Лигатура

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТ У Союз Советских Социалистических Республик(11) 587169 ОРСКОМ У СВИДЕТГЛЬСТВ Доно ьное к авт, сви 76 21) 2393249/22-02влен 5/О исоединением заявкиГееуаэретеэаам% аеаатет Воээта Маааетрае 66 СР аа деаэю аэебаэтэаай а етармтай(45) Дата опубликования описания 1001,7 3) УДК 669.046(72) Авторы иэобретени А. В. Кли Б.М.Лепннских, В и А.А.Шейк я, А нежко Институт проблем литья АНУкраинской ССР(71) Заявител ЛИГАТУРА Изобретение относится к области литейного производства, в частности производству лигатур, и может быть использовано для модифицирования чугуна и стали.Известно большое количество комплексных модификаторов и сплавов для модифицирования сталей и чугуна, в состав которых входят магний, барий, кальций, РЗМ, стронций, цирконий и др. Основным модифицирующим элементом в данных лигатурах при проиэвод" стве чугуна с шаровидным графитом яв ляется магний.Известна лигатура для получения высокопрочного чугуна беэ применения взрывоопасного и трудкоусваиваемого в железоуглеродигтых сплавах магния. В качестве основного модифицирукааего элемента она содержит барий при следующем соотношении компонентов, вес,Барий 12-30Кальций 10-30Кремний 1-1 5Железо 1-10 Алюминий Остальное. 0 2 том,изменеарий, В 30 Однако единственным эле собствующим существенно форьы графита, являетс силу своих физических свойств барий во многом уступает по сфероидиэирующему воздействию на форму графита в чугуне таким элементам, как магний, литий, иттрнй церий н др. Кроме того, он влияет йа структуру металлической основы. Так при содержании его в лигатуре до 8-10 он способствует графитизации и получению чугуна с перлитной структурой. Превьзаение этого предела увеличивает микронеоднородность литого металла и появление метастабильных фаэ в чугуне. Отмечается также наличие алюминия и высокая его концентрация. Алюминий способствует графитизации, однако, ухудшает форму графита, что при сравнительно слабом сфероидезаторе-барии снижает прочностные характеристики его, литейные свойства, усадку и жидкотекучесть. Кроме того, отмечается высокое содержание кальция. При такой концентрации данного элемента в лигатуре она сильно ошлаковывается, что ухудшает растворение ее в чугуне, Кальций способствует ферритизации чугуна, что в конечном итоге приводит к перлитоферритной структуре металлической основы и анизотропии свойств литого металла.Цель изобретения - разработка состава такой лигатуры, которая обеспечивала бы высокое усвоение модифицирующих элементов без пироэффекта и получение высокопрочного чугуна с повьааеннымн прочностнымн свойствами без отбела в литом состоянии, Это достигается тем, что лигатура дополнительно содержит бериллий, стронций и карбид тория при следующем соотношении 10 компонентов, ве.: 5"10 БарийКальцийКремнийБериллийСтронцийКарбид торинЖелезо 1,5-5 20-30 5-10 1-3 0,5-3 Остальное,Бериллий введен как модификатор, действие которого эффективно в комп-, лексе с барием. При комплекснбм вводе элементов форма шаровидных включе- фф ния графита становится правилъной округлой форма, а структура металлической основы состоит из мелкозернистого перлита во всех сечениях отливок, Стронцийъводят длл десульфурацни и Зф стабилизации модифицирующего действия элементов, Карбид торил вводят для улучшения растворения лигатуры, измельчения графитных включений и эвтектических зерен. Зб улучшение и ускорение растворения лигатуры достнгаетсл за счет разобще- ния монолита сплава - лигатуры нераствериьаае в ней тугоплавкими включе ниями частиц карбида торил. Это приводит к равномерному распределению элементов-модификаторов во всем объ еме обрабатываемого металла как при модифицаровании, так и кристаллизации 4 ф металла в форме, поскольку укаэанные включения в ходе эатвердевання не растворяются, а являются дополнитель,ными цеитраае рщсталлнэации.В лигатуре шаровидный графит фор-, Щ мнруется под действием бария н бериллия. Иинамаяьиая концентрация данных элементов в лигатуре, при котороЯ в структуре чугуна исключается пластинчатый графит, соответствует 5 вес; щ бария и 5 вес. бериллня. При увеличении,содержання этих элементов улучшаетсянх форма, измелъчаются размеры и повышаются прочностные свойства чугуна. При дальнейшем измельчении кон" центрации бериллия выше 10 вес, н бария соответственно физико-механические свойства чугуна изменяются незначительно, поэтому в качестве верхних пределов содержания данных элементов взяты зти концентрапии.66 Нижний предел карбида тория(0,5 вес.) обусловлен тем, что применьшей концентрации усвоение предложенной.лигатуры .улучшается незначительно по сравнению с нзвестноЯ. Верхнийпредел (3 вес.) ограничен микронеоднородностью чугуна, при которомнаблюдается коагуляция частиц карбидатория; нх скопление в отдельных участках отливок и снижение изотропности структуры.Графитизирующее действие кальцияпроявляется, начиная с 0,5 вес, влигатуре, поэтому этот предел является нижним в предлагаемом составе. Таккак при концентрации данного элемента выше 5 вес. заметно ухудшаетсярастворение лигатуры в чугуне, а вотдельных сечениях отливок появляются серые пятна, значительно снижающие эксплуатационные свойства чугуна, то данный период взят в качестве верхнего ограничения его в лигатуреЖелезо и кремний служат базовымиэлементами и их соотношение определено технологичностью выплавки лигатуры, обеспечением необходимого удельного веса лигатуры и температуройплавления, которая составляет 11801245 С. Невысокая температура плавления лигатуры и хорошее ее усвоение вчугуне обеспечивает ее применение длямодифицироваиия металла выплавленного как в электропечи, так и в вагранке,Для определения эффективности изобретения выплавлены усредненный состав лигатуры аналога и пять составов .предложенной лигатуры (см. табл. 1),Лигатуры данных составоь исполъзуют для модифицирования чугуна следующего составаг углерод 3,47 у кремний2,.12 у марганец 0,41 у сера 0,03 у,фосфор 0,02, Чугун выплавляют вэлектропечи ИГП. Температура выплавки 1460"1500 С, температура модифицирования 1320-1350 С. Выплавленныйчугун разливают мерным ковшом на 6равных порциЯ по 25 кг. Для охранывнешней среды от загрязнений лигатурувводят колоколом на дно ковша. Количество вводимой лигатуры во всех случаях 1,4 от веса жирного чугуна. Дляисследования структуры и физико-механических свойств чугуна отливают специальные образцы. Результаты испытаний приведены в табл, 2.Из приведенных данных видно, чтомодифицирование чугуна лигатурой предложенного состава приводит к заметному повышению прочностных и эксплуатационных свойств (износостойкости) .Предел прочности на разрыв возрастает с 51,3 для аналога до 62,3 кг/см5871 б 9 для лигатуры предложенного состава исоответственно пред 2 ел прочности с35,3 до 41,7 кг/мм , При этом относительное удлинение изменяется незначительно, однако, ударная вязкость возрастает с 3,1 до 40 кгм/см. Таблица 1 Составы, вес.В Компоненты Известный 10,93 4,13 5,45 7,12 9,17 21,31 19,83 27,17 БарийКальций 5,71 3,09 4,39 1,57 1,31 2513 23,48 23,8 б 10,13 24,81 23,75 Кремний 6,56 5,10 4,11 Бериллий 051 Ф,21 1,95 2,97 3,21 РЭМ 2;81 3,31 0,37 0,61 2,1 Карбид торияЖелезо Осталь-ное Остальное Остальное Остальное Остальное Остальное 51,3 Аналог 35,3 1,7 197 13 87 1,6 212 10 73 1 Г состав П 1 состав 59,5 40,2 2,0 621 417 15 39 54 78 Формула изобретения 20-305-10 БериллийСтронцийКарбид тория 1-3 0,5-3 1. Авторское Свидетельство СССРВ 490863, кл, С 22 С 5/00, 1974. 5-101,5-5 ЦНИИПИ Заказ 87/21 ТиРаж ф Подписное филиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 / 1 состав 52,8 37,2 1 у 8 1 У состав 61,7 40,3 1,5 У состав 541 38,9 1,8 Лигатура, содержащая барий, кальций, кремний и железо, о т л и ч а ю" щ а я с я тем, что, с целью исключения пироэффекта при модифицироьании и повышения прочностных свойств чугуна в литом состоянии, она дополнительно содержит бериллий, стронций и ларбид торин при следузхаем соотношении компонентов, вес,ФБарийКальций Улучшаются .эксплуатационные свойства чугуна, интенсивность изнашивания,нэносостойность, модифицирование чугуна лигатурой предложенного состава на 40-50 ниже, чем модифицированного лигатурой-аналогом. 1,6 216 8 45 1,4 221 1,3 209 1,4 247Кремний Железо Остальное. Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе: