Лигатура Советский патент 1978 года по МПК C22C35/00 

Изобретение относится, к литейному изводствуИ может быть использовадля получения высокопрочного чугус шаровидньм графитом без отбела.

Известна лигатура для произ одсткачественных железоуглеродистых авов, содержащая, вес.%:

2-16

Магний 2-12 Кальций 0,1-12

РЗМ 0,1-10

Алюминий 0,1-10

Марганец 0,25-25

Кремний 0,5-10

Цирконий 0,005-4

(I)

Бериллий

Медь Остальное

Наличие относительно высокой; концентрации магния в данной яИгатуре,. а также РЗМ и бериллия свидетельствует о возможности ее применения для производства , высокопрочного чугуна. Однако относительно высокое содержание в ней кальция, карбидообразугацих элементов, а также недостатйЧное ее трафитизирующее действие из-8а отсуствия в составе сильных элементовграфитизаторов исключают возможность йолучения высокопрочного чугуна без отбела.

Высокая концентрация кальция приводит к заметному ошлаковыванию лигатуры тугоплавкими окислами при вводе в жидкой чугун и ухудшению усвоения компонентов .модифицируемым расплвом. Высокое содержание марганца.в комплексе с цирконием при низкой концентрации кремния (0,5-25%) способству ет кристаллизации чугуна по метас-габильной системе и получению литья с отбелок,- Наличие в лигатуре может привести к получению чугуна с перлитной металлической основой, однако известно, что при высокой ее концентрации она является демофицирующим элементом и Приводит к пластинчатому графиту, снижающему физикомеханические свойства металла. Алюминий в небольших количествах способствует графитизацйй, увеличивает количество графитных включений, но ухудшает их и способствует поя влению междендрнтного графита, В связи с этим, а также учитывая то, что алюминий ухудшает литейные свойства чугуна, содержание его в составе лигатуры должно быть ограничено более низкими пределами.

Цель Изобретения - повышение механических свойств высокопрочного чугуна и получение разностенных отли вок с изотропной- структурой без отбе ла. Это достигается тем, что предложенная лигатура дополнительно содерж стронций, барий, тантал при следуЕощем соотнсяиении компонентов. вес.%г Магний Кальций 0,5-1,5 РЗМ5-10 Алюминий 0,1-5 Кремний 15-35 Цирконий 0,1-5 Марганец р, Мель5-10 Бериллий 5-10 Стронций I 2-10 Тантал О,1-3 Барий 0,1-2 Железо Остальное . Стронций введен в состав Л5 гату-ра для повьанения ее графитизкрующей способности, а также измельчения эвтектических зерен металлической, основы. Особенно эффективно совместное влияние стронция в комплексе с ЗМ, кальдкем, барием и другими элементами, обладающими высоким химическим сродством к кислороду и сере. Х1ля обеспечения модифицируюгйего действия стронция остаточное его содержание, в чугуне должно быть не ниже 0,05--0,1% Меньшее содержание этого элемента не обеспечивает образование дополнитель ных центров граф-йтизации и не оказывает заметного влияния на количество и размер эвтектических зерен, В связ с тем/ что указанное остаточное соде жание ст.зонция в чугуне при, меньшей концентрации его в лигатуре чем 2% не обеспечивается, данноеколичество принято в качестве нижнего предела. Содержание -стронция выше верхнего предела (10%). вследствие, ограниченно его растворимости в чугуне приводит к гликроликвации данного элемента по границам зерен и снижению механических свойств металла. Бериллий а лигатуре содержится в качестве элемента,-обеспечивающего образование шаройидного графита, и од новременно повьвиа.лдего графитнзацию ..чугуна. По. сравнению с известнглм сос тавом содержание;бериллия в предлага емой лигатуре увеличено до. 5-10% ...Эт обусловлено необхрдимостью снижения концентрации магния, так как послед ний, кроме обеспечения шаровидной формы графита, увеличивает отбели вaeмocть чугуна. При концентрации :бериллия в лигатуре меньше 5% шарови ный графит стабильно.получается в Стойких сечениях отливок,| при. этом в структуре метал..хической наблю дается цемент. -При концентрации бе риллия 5% чугун получается с шаровид ной формой графита и без отбела во всех сечениях отливок. Увеличение концентрации бериллия до 10% несколько понымает физико механические свойства чугуна. При большей его концентрации изотропность структуры нарушается и чугун сь юней к транскристаллизаций. Это снижает его прочностные и, особенно, пластические свойства. Тантал введен в состав лигатуры для обеспечения изотропности чугуна. Это дз;остигается тем, что тантал резко сокранцает интервал кристггллизации металла при температуре вьлпе эвтектической кристаллизации и снижает переохлаждение чугуна. Высокопрочный чугун, легированный танталом, имеет структуру сорбитообразного с высокими прочHocTHbiMij и эксплуатационными свойствами . . .Заметное влияние тантала на физико механические свойства чугуна наблюдается при его концентрации в чугуне не ниже 0,G-,0,05%. Указанное количество достигается, при содержании данного элемента в лигатуре не ниже 0,1%. При ко.нцентрации данного элемента выше 3% в структуре дюявлягатся :интерметаллидные комплексные фазы, которые увеличивают твердость чугуна, хруп- . кость его и ухудшают обрабатываемость. Барий в зависимости от его концентрации в. чугуне и литературе может проявлять графитизирующее или стабилизирующее действие. Как графитизируюрщий элемент барий действует тогда, : когда его концентрация в лигатуре находится в пределах 0,1-2%. При содержа™ НИИ данного элемента меньше 0,1% его действие на структуру и свойства чугуна не проявляются. При концентрации больше 2% он способствует увеличению отбела в тонкостенныхотливках. Кальций в лигатуре необходим для дес;у.пьфурации чугуна. Содержание серы в исходном чугуне, как правило, находится в пределах 0,04-0,10%. В модифицированном металле концентрация серы значительно ниже 0,01-0,03%. Таким образом, количество связанной серы составляет 0,03-0,07%. Исходят из стехиометрического соотнсяаения химической реакции образования сульфида кальция при такой концентрации серы в мета.Ш1е для полной десульфурации достаточно О,5% кальция в лигатуре,, поэтому данное количество этого элемента принято в .качестве нижнего предела. Концентрация-кальция .больше 1,5% ухудшает технологические качества лигатуры (приводит к ошлакованию лигатуры), способствует ухудшению формы графита, снижению физикомеханических свойств чугуна и появлению феррита в структуре металлической основы. РЭМ оказывает дополнительное моди фицирующее действие и введены в сойтай лигатуры для повышения физико-механических свойств чугуна. Алюминий необходим в л- гатуре 5 для графитиэации чугуна. В связи с ,тем, ТО при повышенном содержании алюминия (более 7%) форма графита ухудшается, в качестве верхнего предела его концентрации в лигатуре при- «п нято 5%.IU Цирконий в данном составе лигатуры является дополнительНЕЛМ графитизирующим элементом. При большей его концентрации, чем 5%, в структуре ,е чугуна появляются стабилизированные фазы, обусловливающие появление цементита , обогащенного карбидами.диркония. Это приводит к повынению хрупкости и ухудааению обрабатываемости чугуна. . Медь содержится в лигатуре как перлитообразующий элемент,,При наличии стронция, РЗМ, - бериллия и та-нтала полностью перлитная структура чугуна достигается при концентрации меди не ниже 5%. При концентрации меди более. , |0% она оказывает существенйое.э.лиящие бе. только на структ уру метс1лличес.-г .кой основы, но и, , адсорбируясь на включениях графита, , задержнвает :их 30 .рост, приводя к пластинчатой; форме. В связи с &ТИМ lf}% меди . в, . ; являются верхним пределом.. Кремний является графитизирующим 35 элементом и & комплексе с железом . служит базовым для выплавки преддага-г емой лигатуры, Лигатура лерк онлавк а, технологична при выплавке и при модифицировании чугуна . . 40 . - .Марганец введен для десульф рацинчугуна и стабилизации-пер рта п леУащлической основе. П р и м.е -g).сходньзй чугун ыи- 45 .лавляют в индукционной, аечи. Mril-l02. Исследованные-.:чугуне .имеют следующий химический состав, вее.% . углерод 3,4-3,7; кремний 1,7-2,0; . марганец О,3-0,6; хром 0,02-0,06; gg никель-следы, сера-0,02-0,04, фосфор 0,01-0,02, железо остальное. Выплавленный чугун разливают на порции по 35 кг. Лигатура вводйли в : ковш колоколом. Количество вводимых gg лигатур во всех случаях оставляет 1,5% от веса жидкого металла. . Температура металла при модифицировании составляет 1420-1440 ё. Для исследования структуры и механических .свойств чугуна заливают клиновые и фовидные пробы, а также цилиндрические образцы диаметром 3,5,10 и ,30 мм. В табл. 1 приведены хим1 ческие составы.предлагаемой (1-Ш) и известной ( IV ) лигатур. .65 Таблица 1 Магний 8,057,417,76 5,41 Кальций .1,131,110,9711,20 7,175/138,556,11 Алюминий 0,954,57 1,237,12 Кремний 17,55 30 1531,1515,71 Цирконий 3,274,744,024,12 Медь 9,85,32.8,739,79 Бериллий 5,73iB,91.6,173,41 Стронций 2,077,199,89 Тантал 0,141,343,03 Барий. ,131,98 Марганец 1,441,731,577,13 Железо Остальное .В таблице/2-приведены/резул ьтаты исследований физико-механичёскйх :свойств модифицированных чугунов. Таблица 2 Предел прочности на . разрыв, кг/мм 66,3 65,8 67,7 57,3 ;Ередел теку- . , -.« i чести, кг/мм 47,4 47,2 47,3 38,7 /ОтиосйТельяоеуяяия&ние,% 1,96 3,8 2,9 1,7 Твещоеть по В| ннеяю, КГ/кш 200 197, 203 211 Ударная вязкость t кг-м/см 3,03,2 3,3 2,4 фазовый состав микроструктуры чугуна, %91П 89П 88П 93П +9Ф -ШФ +12Ф +7Ф Склонность чугуна к отбел по клиновой пробе {глубина отбела), мм2209 из полученных данных видно, что высокопрочный чугун, модифицированный гшгатурой предложенного состава. обМдает повышенными прочностными и пласческими свойствами. Формула изобретения , Лигатура, содержащая магний, каль ций ,редкоэемельные металлы, алюминий кремний, цирконий, марганец, медь, бериллий, отличающаяся тем что, с целью повышения механических свойств высокопрочного чугуна и получения разностенных о ливок с изотропной структурой без отбела, она дополнительно содержит стронций, барий, тантал и железо при следующем соотношении компонентов, вес. %: Магний 5-10 Кальций 0,5-1,5 Редкоземельные 5-10 металлы Алюминий Кремний Цирконий Марганец Медь Бериллий Строн илй Тантал Барий Источники информации, принятые во ание при экспертизе; 1, Авторское свидетельство СССР 1375, кл. С 22 С 35/00, 1974,