Способ обработки рабочей поверхности чугунной изложницы Советский патент 1980 года по МПК B22D27/18 B22D7/06 

BOM последней до температуры протекания диффузионных процессов (700° С) путем залив ки в полость изложницы расплавленного металла. При нагреве диффузионно-активные элементы насыщают поверхностный рабочий слой изложницы (алитируют), что позволяет предохранять ее от неблагоприятного воздействия термических ударов 2. Однако известный способ не обеспечивает прочности, пластргчности и других физико-механических свойств, которые зависят от глубины диффузионного слоя на рабочей поверхности изложницы, а это, в свою очередь, отрицательно сказывается на сроке службы изложницы. Цель изобретения - повышение физико-механических свойств поверхностного рабочего слоя стенок изложниц за счет у лучшения качества структуры на максимальную глубину до ввода их в эксплуатацию, а также восстаиовление этих свойств в поверхностном слое стенок изложниц после определенной степени их эксплуатации для дополнительного увеличения общей долговечности изложниц. Указанная цель достигается тем, что дополнительно вводят экзотермические смеси, причем диффузионноактивные добавки и экзотермические смеси вводят в виде расплава при содержании в нем диффузионноактивных добавок в количестве 10-70% и выдерживают 3-20 ми В качестве диффузионноактивных добавок используют сфероидизирующие графит элементы, при этом нагрев изложницы производят до 800-1030° С. Способ осуществляют следующим образом. Расплав добавок при 1100-1250° С зашшают в подогретую и герметически закрытую с одно стороны изложницу. При указанных температурах расплава и поверхности излож1шцы осуществляется диффузия сфероидизирующих графит элементов Мд, Са, РЗМ, Ва и др. из расплава вглубь поверхностного слоя стенок изложницы. В этом слое образуются карбиды мапшя, кальция, железа, бария, а их распад при охлаждении/нагреве приводит к образованию слоя высокопрочного чугуна с графитом щаровидной и компактной формы. Кроме того имеющийся в экзотермической смеси алюминий при 675-850°С образует пленки, состоящи из соединений AljFe, AljFes, которые существенно препятствуют окислению поверхности изложницы при термоцикяированин. Таким образом, получают чугун с различной структурой во внутреннем поверхностном, рабочем слое - структуру высокопрочного чугуна с щаровидной и компактной формой графита, что обеспечивает высокие физико-механические свойства чугуна и повыщенную сопротивляемость развитию сетки трещин разгара, а, следовательно, существенное увеличение срока службы из74 ложниц, в остальной же части по сечению стенки - структуру серого чугуна с пластинчатой формой графита, имеющую высокую теплопроводность, низкий модуль упругости, а также высокую сопротивляемость необратимым процессам формоизменения, являющегося основным препятствием применения высокопрочного чугуна в качестве материала для крупных изложниц. Экзотермические щлакообраэующие смеси, содержащие легкоплавкие флюсы, например плавиковый пшат, натриевую селитру, повыщают жидкотекучесть расплава и понижают его температуру плавления. Применение расплава с содержанием менее 10% суммы элементов - сфероидизаторов графита не обеспечивает значительную глубину и достаточно эффективную степень насыщения ими поверхностного слоя изложниц, а при содержании их свыше 70% незначительно увеличивается степень насыщения ими поверхностного слоя, вязкость же расплава существенно повышается. Чем выше температура изложницы перед ее заливкой расплавом, тем интенсивнее, на большую глубину и за более короткий промежуток времени осуществляется процесс диффузии элементов - сфероидизаторов графита в поверхностный слой чзтуна стенки изложницы. Однако повышение температуры изложницы свыше 1030° С обуславливает резкое понижение прочности свойств чугуна изложницы, а их большая масса может привести к нарушению геометрии. При более гшзких температурах изложницы (ниже 800° С) скорость диффузии Мд, Са, Ва, РЗМ в поверхностный слой чугуна стенок изложниц уменьшается и для достижения модифицированного слоя даже минимальной глубины (1-2 мм) необходимо значительно увеличить время вьщержки расплава в изложнице. Поэтому оптимальной температурой изложниц перед их заливкой расплавом является 800-1030° С. Температура расплава при заливке в изложницы должна быть в пределах 1100-1250° С. Длительность вьщержки расплава в изложнице определяется необходимой глубиной мо: дифицированного слоя и зависит от температуры изложницы перед ее заливкой расплавом, температуры расплава и процентного содержания сфероидизаторов графита в расплаве. При длительности выдержки расплава в изложнице до 3 мин глубина модифицированного слоя достигает значительной толпданы (до 1-2 мм). Вьщержка расплава в изложнице 3-20 мин обеспечивает глубину модифицированного слоя до 6-9 мм. Так как выдержка расплава в изложнице до 20 мин обеспечивает достаточную глубину модифицированного слоя, то более длительная выдержка является нецелесообразНОЙ. Кроме того, при длительности выдержки свыше 20 мин весьма незначительно увеличивается глубина поверхностно-модифицированного слоя, которая прямо пропорциональна тем пературе изложницы и расплава, процентному содержанию сфероидизаторов графита в распла ве, а также длительности выдержки расплава 3 изложнице. Примером конкрепюго вьтолнения является поверхностное модифицирование в условиях завода Днепроспецсталь стенок ста лераз лив оч ных глуходонных изложниц типа ДСС 3, 4 мас сой 4 т, отлитых из доменного передельного чугуна с пластинчатым графитом, расплавом, состоящим из 56% суммы сфероидизирующих элементов (%: Мд 39, Са 18, РЗМ 16, остальное - кремний 21, сумма, железа, алюминия углгрода и др. естественных примесей 6), и 44 экзотермических шлакообразующих смесей состава, %: алюминиевый порошок II, алюмомаг ниевый порошок 6, натриевая селитра 10, марганцевая руда 20, плавиковый шпат 22, силикатная глыба 20, доменный шлак 11. После нагрева изложшц до 950-1000°С и закрытия отверстия кропкой, обеспечивающей герметичность, заливают в ее полость приготовленный расплав при 1180°С, выдерживают 8 мин и вы ливают. Использованный расплав доводят до прежнего химического состава, подогревают и применяют для обработки последующих изложниц. При этом температура расплава поддерживается не ниже 1150° С. В результате при указанных температурах из расплава диффундируют вглубь стенки изложницы сфероидизирующие графит элементы - Мд, Са, РЗМ, образунйцие в этом слое глубиной до 6-9 мм карбиды, а их распад приводит к образованию графита шаровидной и компактной форм. Результаты анализа химического состава металла поверхностно-модифицированного слоя опытной изложницы показывают, что на глубине до 9 содержание магния находится в пределах от 0,01 до 0,25%, а кальция - от 0,03 до 1,2% и выше. Включения графита в этом слое имеют шаровидную и компактную формы. Результаты механических испытаний показывают, что ударная вязкость металла поверхностно-модифицированного слоя увеличивается в среднем в 3,5 раза, термостойкость - в 2,8 раза, а окали ностойкость - в 3,3 раза по сравнению с металлом немодифицированного слоя. Эксплуатационная стойкость опытных изложниц превышает стойкость изложниц из серого чугуна в среднем в 2,4 раза. Способ применим как в черной металлургии для повышения долговечности различного развеса изложниц, поддонов и других отливок из чугуна сталеразливочного назначения при получении стальных слитков разных марок, так и в цветной металлургии при получении отливок того же назначения. В литейном производстве этот способ можно использовать для повышения долговечности кокилей различного развеса, в том числе- применяемых для ИЗГОТОВЛЕНИЯ прокатных валков центробежных труб, а также для получения высокопрочного чугуна по всему сечению тонкостенных отливок. Способ повышения долговечности отливок за счет поверхностного модифицирования в твердом состоянии путем их нагрева и контактирования с расплавом, содержгшщм сфероидизаторы графита, может успешно заменить в ряде случаев широко применяемый в настоящее время способ повышения долговечности отливок путем жидкого модифицирования чугуна. При этом поверхностное модифицирование можно осуществлять также путем погружения предварительно нагретых отливок в приготовленный расплав, выдержки в этом расплаве, удаления из него и охлаждения их на воздухе или с последующим термоциклированием при 500- 850° С. Предлагаемый способ обеспечивает высокую степень насыщения, а также большую глубину (до 6-9 мм) поверхностного слоя чугуна стенок изложниц сфероидизирующими графит элементами и образование в этом слое высокопрочного чугуна; позволяет увеличить срок службы изложниц в 2-3,5 раза за счет увеличения общей толщины и повышения физикомеханических свойсгв поверхностно-модифицированного слоя изложниц до ввода их в эксплуатацию, а также за счет возобновления физико-механических свойств этого слоя при повторном процессе поверхностного модифицирования после определенной степени эксплуатации изложниц. Формула изобретения 1.Способ обработки рабочей поверхности чугунной изложниць;, включающий нагрев изложницы и введение диффузионноакгивных добавок, о тличающийся тем, что, с целью улучшения физико-механических свойств рабочей поверхности и повышения срока службы изложницы, дополнительно вводят экзотермические смеси, причем диффузионноактивные добавки и экзотермические смеси вводят в виде расплава при содержании в нем диффузионноактивных (добавок в количестве 10-70% и вьщерживайт 3-20 мин. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что в качестве диффузионноактивных добавок используют сфероидизирукицие

77420348

элементы, при этом нагрев нзложницы 1. Акцептованная заявка Японии

производят до 800-1030N 38-42429, кл. 11 А 221, 1970.

Источникн информации.2. Авторское (яндетельспо СССР N 251149,

принятые во внимание при экспертизекл. В 22 О 7/06, 1968.