Модификатор Советский патент 1980 года по МПК C22C35/00 

(54) МОДИФИКАТОР

Изобретение относится к ферросплавному и лите1аюму гфоизводству, в частности к вопросам производства модификаторов и их использования для получения чугуна с шаровидной формой графита. Известен модификатор для производства высокопрочного чугуна следующего состава, вес.%: Кремний 5-15 2-8 Кальций Марганец Редкоземельные металлы 0,8 - 2 0,1 - 1,5 Алюминий Остальное 1. . Медь Недостатком данного модификатора является относительно высокое содержание в ием кальция и марганца,а также недостаточное его графитизирующее действие из-за отсутствия в составе сильных элементов-графитизаторов. Ука занные обстоятельства исключают возможность получения вьюокопрочного чугуна с повышенны ми физико-механическими свойствами. Высокая концентрация кальция приводит к заметному -10 ошлаковыванию модификатора тугоплавкими окислами при вводе, в жидкий чугун и ухудшению усвоения компонентов модифицируемым расплавом. Высокое содержа1ше марганца и кремния способствует кристаллизации чугуна по метастабильной системе и получению литья с низкой ударно-циклической прочностью. Целью данного изобретения является разработка состава модификатора, обеспечивающего улучшение микроструктуры и повышение физико механических свойств чугуна, особенно ударноциклической прочности. Поставленная цель достигается тем, что в состав модификатора введены бериллий, торий и никель при следующем соотношении компонентов, вес.%: Медь20,0 - 35,0 Алюминий2,0 -- 4,5 Магний4,5 - 12,5 Редкоземельные металлы1,5 - 3,5 БериллийOJ -- 2,5 Торий0.01 -- 23 Остальное Медь вводится в состав модификатора, с целью повышения жидкотекучести чугуна и стабилизации перлита в его микроструктуре. При содержании в модификаторе меньше 20,0% меди его влияние на повышение жидкотекучести чугуна незначительно. В то же время повышение содержания меди больше 35,0% пр водит к ее ликвидации по границам цервичных зерен и снижению прочностных свойств при ра тяжении и ударно-циклических испытаниях. Ввод в состав модификатора алюминия спо собствует повышению его модифицирующего действия и позволяет получить в микроструктуре чугуна перлито-ферритную металлическую матрицу без структурно свободного цементита При содержании в модификаторе алюминия меньше 2,0% его влияние на микроструктуру чугуна мало ощутимо, а при содержании алюм ния больше 4,5% он образует в чугуне плены, которые снижают физико-механические свойства чугуна. Магний вводится в состав модификатора с целью получения шаровидной формы графит в микроструктуре чугуна. При содержании магния меньше 4,5% в микроструктуре чугуна пол)П1ается смешанный графят, что обуславлив ет низкие физико-механические свойства. При увеличении в модификаторе количества магния больше 12,5% наблюдается его пониженное усвоение и кипение чугуна в результате интен сивного испарения магния, что может приводить к образованию газовых раковин в отливках. РЗМ введены для десульфурации чугуна и стабилизации модифицирующего действия элементов модификатора. Положительное действие РЗМ в модификаторе предлагаемого состава проявляется, когда концентрация их составляет не ниже 1,5%. Верхний предел содержания РЗМ 3,5% обуславлен тем, что при больших концентрациях они начинают оказывать стабилизирующее действие, что П1жводит к появлению цементита. Бериллий и торий введены в состав модиф катора как дополнительные модифицирующие рафинирующие и графитизирзтощие элементы.

Химический состав модификаторов

123

6,8

Кремний

7,4

3

Кальций 94 Особенно эффективно их влияние при вводе в комплексе с легирующими элементами медью, никелем и др. При этом гговышается растворимость указанных элементов в металлической основе чугуна и в значительной степени предотвращается химическое взаимодействие с углеродом. В результате чугун кристаллизуется без отбела, обладая высокими физико-механинескими свойствами, особенно ударно-циклической прочностью. Нижний предел по содержанию бериллия обусловлен тем, что модифицирующее действие его начинает проявляться в модификаторе предложенного состава, при концентрации не ниже 0,3%. Верхний предел 2,3% обусловлен тем, что при больших концентрациях он начинает оказывать стабилизирующее действие. Это приводит к появлению цементита. Нижний предел содержания тория 0,01% обус ловлей тем, что при меньшей его концентрации в модификаторе он не оказывает заметного влияния на свойства чугуна. При содержании тория в модификаторе больше 2,3% возрастает скорость кристаллизации чугуна, в результате чего в структуре металлической основы появляются участки цементита, что снижает пластические свойства чугуна. Никелевая основа модификатора выбрана для повышения ее удельного веса и благоприятным влиянием на упруго-пластические свойства обрабатываемых чугунов, особенно повышающего ударно-циклическую прочность чугунов в широком диапазоне температур. Для оценки эффективности модификатора гфедложенного состава были проведены специальные опытные плавки. Модификаторы выплавляли в лабораторных условиях. Плавку осуществляли в печи Таммона, в которую устанавливали вакуумную с огнеупорным тиглем, содержащим исходные шихтовые материалы. Выплавка модификаторов производилась в атмосфере аргона под небольштм избыточньтм давлением. Вес плавки 2 кг. В табл. 1 приведены составы выплавленных модификаторов. Таблица 1 0, 1,43 3,5 3,2 2,83 1,68 Алюминий0,82137 2,0 3,7 Ост. 193 20,0 25,6 31,8 223 35,0 Бериллий 0,28 2,5 0,62 0,23 0,01 0,29 Никель - Ост. Ост. Ост.

Из приведенных данных видно, что модификаторы плавок I и П соответствуют известному составу. В модификаторе плавки Itl содержание элементов несколько ниже, чем это предусмотрено нижними щ)еделами предложенного состава, а в модификаторе плавки IX - не- . сколько превышает их верхние 1федепы.35

Модификаторы плавок IV- VUI соатветствуниг предлагаемому составу.

Дня модифицирования вьшпавлялн чугун в индукционной печи емкостью 150 кг следующего химического состава, вес.%: углерод 3,42; кремний 2,08; марганец 0,27; хром 0,04; ниМеханические свойства модифицированного чугуна

в литом состоянии

683

70,2

47,5

76,5

55,43,9

Продолжение табл. I

кель следы, сера 0,03; фосфор 0,012; железо остальное.

Вьшлавленный исходный чугун разливали на девять порций по 17 кг. С целью предотвращения испарения и образования вредных окислов, модификаторы вводили на дно заполненного ковща.

Для исследования структуры и механических свойств чугуна отливали клиновые, трефовидные цробы и образцы диаметром 10 мм.

Механические свойства исследованных образцов приведены в табл. 2.

Таблица 2

2,1

1,7

2,8

270

23

1,5

260

4,7

3,2

240 1,53,6 2,8 4,1 4Л4,7 35,9 1,83 2,42 032,63 2,25 1,76 232,45 Ост. Ост. Ост.Ост.

Из данных табл. 2 видно, что, благодаря вводу в состав модификатора тория, бериллия и никеля, значительно повышаются упруголластические свойства модифицированных чугунов Предел прочности увеличивается с 70,2 до

Формула изобретения

Модификатор, содержащий медь, алюминий, магний и редкоземельные металлы, о т л it чающийся тем, что, с целью повышения физико-механических свойств чугуна, осоЛродалжение табл. 2

бенно ударно-циклической прочности, он допол. нительно содержит бериллий, торий и никель,

при следующем соотношении компонентов,вес.%:

Медь20,0 - 35,0

Алюминий2,0 -

Магний4,5 - 12,5

Редкоземельные

металлы1,5 - 3,5

Бериллий03-2,5

Торий0,01-23

Никель. Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 418552,

кл. С 22 С 35/00, 1972.