Смесь для обработки чугуна Советский патент 1992 года по МПК C22C35/00 

сл

с

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления чугунных изделий, эксплуатируемых при повышенных температурах. Цель изобретения - повышение ростоустойчивости при повышенных температурах, жидкотекучести чугуна и снижение стоимости обработки. Предлагаемая смесь содержит, мае.%: сурьму 10-20, чугунную стружку 70-87 и алюминий остальное. Дополнительный ввод в состав предлагаемой смеси чугунной стружки позволяет после обработки его чугунного расплава увеличить ростоустойчивость в 2- 2,5 раза, повысить жидкотекучесть в 1,54- 1,68 раза, а также снизить расходы на обработку чугуна в 2,18-3,5 раза. 1 табл.

Изобретение относится к литейному производству, преимущественно к смесям для обработки чугуна, и может быть использовано для улучшения качества отлитых из него изделий, эксплуатируемых при повышенных температурах.

Известна смесь для обработки чугуна, содержащая компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Церий2-5

Алюминий20-30

Кремний30-35

Сурьма6-10

Барий5-8

ЖелезоОстальное

Недостатками этой смеси являются короткий по времени графитизирующий эффект ее действия, значительное феррити- зирующее влияние бария на структуру чугуна, а также многокомпонентность ее состава, что усложняет ее использование.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности, составу и достигаемому эффекту является смесь для обработки чугуна, содержащая компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Сурьма10-40

Порошок графита10-40

АлюминийОстальное

Недостатками известной смеси являются малая стабильность структуры чугуна при повышенных температурах, что приводит к его росту и снижению эксплуатационной стойкости отлитых из него изделий, а также высокая стоимость обработки. В связи с большим количеством алюминия в составе смеси ухудшаются литейные свойства чугуна и применение смеси сопряжено с высоким браком литья.

VJ

СО

ел

ND 1ЧЭ

Цель изобретения - уменьшение роста чугуна при повышенных температурах, улучшение его литейных свойств, снижение стоимости обработки и брака литья.

Указанная цель достигается тем, что в качестве графитизирующей добавки в составе смеси используется чугунная стружка при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий3-10

Сурьма10-20

Чугунная стружкаОстальное

Снижение эксплуатационной стойкости чугунных изделий, работающих в условиях теплосмен с длительным нахождением в области повышенных температур, например кокилей для отливки прокатных валков, связано с образованием на рабочей поверхности сетки трещин термической усталости, основной причиной которых являются фазовые превращения и рост графитных включений, происходящие с увеличением объема (рост чугуна), а поэтому увеличивающих напряженное состояние. Смесь для обработки чугуна должна обеспечить получение однородной перлитной структуры металлической матрицы при малых размерах эвтектических зерен, а также обеспечить создание барьеров из примесей между графитом и матрицей, препятствующих переходу при повышенных температурах атомов углерода из твердого раствора к графитным включениям.

В наибольшей степени этим требованиям должна отвечать смесь, содержащая сурьму, которая не только является наиболее сильным перлитизаторующим элементом, но и поверхностно-активным элементом, образующим на включениях графита адсорбционные слои толщиной 3-4 нм.

Широкие промышленные испытания содержащей сурьму смеси-прототипа показали, что вследствие высокого содержания в ней алюминия - сильнейшего элемента- ферритизатора в структуре чугуна имеет место аномальность перлита в виде ферритной каймы на междендритных границах. Ферритная кайма дестабилизирует перлит в процессе нагрева чугуна при тер- моциклировании,способствует его распаду на ферритно-графитную эвтектоидную смесь, что сопровождается существенным увеличением объема ввиду небольшого удельного веса графита, значительным повышением уровня фазовых напряжений и, в конечном счете, способствует росту чугуна. Наряду с этим алюминий способствует повышению растворимости водорода в жидком чугуне, который затем при охлаждении отливки после затвердевания и особенно

при повторном ее нагреве выделяется в матрице чугуна в свободном виде, образуя микротрещины - флокены, резко снижающие ростоустойчивость чугуна. Кроме того, алюминий в составе смеси проявляет сильное пленообразующее действие, что значительно ухудшает литейные свойства чугуна и способствует образованию дефектов в теле отливки в виде плен, заворотов, раковин и

0 пористости. Однако полное устранение алюминия из состава смеси нежелательно, поскольку последний повышает термостойкость и окалиностойкость чугуна, образуя на поверхности изделий устойчивую окисную

5 пленку, препятствующую проникновению газов внутрь отливки.

Увеличения ростоустойчивости чугуна можно добиться только при определенном соотношении сурьмы и алюминия в составе

0 смеси, равном примерно 2,5. При этом алюминий, увеличивая температуру выделения предэвтектического аустенита, способствует сегрегации сурьмы по границам зерен непосредственно в местах возможного об5 разования ферритной каймы, в результате чего подавляется процесс возникновения аномальности перлита. При этом снижение содержания алюминия в составе смеси позволило снизить насыщение чугуна водоро0 дом и повысить жидкотекучесть металла. Однако повышение в составе смеси доли сурьмы относительно алюминия увеличивает склонность чугуна к отбелу, что снижает его ростоустойчивость, Исследования пока5 зали, что применение порошка графита как графитизирующей добавки нецелесообразно, поскольку последний при введении его в чугун в составе смеси в значительной степени выносится конвективными потоками

0 горячего воздуха или ошлаковывается быс- трообразующимися окислами А120з. Поэтому в качестве графитизирующей добавки в смеси используется чугунная стружка, содержащая структурно-свободный графит,

5 инициирующий выделение графита при кристаллизации чугуна, имеющая большой объемный вес, что облегчает ее взаимодействие с металлом. Металлическая составляющая стружки облегчает процесс зарождения и

0 роста предэвтектического аустенита, что повышает сегрегацию сурьмы и, следовательно, ростоустойчивости чугуна. Часть стружки, оставшаяся на поверхности металла, разрушает сплошность окисной пленки,

5 что повышает жидкотекучесть чугуна и уменьшает возможность образования дефектов.

Таким образом, комплексное влияние алюминия, сурьмы и стружки в указанных пределах содержания компонентов позволяет достичь увеличения ростоустойчивости чугуна при повышенных температурах, улучшения литейных свойств металла и снижения брака литья. При этом стоимость смеси значительно уменьшается в результате использования малоценной чугунной стружки и снижения содержания алюминия.

Сурьма в пределах 10-20 мас.% обеспечивает получение однородной перлитной структуры и способствует ее стабильности при повышенных температурах, а также ликвируя на межфазные границы, создает барьеры, препятствующие диффузии углерода. При содержании сурьмы менее 10 мас.% в структуре чугуна появляется фер- ритная микроструктурная составляющая на междендритных границах, а при содержании более 10 мас.% начинает проявляться ее отбеливающее влияние и в структуре чугуна появляется структурно-свободный цементит. При таких изменениях структуры возрастает ее неоднородность а росто- устойчивость чугуна снижается.

Алюминий в пределах 3-10 мас.% обеспечивает раскисление чугуна, что способствует его графитизации в процессе затвердевания. Образование на рабочей поверхности изделия устойчивой окисной пленки (AlaOa) способствует уменьшению влияния газовой коррозии, интенсифицирующей образование сетки термических трещин. При содержании алюминия менее 3 мас.% влияние алюминия проявляется незначительно, а при содержании более 10 мас.% в структуре чугуна появляютя флоке- ны и ферритная кайма, а также ухудшаются литейные свойства металла.

Чугунная стружка используется в составе смеси в качестве инокулирующей и гра- фитизирующей добавки, способствует сегрегации сурьмы по границам зерен и нарушению сплошности оксидной пленки на поверхности чугуна. Оказывая захолажива- ющее действие при обработке чугунная стружка способствует лучшему усвоению сурьмы. При содержании ее менее 70 мас.% снижаются графитизирующий эффект и однородность структуры чугуна а увеличение более 87 мас.% уменьшает полезную долю

сурьмы и алюминия, а также делает затруднительным получение необходимой температуры заливки.

Результаты представлены в таблице.

Пример. В индукционной печи ИЧТ-6

с кислой футеровкой плавили чугун для отливки кокилей весом 4,5 т, которые имеют следующий химический состав, мас.%: углерод 3,5; кремний 2,4; марганец 0,5; фосфор

0,06; сера 0,04. Смесь загружали на дно ковша перед выпуском чугуна из печи в количестве 2% от массы обрабатываемого металла, имеющего температуру 1400 ± 15°С. После окачивания шлака при температуре металла

1350 ± 5°С отбирали металл для заливки стандартной спирали Керн и производили заливку литейной формы. При механической обработке отливок кокилей от их нижнего торца отрезали темплеты, из которых

вырезали образцы для проведения испытаний на ростоустойчивость и металлографических исследований. Рост чугуна изучали объемным методом в термоциклическом режиме1100°С 650°С с длительностью цикла 1,5 ч после 30 термоциклов.

Таким образом, внедрение предлагаемой смеси обеспечивает повышение ростоустойчивости чугуна в 2-2,6 раза, улучшение его жидкотекучести на 47-66%, снижение стоимости смеси, и брака литья по плене и заворотам в 4,8 раза. Кроме того, достигается снижение расхода и увеличение оборачиваемости кокилей, изложниц и прочей оснастки, работающей при повышенных температурах, а также снижение себестоимости литьй.

Формула изобретения Смесь для обработки чугуна, содержа- щая сурьму и алюминий, отличающая- с я тем, что, с целью повышения ростоустойчивости при повышенных температурах, жидкотекучести чугуна и снижения стоимости обработки, она дополнительно содержит чугунную стружку при следующем соотношении компонентов, мас.%: Сурьма10-20

Чугунная стружка70-87

АлюминийОстальное

Получение чугуна с использованием смеси-прототипа.

Получение чугуна с использованием предлагаемой смеси.