков при введении в него церия в количестве 0,30-0,45%. Образование пластинчатого ледебурита в этом случае объясняется тем, что церий, вследствие низкой растворимости в эвтектических фазах, :aкaшIивaяcь перед фронтом зародившейся эвтектической колонии, препятствует разветIвлению кооперативно растущих кристал 1лов аустенита и карбида. Пределы добавок церия в чугун для рабочего слоя валков обосновываются тем, что влияние церия на образование пластинчатого ледебурита носит экстремальный характер и обеспечивается в пределах его остаточного содержания в чугуне не менее 0,15% и не более 0,25% (0,30-0,45% введенного от веса металла). Дальней шее увеличение добавки церия сверх 0,45% приводит к скоплению на межфазных границах большого количества неметаллических включений (оксидов, сульфидов и нитридов церия), что является причиной снижения ударной вяз кости. Ферросилиций и церий вводятся во вторую порцию чугуна, из которой образуется сердцевина валков, в качест ве графитизирующих модификаторов с целью устранения в структуре цементи та. Структура серого чугуна в сердцевине валков обеспечивается при вводе в чугун 0,3-0,5% ферросилиция от веса обрабатываемой порции металла. Добавки ферросилиция менее 0,3% не устраняют полностью выделений цементита, а более 0,5% приводят к появлению феррита, снижающего прочность чугуна. Однако при вводе в чугун одного ферросилиция он имеет недостаточно высокую прочность из-за наличия в. структуре разветвленного пластинчатого и междендритного графита, а также значительной дифференциации продуктов эвтектоидного превращения аустенита. При добавочном вводе в чугун микродобавок церия (0,030,08% от веса обрабатываемой порции металла) устраняется междендритный графит, повышается дисперсность перлита и основная масса включений графита выделяется в виде пластинок с притупленными концами, что обеспечивает повьшение уровня прочности. Такое влияние церия проявляется при вводе его в количестве не менее 0,03%. При увеличении количества церия более 0,08% его графитизирующее влияние ослабевает и меняется на отбеливающее. Выбор церия в качестве добавочного графитизирующего модификатора обосновывается также и тем, что при заливке на первый слой металла, который раскислен и обессерен добавкой церия, серого чугуна без церия, в месте соединения слоев церий первото слоя реагирует с серой и кислородом металла второго слоя, что приводит к образованию черной полосы в виде скопления неметаллических включений и браку валков по расслоению. При вводе церия в металл второго слоя обеспечиваются его десульфурация и раскисление до заливки в изложницу центробежной машины, и черная полора в месте соединения слоев не образуется. Пределы содержания углерода в чугуне для двухслойных центробежнолитых валков обосновываются тем, что при снижении его концентрации менее 2,8% имеет место снижение твердости (износостойкости) за счет уменьшения количества карбидной составляющей в структуре рабочего слоя валков, увеличения в ней степени аномальности перлита, а также ухудшение литейных свойств чугуна (снижение жидкотекучести и увеличение усадки). При содержании углерода более 3,4% доля

пластинчатого ледебурита i; структуре вялков ргэкс спк;;;;;-ся,

При уменьшении содержааи;:.: , ниже 0,5% не образуется структур; серого чугуна в сердценине валка ;-i снижается трещиноустойчивость 6ej-c чугуна из рабочего елок (г.е-эко ::::; растает брак литья по горячим Tije щинам). Увеличение содержания хре ния более 1,4% гфиводит к noflBJieHi-: в отделенном рабочем слое aayiKcn а делений графитных зкличений, что

Часть валка, заливаемаяметаллог. | в металл

Рабочий слой

Сердце вика

iiv.: ;: ;;;.;ч;-;: OVi С: м I-IK S ii 1 Я ПзерДОС

i ;:3i-.. :-v тч йкос-и)

( .- :.е;:jiM:.;fiijfi -: iKi огль:Б;а; парiv;; . и ;:-jn,ncb: чм, П/;а;зку 6аi-Mioro чугуиь осуп:ествлл;от в нидукци:- ой 1ечч , В расплав добавля;- 1:;, ;.: CSS О DOC iji-iHHH ; ПаЛКК 1 3

i, : вйлок i гггли ЭсЮТ при ;6jia5nrK: р;-: .; тетлуром, ПроцентlOc со,цег;;капие ввод:-;:чЬ:х ком; оке 1тов; :х содеожаньс г;труктуре OTTIKSKI-I -;ех1ИИч;;с 4;-1е свойс:яг литык валков Ti,Hj;;eae li:. ч т&блг;ле.

-УдарI лая 1зяз ксс-гъ.

.5rt

СПОСОБ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ ДВУХСЛОЙНОГО ВАЛКА с наружным слоем из белого чугуна включающий заливку во вращающуюся изложницу двух порций расплва чугуна, содержащего 2,8-3,4% углерода и 0,6-1,4% кремния,, введение карбидообразующего ингредиента в первую порцию расплава, о тличающийс я тем, что, с целью повьпления прочности и ударной вязкости наружного и внутреннего слоев валка, в качестве карбидообразующего ингредиента используют церий в количестве 0,3-0,45%, в количестве 0,03-0,08% его вводят и во вторую порцию расплава в качестве графитизирующего ингредиента совместно с ферросилицием в. количестве 0,3-0,5%.

Из-зегтный

7

При отливке валков № 1-3 во время выпуска из печи первой порции металла- на струю подают церий в количестве 0,30-0,45%, а при вьтуске второй порции - 0,03-0,08% церия и 0,3-0,5% ферросилиция от веса обрабатываемого металла.

При отливке валка № 4 по прототипу после выпуска первой порции металла из печи его обрабатывают порошкообразным теллуром, который в количестве 0,003-0,040% вводят в ковш с чугуном в пакете из жести, укрепленном на металлическом пруте. Вторую порцию металла заливают в

718

изложницу центробежной машины без обработки тедлуром.

При механической обработке валков от торцов бочек отбирают темплеты, из которых вырезают образцы для механических испытаний и металлографических исследований.

Результаты механических испытаний показывают (см. таблицу), что

при применении предлагаемого спо соба прочность и ударная вязкость рабочего слоя валков увеличиваются в среднем соответственно на 66,4 и 41,7%, а сердцевины соответственно

на 27,0 и 32,1%.