Способ модифицирования металла в литейной форме Советский патент 1980 года по МПК B22D27/00 

(54) СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА Изобретение относится к литейному производству, в частаостя к вопросу получе ния модифишфованного металла путем его работки присадками вводимыми в элементы литниковой системы. Известен способ изготовления отливок лз высокопрочного чугуна, заключающийся в TOMi что куски лигатуры укладываются либо в литниковую систему Одежду стояком и шлакоуловителем), либо в специаль ную закрытую чашу над стояком, причем шлакоуловитель (в первом случае) и стоя {во втором случае) отдельны от емкости, в которую укладываются куски лигатуры, специальной сетки l. Для обработки металла в форме известен .способ, заключающийся в том что из мелкоизмельченного модн})икатора изготовляют кольцевой вкладьпи, помещаемый в литниковую систему заливаемой формы. Для улучшения растворения и распределения модификатора литниковая снстаиа в зоне вкладыша расширяется, а испольВ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕ зуемый моди|)шсатор имеет крупность частиц 1,5-3,0 мм 2. Эти способы не обеспечивают стабильное и равномерное распределение модификатора в весь период залиЬки м§талла. В качестве прототипа изобретения выбран способ, который заключается в том, что между реакционной камерой и задерживающей шлак и нерастворившийся модификатор перегородкой, устанавливает- ся легкоплавкая пробка, изготовленная из пенополистирола. Пробка увеличивает, длительность контакта первой порции металла с моди}}шсатор6м и способствует получению в микроструктуре шаровидной формы графита 3J. Этот способ имеет существенные недостатки. Действие пенополистироловой пробки заключается в увеличении времени контакта первой поршю металла с измельченным модификатором. Длительность ди-. струкции пенополистщюла пробки опреде- ляется температурой и ферростатнческим напором заливаемого металла, что подается регулированию в небольших пределах.. Поэтому способ, выбратшый в качестве прототипа, позволяет только повысить степень растворения модификатора в первой порции металла и не влияечг на дальнейший процесс его растворения благодаря чему в металл в середине заливки переходит лишнее количество модификатора, а в конце заливки он часто оказывается недомодифишфованным и в микростр -ктуре чугуна появляется графит пластинчатой формы. Цель изобретения - сокращение расхо да модификатора, повышение равном ного его распределения по сечению отливки улучшения микроструктуры и повышения физико-механических свойств обрабатываемогчэ металла. Это достигается тем, что первую пор цию металла, составляюшЗЮ 4,5-8,0% от чернового веса отлив1ш заливают в форму с секундной скоростью 0,6514,5 кг/с.см, затем ее увеличивают за 1,2-2,8 с, в 1,2-2,3 раза по сравнению с первоначальной и в дальнейшем, до полной заливки формы, секундную скорость постепенно уменьшают например, по линейному закону таким образом, чтобы в конечный момент заливтш она была в 1,05-1,15 раза больше, чем первоначальная. Кинетика растворения модификатора, помещенного в реакционную камеру литниковой системы, металлом, поступающим в форму в процессе ее заливки, сос тоит из трех периодов. Первый период затслючается в процессе нагрева модификатора до температуры, обеспечивающей его, растворение первой порции металла Длительность этого периода зависит от температуры плавления и теплофизических свойств модификатора, температуры металла, его ферростатического напора и секу 1дной скорости заполнения формы. Изменение ферростатического напора ( Нц ) и секундной скорости (Q ), при заполнении формы для отливки небольшой высоты и простой конфигурации происходит по линейному закону. Однако, степень растворения модификатора () меняется по сложной зависимости, В первый период до момента LJ происходит прогрев модификатора, время его контакта с первой порцией металла оказывается малым и чугун получается недомодифишфованным со смешанной формой графита. При достижении оптрла ного количества растворенного модифик тора (т-)„у ) форма графита полу шется шаровидной. В период последующей за временем с, , до максимума на кривой m - i ( t ) происходит интенсивное растворение модификатора, благодаря наличию его большого количества и продолжению его прогрева за счет теплоты протекающего металла. В третий период модификатор уже достиг максимальной температуры прогрева и уменьшение степени его растворения протекающим металлом объясняется уменьшением количества модификатора в реакционной камере. Недостатком этого способа модифицирования металла в форме является малая степень мод5«})ицирования первой порции металла и сравнительно повыше1шый расход модификатора во второй и третий период его растворения. Поэтому средНИИ расход модифшсатора находится в пределах 0,8-1,0%. При использовании пенополистироловых пробок, устанавливаемых в литниковой системе, благодаря диструкции пенополистирола, увеличивается до 1,5-2,0 с длительность контакта первой порции металла с модификатором. В этом случае не наблюдается изменение величин ферростатического напора ( h ) и секундного расхода (ср металла, однако в первый период увеличивается время контшсха металла с модификатором и это обеспечивает получение шаровидной формы графита и первой порции металла. Расход модификатора остаётся таким же, как и в первом случае. Модифицирование металл а в форме, при использовании для ее заполнения низкого регулируемого давления происходит иначе. Избыточное .давление воздуха в тигле { Рр ) по мере заполнения формы под низким давлением, увеличивается. При этом секундный расход (Qj-p) остается неизменным или увеличиваете на большую величину. При этом следует отметить, что характер зогоетики растворения модификатора tn г f ( ) остается подобным случаю, когда форма заливаетсд обычным металлом. Аналогичным остается также и расход модификатора. Преимуществом модифицирования металла в форме при использовании для ее заливки низкого давления является возможность регулирования в процессе заливки избыточного давления в тигле в довольно широких пределах. Как показали исследования, для сокращения расхода модификатора, повышения его рас творения в первой порции металла, стабилизации растворения модификатора в период все заливки формы, улучшения микроструктур и повышения физико-механических свойст металла, избыточное давление в тигле и секундный расход заполнения формы металлом изменяли так, чтобы первая порция металла, составляющая 8,О% от чернового веса отливки поступала в форму при избыточном давлении в тигле 0,26 кгс/см и секундной весовой скорости 2,63 кг/с.см, затем давление воздуха увеличивали со скоростью 0,115 кгс/см в секунду и повышали секундную скорость заполнения формы металлом в 1,2--2,3 раза (т.б.) по сравнению с первоначальной и в дальнейше до полной заливки формы, секундную скорость заливки уменьшали по линейному закону, изменяя избыточное давление со скоростью О,О7 кгс/см в секунду и в конечный момент заливки и в обеспечивали давление 0,35 кгс/см и оптимальную секундную скорость заполне ния формы. Ограничительные пределы в формуле изобретени выбраны по следующим сооб ражениям. Первая порция жидкого металла, которая прогреваег- модификатор до температуры металла составляет 4,58,0% от чернового веса стливки. 4,5% получается при высокой температуре заливаемого металла, а 8% при температуре металла равной минимальной, которая обеспечивает заполнение форм металлом. Минимальная секундная скорость заливки металла равна 0,65 кг/с. см. При меньшей скорости заливки ввиду большой теплоотдаче металла на нагрев литниковой системы и модификатора, жидкотекучесть чугуна значительно уменьшается и металл при заполнешш формы затверде вает, что приводит к образованию спаев. При скорости заливки больше 14,5 кг/с.с время контакта металла с модификатором оказывается малым и при увеличении скорости заливки во второй период в 1,2-2,3 раза металл может получиться недомодифииирова шым. Увеличение секундной скорости залив1ш в 1,2-2,3 раза уменьшает время контакта модификатора с протекающим метал лом и тем самым уменьшает степень растворения модификатора. Нижний предел (в 1,2 раза} используется при заливке в форму чугуна с температурой 1320135О с, а верхний предел для чугуна С температурО 142О-1460°С, Дальнейшее уменьше а1е секундной скорости запо1шения форм возможно благодаря y ieньшелию количества модификатора и стабилизашш его растворения в процессе всей заливки форм. Установлено, что если при обычной заливке форм, во второй период количество растворенного модификатора превышает опт№дальное в 2,1 раза, то при использовании предлагаемого способа заливки оно не превышает 1,251,3 раза. Уменьшение скорости заливки по линейному закону необходимо проводить потому, что уменьшение количества рас-г творяюшего модификатора происходит по закону близкому к линейному. В конечный период заливки скорость должна быть больше первоначальной в 1,05-,, 15 раза. При скорости большей чем первоначальная в 1,15 раза металл может получиться недомодифишфованным, а если величина скорости по сравнению с первоначальной меньше, чем в 1,5 раза, то заполнение металла в форму происходит медленно и в плоских стенках могут образоваться дефекты. Для модифицирования использовался исходный чугун следуюшего химического состава,вес,%: 3,37-3,41С; Ь62-2,675; 0,24-0,26 Мп ; 0,06,09 и 0,О2O,O3S. Модификатор содержал, вес.%: 6,8-7,8 Mg; ; 54,8-55,6 5ч; 1,422,17 Са; 1,26-1,38 РЗМ; 0,93 1,02 А 6 и остальное - железо. Для зал11вки под низким давлением форм использовался исходный чугун с температурой 1320-146О°С. Проведеиные исследования показали, что использова1ше для получения форм регулируемого низкого давления, изменяемого по предлагаемым режимам, позволяетсократить общий расход модифжатора с О,8-1,О9 до О,65-О,85%. Заполнение литшпсовой системы первой порции металла осуществляется при минимальном давленш, которое обеспечивает оптимальное время контакта металла с модификатором и получение в чугуiie шаровидной формы графита. Благодаря вьфавниваняю химического состава чугуна в различных частях отливок наблюдается значительное вьфавнивание микроструктуры чугуна. Опреде-. лено, что микроструктура и свойства чугуна, полученного в течение всего периоца аалнвки аналогично.

Установлено, что модвфишфование чугуна согласно щзедложенного способа позволяет, по сравнешпо с прототипом повысить предел прочности при раст5ажении на 5-1О%, предел текучести на 613,5%, удлинение 20%, ударную вязкость на 8-17%, модуль упругюсти на 1,5« 2,5% и твфдосгь на 5-IO НВ.

Формула изобретения

Способ модифшщювания металла в литейной форме, включакиций размещение модификатора в литниковой системе и заливку металла в литейную форму под низким регулируи гым давлением или с противодавлением, отличающийс я г&л, что , с целью сокращ шя расхода модификатора и повышения равномерности его распределения по сечению отливки, первую порцию жидкогч) металла, составляющую ,4,5-8,0% от чернового веса отливки, заливают со скоростью 0,65-14,5 кг/с.см, затем ее увеличивают за 1,2-2,8 с в 1,2-2,3 раза по сравнению с первоначальной и в дальнейщ1 м до окончания заливки скорость уменьщают по линейному закону, при этом секундная скорость заливки в конечный момент заливки в 1,О5,1,15 раза больше, чем первоначальная.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии № 5О-17327, кл. 1О 3, 155.1, опублик. 1975.

2.Патент Франции № 2242466, кл. С 21 С. 1/08, опублик. 1972.

3.Патент Австралии № 465158, кл. 7О.4, опублик. 1975.