Лигатура Советский патент 1978 года по МПК C22C35/00 

Изобретение относится к области л тейного производства, в частности пр изводства высокопрочного чугуна с вы сокими эксплуатационными свойствами. Известна лигатура, содержащая, вес.%: Кремний30-70 4-20 Ванадий 3-20 Кальций 0,5-10 Титан 3-20 Магний 0,5-10 Марганец 0,5-10 Хром Остальное ij Железо Большое количество в известной лигат элементов карбидообразующего действи (ванадий, марганец, хром, титан, маг НИИ) и высокая концентрация кальция обусловливают появление в структуре таллической основы карбидов данных м таллов и свободного цементита. В результате понижаются пластические сво ства чугуна и ухудшается его обрабаты. ваемость. Титан, кроме указанного действия, ухудшает форму графита в высокопрочном чугуне, поэтому в составе лигатуры нежелателен. Графитизирующей способности кальция недостаточно для предотвращения отбела в чугуне. Стремление повысить графитизирующую способность лигатуры за счет увеличения в ней концентрации данного элемента до 20% к желаемым результатам не приводит, так как при этом увеличиваются размеры зерен первичных кристаллов, появляются графитные включения смешанной формы и снижаются эксплуатационные свойства чугуна. Для повышения модифицирующего и легирующего действия лигатуры, получения высокопрочного чугуна с повышенными физико-механическими свойствами, изотропной структурой без отбела предлагаемая лигатура дополнительно содержит карбид тория, стронций и бериллий при следующем соотношении компонентов, вес.%: Кремний 25-50 Кальций 0,5-1,5 Магний Ва.надйй

Марганец i-s

1-5

Хром

Строн-Берилций 0,25-1,7 ЛИЙ 0,25-1,3

Карбид

тория 0,5-2 Железо Остальное

Стронций и бериллий введены в состав лигатуры цлк дополнительные модифицирующие, р инируюсдае и графитирую тие элементы. Огобенно эффективно их 1злияние при вводе в комплексе с легирующими элементами:хромом,марганцем,нкелем, ванадием, ниобием и др.При этом повышается растворимость указанных элментов в металлической основе чугуна в Значительной степени предотвращаетс химическое взаимодействие с углеродом В результате чугун кристаллизуется бе отбела, обладая высокими физико-механическими свойствами.

МодифИ1;ирую1цее действие лигатур, содержащих элементы-модификаторы и легирующие компоненты, значительно возрастает, когда в их основе имеются вещества, служащие дополнительными центрами графитизации, не вступающими в химическое взаимодействие с указанными элементами. К числу таких, веществ относится карбид торция, поэтому он и введён в состав предлагавмой лигатуры. Дисперсные включения карбида тория обладают кристаллогра-7 фическим соответствием с формой компактно растущих гексагонов, что обусловливает зарождение и рост графита в шаровидной форме. Модифицирующее действие любого элемента {стронция и бериллия) проявляется в лигатуре, концентрация их суммы не ниже 0,5%. Верхний предел содержания суммы данных элементов (3%) обусловлен ,тем, что при больших концентрациях они начинают оказывать стабилизирующее действие. Это приводит к появлению цементита.

Нижний предел содержания карбида тория (0,5%) обусловлен тем, что при меньшей его концентрации в лигатуре действие его как модификатора незначительно. При содержании этого карбида в лигатуре больше 2% возрастает скорость кристаллизации чугуна, наблюдается коагуляция данных включений, в результате чего в структуре металлической основы появляются уча|;тки цементита и локальные скопления не №таллических включений, обогащенных карбидом тория. Это приводит к анизотропной струк гуре металла и снижению его йластичёских и прочностных свойств.

Кальций сод;ержится в лигатуре для обессеривания и устранения специфического вида брака Сварных пяте в высокопрочном чугуне. Его содержание s 0,5% обусловлено стехеометрическим соответствием с концентрацией серы в чугуне 0,03-0,05% при электропечной плавке и по верхнему пределу-,5% при обработке ваграночного чугуна

В связи с тем, что легирующее действие марганца и хрома в описываемой лигатуре значительно вьяае, чем в известной лигатуре, это позволило достичь максимальной эффективности ванадия (определенной по результатам опытных плавок) при концентрации 1-3%.

Железо и кремний являются базовыми компонентами сплава, и их содержание определено из условий технологичности выплавки и температуры плавления лигатуры.

Для пр оверки эффективности Зчигатур в условиях опытного производства были проведены специальные опытные плавки. Эффективность действия лигатур предлагаемого с 4става по сравнению с лигатурой-прототипом оценивали на примере лигатур, содержащих в качестве дополнительных элементов карбид тория стронций и бериллий. Лигатуры выплавляли в печи Таммана. С целью предотвращения угара элементов и охраны внешней среды от загрязнения выплавку лигатур производили в специальной вакуумной алундовой камере в атмосфе ре аргона. Вес плавки - 0,5 кг. Всегр выплавлено 6 составов лигатур. Первый и второй составы соотает.ствуют лигатуре-прототипу, а составы lU-Y предлагаемой лигатуре (см.табл.1).

Из приведенных данных (табл.2) видно, что чугун, модифицированный лигатурой предлагаемого состава (составы ЦНУ), имеет прочностные показатели на 15-20% выше, чем при модифицировании лигатурой-прототипом, а пластические свойства более «ем вдвое превышают аналогичные данные, обеспе ч иваемые известной лигатурой. Склонность модифицированного чугуиа к отбелу лигатурой предлагаемого состава втрое меньше, чем при обработке лигатурой-прототипом.

Таблица 1

40,0.

16,0

ория

Предел прочн. на разрыв.

((Рв),кг/мм2

Предел текучести,(бгг) кг/мм

Относит. удлинение,(б),%

Ударная вязкость Сау.),

1,4 кг/см

Твердость по Бринелю,(Нд),

4,0

25

35,5

5051 0,8 1,0 1,5

3,03,2 0,4

0,5 0,8 7,5

1,5-1,7 5,5

4,7

5,0

9,0 4,2

15,015,3

5,05,2

0,8

1,0 3,5 10,0

1,0 3,5

0,8

5,05,2 8,0

0,5

0,4 1,0

2,02,1

0,25 0,7

0,20

1,31,4

t

1,71,8

0,25 0,8

0,20

Ост. Ост.

Ост.

Ост.Ост.

Ост.

Таблица 2

73,2 74,5

68,7

0,8

62,1

50,1 50,3

43,4

47,1

1,2 2,4 1,5 3,1 3,0 1,6

2,3

2,7

1,5

1,5

2,9 Бериллий 0,25-1,3 Карбид тория 0,5-2,0 Железо . - Остальное.

602589 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Авторское свидетельство СССР 451776, кл. С 22 С 35/OOj 1973.