Модификатор Советский патент 1992 года по МПК C22C35/00 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к модификаторам для производства высокопрочного чугуна, преимущественно при получении отливок деталей гидросистем высокого давления.

Известен модификатор, содержащий, мас.%: магний 6,0-9,0; кальций 0,1-4,0; барий 0,1-4,0; редкоземельные металлы 0,1- 4,0; медь 10,0-50,0; цирконий 1,0-20,0; молибден 0,1-10,0; сурьма 0,1-5,0; железо 1,0-15.0; марганец 1,0-20,0; бор 0,1-4,0; азот 0,1-3,0; кремний остальное.

Однако присутствие молибдена, стабилизирующего карбиды элементов, инициирующих образование сетки сложной эвтектики - сурьмы и бора, не позволяет достичь высокой кавитационно-эрозионной стойкости (КЭС) чугуна, обработанного указанным модификатором. Кроме того, процесс обработки сопровождается

интенсивным пироэффектом вследствие повышенного содержания магния в модификаторе. Степень ус.воения известного модификатора недостаточна.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является модификатор, содержащий, мас.%: магний 1,0-4,0; кальций 1,0-3,0; барий 1,0-3,0; редкоземельные металлы 1,0- 8,0; медь 1,0-15,0; марганец 1,0-10,0; углерод 0,5-3,0; цирконий 0,5-5,0; кремний 35,0-50,0; железо остальное.

Однако вследствие недостаточного стабилизирующего потенциала известного модификатора полученный чугун имеет в структуре большое количество феррита, что препятствует достижению высоких значений кавитационной стойкости металла. Степень усвоения известного модификатора недостаточна. Кроме того, известные модиXJ

ГО

ь.

ел

фикаторы, как и многие сплавы, содержащие марганец, склонны к саморассыпанию при хранении в результате окисления фосфора и выделения ангидрида фосфора. Фосфор является неизбежной технологической примесью большинства марганецсодержа- щих сплавов промышленной чистоты. Указанное свойство значительно сокращает срок годности известных модификаторов.

Цель изобретения - повышение КЭС и степени усвоения модификатора, а также увеличение срока годности модификатора.

Указанная цель достигается оптимизацией содержания элементов в составе модификатора, а также дополнительным введением титана при следующем соотношении компонентов, мас.%: магний 2,5-3,5; кальций 1,0-2,0; барий 1,0-2,0; редкоземельные металлы 1,0-10,0; медь 16,0-30,0; марганец 0,1-5,0; углерод 0,1-0,3; титан 0,1-10,0; кремний 35,0-50,0; железо остальное.

Допускается присутствие в виде примеси фосфора и алюминия в количестве не более 2 мас.% в сумме.

Добавка титана в марганецсодержащие модификаторы в значительной степени подавляет процесс саморассыпания частиц модификатора, что значительно увеличивает срок его годности.

Добавка титана менее 0,1 мас.% не приводит к повышению КЭС, а более 10 мас,% снижает степень усвоения модификатора вследствие образования тугоплавкой шла- ковой фазы на частицах модификатора.

Медь и марганец способствует перлити- зации металлической основы чугуна, что по- вышает его эксплуатационные характеристики, утяжеляют модификатор и снижают температуру его плавления, что повышает степень усвоения модификатора и способствует снижению пироэффекта.

Менее 16 мас.% медь и 0,1 мас.% марганец свое влияние не проявляют, а добавки более 30 мас.% меди и 5 мас.% марганца нецелесообразны вследствие скачкообразного роста твердости чугуна.

Основное назначение кальция и бария - раскисление и дегазация чугуна, сниже- ние его склонности к отбелу, что обеспечивает получение качественных отливок с высокими рабочими свойствами. Менее 1 мас.% указанные элементы воздействия на чугун не оказывают, а более 2 мас.% особен- но при пониженном содержании магния снижается степень усвоения модификатора в результате ошлаковывания его частиц при модифицировании.

Углерод в количестве 0,1-0,3 мас.% является неизбежной технологической примесью, так как выплавка модификатора наиболее целесообразна в графитовых тиглях, однако присутствие углерода снижает температуру плавления сплава, что повышает степень его усвоения. Указанное воздействие позволяет включить углерод в предлагаемый состав. Пределы его содержания связаны с растворимостью в сплаве и определены экспериментально.

Магний и редкоземельные металлы (РЗМ) являются глобуляризирующими компонентами модификатора, обеспечивающими получение графита вермикулярной и компактной формы, что резко повышает КЭС, а замена части магния на РЗМ повышает степень усвоения модификатора. Содержание РЗМ и магния менее 1 мас.% и 2,5 мас.% соответственно не обеспечивает надежного получения компактных форм графита, а при более 3,5 мас.% магния и 10 мас.% РЗМ повышается склонность чугуна к отбелу, что снижает эксплуатационные качества металла.

Кремний является основой модификатора, в нем растворены все щелочноземельные и редкоземельные металлы. Кремний играет роль основного графитизатора. Менее 35 мас.% графитизирующий потенциал модификатора недостаточен, а более 50 мас.% значительно падает удельный вес модификатора, что снижает степень усвоения.

Железо является балластом и способствует утяжелению модификатора, вносится в сплав как составляющая шихтовых ферросплавов.

Оценку эффективности модификаторов проводят в серии экспериментальных плавок в лаборатории. В качестве шихтовых материалов используют следующие сплавы и чистые компоненты: магний металлический гранулированный, силикокальций, си- ликобарий, ферросиликоцирконий, алюминий металлический чушковый, лигатура ФСЗОРЭМЗОА, катодная медь, металлический марганец, ферротитан, ферросилиций. Модификаторы выплавляют в графитовом тигле емкостью 500 г, помещенном в заключенный индуктор установки ЛПЗ-63.

Для предотвращения угара компонентов с момента включения индуктора до момента затвердевания модификатора в тигель подают аргон. По охлаждению тигля полученный слиток выбивают и дробят до фракции 1-10 мм.

Известйый чугун состава, мас.%: углерод 3,5-3,7; кремний 1,5-1,7; марганец 0,5- 0,7; фосфор 0,1; хром 0.1; сера 0,04-0,05 выплавляют в индукционной печи емкостью 60 кг с кислой футеровкой. Обработанным

металлом заливают соответствующие образцы, от каждого из которых отбирались пробы на химанализ. Температура обработки 1350°С.

КЭС чугуна определяют путем помещения образца чугуна в кавитирующий поток минерального масла при давлении 30 МПа и времени испытания 4 ч. Износ определяют как потерю массы по отношению к первоначальной и выражают в процентах, причем износ образца, изготовленного из чугуна, обработанного известным модификатором берут за 100%.

Степень усвоения модификатора определяют как отношение количества усвоив- шейся суммы магния и РЗМ к введенной, так как усвоение суммы магния и РЗМ с достаточной степенью характеризует стабильность и качество процесса модифицирования.

Различие в сроке годности модификаторов определяют по их склонности к саморассыпанию следующим образом: по 1 кг каждого модификатора фракции 1-10 мм

0

5

0

хранят в течение 30 сут на открытой площадке, ежедневно смачивая их водой, после чего определяют количество образовавшейся пыли, не пригодной к употреблению (фракция мене 1 мм), которое выражают в процентах по отношению к количеству пыли, образовавшейся у известного модификатора, принятому за 100%.

Формула изобретения

Модификатор, содержащий магний, кальций, барий, редкоземельные металлы, медь, марганец, углерод, кремний и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения кавитационно-эрозионной стойкости чугуна, степени усвоения и срока годности модификатора, он дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас.%: магний 2,5-3,5; кальций 1,0-2,0; барий 1,0-2,0; редкоземельные металлы 1,0-10,0; медь 16,0-30,0; марганец 0,1-0,5; углерод 0,14),3; титан 0,1-10,0; кремний 35,0-50,0; железо остальное.

Изобретение относится к модификаторам, предназначенным для получения высокопрочного чугуна, преимущественно, для деталей гидросистем высокого давления. Целью изобретения является повышение кавитационно-эрозионной стойкости чугуна, степени усвоения и срока годности модификатора. Модификатор содержит, мас.%: магний 2,5-3,5; кальций 1-2; барий 1-2; редкоземельные металлы 1-10; медь 16-30; марганец 0,1-5; углерод 0,1-0,3; титан 0,1-10; кремний 35-50; железо остальное. Модифицирование высокопрочного доэвтектоидного чугуна позволяет повысить его кавитационно-эрозионную стойкость на 4-6%, при этом степень усвоейия суммы Мд и РЗМ возрастает до 80-82% и повышается степень годности модификатора из-за снижения склонности к саморассыпанию. Ё