Комплексный модификатор для серого чугуна Советский патент 1985 года по МПК C22C35/00 

:л :п

ND Л Изобретение относится к литейному производству, в частности к сплавам используе№1м для внепечной обработки расштавов серого чугуна, преимущественно при производстве чугунных разностенных отливок. Для внепечной обработки жидкого чугуна с целью предотвращения отбела и повышения однородности свойств металла в отливках применяются модификаторьц которые вводятся в расплав чугуна перед запивкой (или во время ее) в литейные формы, например, моди фикатор, содержащий кремний, кальций барий, РЗМ, ванадий, титан, алюминий магний, молибден, железо lj . Но указаиньй модификатор не обеспечивает одновременного предотвращения отбела и повышения износостойкости и прочности чугуна, а также стабильности показателей твердости по сечению разностенных отливок, получаемых в разовых пясчаных формах что особенно необходимо для отливок, работающих и условиях износа, FiaHболее близким к предлагаемому по химическому составу является комп лексный модификатор 2 для серого чугуна, повышающий однородность пока зателей прочности и твердости чугуна по сечению отливок, содержащий, мас.%: Кремний 0,5-4,0 Алюминий Кальций 4,0-7,5 Марганец Остальное Железо Однако известный комплексный моди фикатор не обеспечивает требуем1 рс показателей износостойкости и прочности чугуна и стабильности показате лей твердости по сечению раз ностенных отливок из-за высокого его графитизируюш,его действия, которое существенно превалирует над стабилизирующим действием. Цель изобретения - повышение износостойкости и прочности чугуна, а также стабильности показателей твердости по сечению чугуна. Поставленная цель достигается тем что комплексньй модификатор, для серого чугуна, содержащий кремний, алюьп- шш, кальцш, барий, марганец титан, медь и железо, дополнительно содержит редкоземельные.металлы и хром при следуюцем соотношении компонентов, мас,%: В состав комплексного модификатора наиболее целесообразно введение редкоземельных металлов цериевой группы: С1, Рт, La, Рг, Nd и др. Эффективное действие комплексного модификатора, обеспечиваняцее одновременно повышение износостойкости и прочности чугуна, а также стабильности показателей твердости по сечению разностенных отливок достигается за счет введения в состав- модификатора дополнительно редкоземельных металлов цериевой группы и хрома, благ одаря которым повышается перлитизация структуры металлической основы и ее дисперсность, улучшается форма, размеры и распределение включений графита. Последние становятся мельче, утолп енными с затупленными концами и неразветвленными, с.высокой степенью изолированности. Кроме того, вводимые редкоземельные металлы способствуют измельчению эвтектического зерна и устранению структурно-свободного цементита в чугуне. Введение хрома способствует получению перлитовой структуры, повышению ее дисперсности и выравниванию твердости в различных по толщине сечениях отливки даже при сравнительно медленном охлаждении последних. . Технология приготовле1шя предлагаемого комплексного модификатора может быть осуществлена различными способами: плавкой в электрической печи, составлением смеси из отвешенных расчетных доз, вьшускаемых ферросплавной промышленностью лигатур и т.п.. Пример. Предлагаемый комплексньй модификатор испытьшают на чугуне с углеродным, эквивалентом СЕ

3,75-3,85%, выплавленном в кислой индукционной печи и нагретом до 149i ±10°С, а затем охлаждают -до 1390± ilOC.

Модификатор вводят в состав чугуна при наборе его в разливочньй ковш из индукционной печи в количестве 0,3% от массы жидкого металла. После тщательного перемешивания в ковше и удаления ишака модифицироваиньй чугун заливают в литейные формы технологических проб.

Действие предлагаемого модификатора сравнивают с действием известного модификатора, принятого за прототип.

Эффективность модифицирукщего действия нового и известного комплек сных модификаторов оценивают: по величине отбела клиновой пробы размером 1005020 мм, запиваемой в стержневую форму с металлической , плитой, по величине износа образцов вырезанных из брусков размером 210 150 100 мм (скорость охлаждения которых соответствует скорости охлаждения отливок деталей станков с направляющей до 100 мм), по величине предела прочности 8 образцов, вьгрезанных из цилиндрических заготовок диаметром 30 мм и длиной 250 мм по колебанию показателей твердости НВ на ступенчатой пробе 60-40-20-10 мм и по микроструктуре шлифов приготовленных из образцов после испытаний на прочность. Испытания чугуна на износ проводят на установке с возвратно-поступательным движением по методике ЭНИМС Испытания каждого образца проводят в течение двух часов при удельной на грузке 20 кгс/см, скорости скольжения 0,06 м/с и смазке маслом Индуст риальное 20, В качестве загрязнений используют дробленую чугунную стружку с размерами частиц до 0,2 мм. Величину износа определяют на оптиметре ЙКВ с точностью до 1 мкм. Испытания на твердость и прочность ,а также исследование микрострук туры проводят стандартными методами . В таблице приведены составы модификаторов и результаты испытания серого чугуна, полученного с использовавшем этих модификаторов, Химический состав сплавов и ре зультаты испытаний представлены в таблице.

Как следует из приведенных в таблице результатов испытаний, предлагаемьй комплексньш модификатор (составы 1, 2, 3), по сравнению с известным (состав 8), обеспечивает улучшение свойств модифицированного чугуна, а именно: повышает износостойкость, прочность при растяжении SB уменьшает разброс и увеличивает стабильность показателей твердости НВ- в различных по толщине ступенях ступенчатой пробы. Оптимальное содержание (мас.%) в модификаторе редкоземельных металлов (РЗМ) составляет 5-10 и хрома 6-12 (составы 1-3).

При уменьшении содержания РЗМ в составе модификатора (состав 4) понижаются показатели износостойкости и прочности модифицированного чугуна, а также увеличивается разброс показателей твердости в различных по толщине стенках ОТЛРГВОК из-за ухудшения микроструктуры чугуна (металлической основы, формы и распределения включений графита).

При увеличении содержания РЗМ в составе модификатора (состав 5) хотя и обеспечиваются высокие показатели износостойкости чугуна, но понижается прочность чугуна, однородность и стабильность показателей твердости по сечению разностенных отливок из-за повышения склонности чугуна к отбелу и к тому же существенно возрастает стоимость модификатора, При понижении содержания хрома в модификаторе (состав 6) уменьша1бтся износостойкость и прочность, чугуна из-за появления или увеличения доли феррита в металлической основе, понижения дисперсности перлита и укрупнения включений графита, При повышении содержания хрома (состав 7) в микроструктуре чугуна (в стешсах менее 10 мм и кромках отливок) появляются структурно-свобод-т ные карбиды, понижающие прочность чугуна и затрудняющие механическую обработку отливок. Высокое перлитизирукяцее действие при сохранении эффективного графитизирующе го действия предлагаемого комплексного модификатора позволяет получать модифици ованньй чугун с более высокими показателями износостойкости- и прочности чем при применении известного модификатора (состав 8), а также с более высокой однородностью и стабильностью показателей твердости чугуна по сечению разностенных отливок, что дает возможность в ряда случаев отказаться от использования в составе чугуна легирующих хиьшческих элементов.

Предлагаемый комплексный модификатор наиболее целесообразно применять для модифицирования серого чугуна при производстве разностенных и массивных отливок деталей, работающих в условиях трения, в частности деталей тяжелых металлорежущих станков и кузнечно-прессового оборудования .

В связи с повышением квазиизотро-

ПИИ чугуна, модифицированного предnaraeHiiM модификатором, имеет место уменьшение разницы линейной усадки в толстых и тонких сечениях отливок.

что способствует уменьшению внутренних и остаточных напряжений в отливках, сокращению брака отливок по трещинам.

Предлагаемый комплексный модификатор может быть использован также при изготовлении отливок, эксплуатирукяцихся в условиях воздействия переменных температур и агрессивных сред,

и, в частности, для изготовления металлических форм в металлургическом, литейном, стекольном и других производствах народного хозяйства, а также деталей гидронасосов, турбин, машин и аппаратов химической промьш ленности.

Экономическая эффективность ожидаемая от внедрения изобретения в народном хозяйстве, должна составить

9 руб. на 1 тонну годных отливок.

КОМПЛЕКСНЫЙ МОДИФИКАТОР ДЛЯ СЕРОГО ЧУГУНА, содержащий кремний. алюминий, кальций, барий, марганец, титан, медь и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости и прочности чугуна, а также стабильности показателей твердости по сечению, он дополнительно содержит редкоземельные металлы и хром при следующем соотношении компонентов, мас.%: 30-45 Кремний Алюминий 1-3 0,5-4,0 Кальций 1-6 Барий 3-8 Марганец 2-8 Титан 8-12 Медь сл Редкоземельное 5-10 металлы 6-12 Хром Железо Остальное