Сплав для легирования и модифицирования чугуна Советский патент 1987 года по МПК C22C35/00 

Изобретение относится к металлур- пни, в частности к изысканию комплексных составов сплавов для легирования и модифицированию чугуна в г процессе непрерывного литья заготовок .

Цепь изобретения - повышение физико-механических свойств, износе- стойкости и снижения отбела чугуна.

Пример, Сплав для легирования и модифицирования чугуна получают алюмотермическим восстановлением шихты, содержащей окислы бора и ванадия, нитрид бора, гидрид кальция, порошок сурьмы SbO, порошок железа и железную окалину, в обычном металлург ическом оборудовании в фу- теровочных ковшах и термических печах при 1100-1200°С.

Сухие измельченные компоненты шихты дозируют в следующих количествах, г/кг лигатуры:

Борный ангидрид .8

Скнсь ванадия 173

Химический состав сплава, мас.%

Соотношение элементов в предлагаемом сплаве для легирования и модифицирования чугуна подобрано:таким образом, что обеспечивается высокая раскислительная, легирующая и модифицирующая способность сплава при , обработке им чугуна.

Введение в состав сплава алюминия позволяет изменить термодинамическую активность углерода, способсвуя тем ca№iiM процессу графитизации и сферритиэации чугуна.

0

5

0

Гидрид кальция 45

Нитрид бора 4

Сурьмы0,5.

Порошок алюминия 750

Порошок железа 880

Железная окалина 140

Материалы шихты перемешивают в смесителе до получения однородной массы. Подготовленную шихту померцают в тигель, опускают в шахтную цементационную печь типа Ц 05 нагретую до 1100 С, через 30 мин после прргре- ва начинает протекать реакция метал- лотермического восстановления, котог рая протекает 1,5-2 мин. Тигель извлекается из печи, снимается с поверхности шлак и сплав разливается в керамические формы, получаемые слитки металлорежущим оборудованием легко разрезаются на любые фракции.

Количество вводимой лигатуры составляет 1% от веса металла.

В табл.1 приведен химический состав 1 сследованных сплавов.

Таблица I

Графитизирующее действие алюминия при плавке чугуна связано с образованием дисперсных частиц карбида алюминия, которые являются центрами кристаллизации графита. Использование в качестве графитизатора алюминия позволяет уменьшить содержание кремния в чугуне с 2,8% до 2,0%. В свою очередь уменьшение содержания кремния в чугуне благоприятно сказывается на форму графитовых включений - количество междендритно31

го точечного графита резко yMetrbma ется. Такой характер нзмемения формы графита в дальнейшем способствует распаду аустенита до перлита.

Данный эффект начинает проявлятьс при концентрации алюминия в сплаве не ниже 25%. Превышение содержания алюминия вьше 30% приводит к образованию в чугуне окисных пленок и ухудшению свойств чугуна.

Введение в состав сплава бора., являющегося карбидо- и нитридостаби- лизатором, позволяет повысить эксплуатационные свойства чугунных отливок

При введении бора менее 1,8% влия ние на повышение износостойкости практически не ошущается. При увеличении содержания бора более 3,5% в структуре наблюдается повышенное содержание цементита, что отрицательно сказывается на физико-механических свойствах выплавляемого чугуна.

Кальций понижает термодинамическую активность углерода и увеличивает его растворимость в железе, явля ясь при этом сильнейшим раскислите- лем и десульфуратором, способствует зарождению графитной фазы при первичной кристаллизации, чугуна. Оптимальное содержание кальция в сплаве должно быть в пределах 6-12,5%,

При содержании в сплаве кальция менее 6% в структуре чугуна наблюдается повышенное содержание неметаллических включений в виде черных пятен.

При содержании кальция в чугуне более 12,3% резко снижается концентрация углерода, что отрицательно сказывается на прочностных характеристиках чугуна.

Физико-механические свойства сплава

390 4,8

Известного 163 1,5

Ванадий иг-шет большое сродство к азоту и углероду, образуя высоко- устойчивый нитрид VNj и карбид , которые не входят в решетку цемегг- тита и, следовательно, не участвуют в формировании цементита мдебурита.

Введение ванадия в состав сплава оказывает эффективное влияние на повышение прочности и износостойкости чугуна благодаря микролегированию и дисперсионному упрочнению металла нитридами и карбонитридами ванадия.

Сурьма, являясь элементом-демодификатором, позволяет получать перлитную структуру при модифицировании исходного чугуна и является тормозом I I стадии графитизац1 и.

Основой, сплава для легирования и модифицироваюш чугуна является железо, которое способствует улучшению технологии его вынлавки, а также равномерному распределению всех компонентов в обрабатываемом-чугуне. Пределы по введению ванадия, сурьмы и железа зависят от содержания основных компонентов снлава и установлены экспериментально.

Чувствительность чугуна к отбе- лу оценивалась по максимальной толщине отбеленного слоя технологической клиновой пробы, заформованной в сырую песчанио-глипистую форму.

Для исследования износостойкости из заготовки вырезаются темплеты.

Испытания па 1 зносостойкость проводили при нагрузке 15 кг и скорости враш,ения твердосплавного диска 500 об/мин.

Физико-механические свойства сплава приведены в табл.2.

Т а б л II ц а 2

0,43

Физико-механические свойства сплава

Из результатов испытания можно сделать следующие выводы: введение в состав сплава азота, ванадия и сурьмы, а также снижение содержания в сплаве алюминия значительно повышает физико-механические и служебные свойства сплава.

Формула изобретения

Сплав для легирования и модифицирования чугуна, содержащий бор, алюминии, к.зпшин и железо, о т л. и ч аРедактор В.Данко

Составитель НЛЧепитько

Техред Н.Глущенко Корректор С.Шекмар

Заказ 7604/29 Тираж 604Подписное

ВНШШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Продоашение табл.2

5

0

ю щ и и с я тем, что, с целью повышения физико-механических свойств, износостойкости и снижения отбела чугуна, он дополнительно содержит азот, ванадий и сурьму при следующем .соотношении, мас.%:

Бор

Алюминий

Кальций

Азот

Ванадий

Сурьма

Железо

,8-3,5 25-30

6,0-12,5 0,13-0,85

1,5-6,5

0,1-0,35 Остальное

Изобретение относится к металлургии, в частности к комплексным составам сплавов для легирования и модифицирования чугуна в процессе непрерывного литья заготовок. Цель изобретения - повышение физико-механических свойств чугуна. Предложенный сплав содержит, мас.%: бор 1,8- Зу5; алюминий 25-30; кальций 6,0- 12,5; азот 0,13-0,85; ванадий 1,5- 6,5; сурьма 0,1-0,35; железо - ос- тальиое. Использование предложенного сплава позволяет повысить проч- иость чугуна, снизить коэффициент трения без смазки, уменьшить глубину отбела. 2 табл. i СО С ts5 00 СП й со