Лигатура

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВУ Н АВТОРСНОМУ(54) 57) ЛИГАТУРА коэемельные элемен пы, магний, кремни и железо, . о т л и тем,. что, с целью ла прочности чугу воения легирующих дополнительно сод иттрий при следующ компонентов, мас.Редкоземель.ные элементы цериевойгруппыМагнийКремнийБарий содержащая ред"ты цериевой груп"й, барий, кальцийч а ю щ а я с яповышения преде-аи степени ус-.элементов, онаржит марганец ием соотношении Бюл, Р 11жев, С.Н. Леках,Б. Пигасов,Л.В. Слепова,Байрамов, М.А.и Ю.П. Белыйй ордена Трудовоги политехнический с1081230 10 15 20 Изобретение относится к литейному производству, а именно к изысканию составов лигатур, применяемых при производстве высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.Известна лигатура И 3, содержащая, мас.:РЗМ 30-60Иттрий 5-15йлюминий 0,5-15Магний 0,1-6,0Кальций О, 5-30Барий 0,5-30Стронций О, 1-15Кремний 30-50Железо остальноеНедостатком данной лигатуры является низкая степень усвоения легирующих элементов, что обусловлено недостаточным эффектом модифицирования.Наиболее близкой к предложенной является лигатура 23, содержащая, мас.:РЗМ 2-15Кальций 5-20Магний 12,5-25Барий 0,1-10Железо1-26Кремний Остальное Однако повышенное содержание каль ция и магния в известной лигатуре ухудшает условия модифицирования чугуна. Особенно это относится к Э внутриформенному модифицированию известно, что кальций приводит к 35 шлакованию лигатуры, что требует высоких температур заливки Форм для обеспечения нормального хода процесса модифицирования, повышенное содержание магния снижает коэффициент 40 усвоения магния, ухудшаются условия заливки Форм - выплески металла, пирроэффект, повышенное выделение дыма ) .Кроме того, известная лигатура 45 обеспечивает получение ВЧШГ Феррит- ного или ферритно-перлитного классов, вследствие отсутствия в ее составе элементов,перлитизирующих металлическую матрицу. Для получення чугунов перлитного и перлитноферритового классов требуется дополнительная технологическая операциялегирование.Целью изобретения является повы-, шение предела прочности чугуна и степени усвоения легирующих элементов. Поставленная цель достигается тем .что лигатура, содержащая редкозе-. 60 мельные элементы цериевой группы, магний, кремний, барий, кальций и железо, дополнительно содержит марганец и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.: 65 2Редкоземельные элементыцериевойгруппы 0,1-1,0Магний 5-10Кремний 25-60Барий , 0,1-5,0Кальций 0,2-1,0Марганец 0,1-10,0Иттрий 0,01-1,0Железо ОстальноеОбоснование выбранных пределов содержания ингредиентов ( установлены экспериментально):известно положительное влияние редкоземельных элементов цериевой группы на процесс сфероидизацииии графита в чугунах. Пределы содержания 0,1-1,0 РЗМ цериевой группы в лигатуре и обеспечение ею содержания этих элементов в чугунах (0,002-0,02 ) после модифицирования являются оптимальными. Кроме того, при установке величины содержания РЗМ учитывался фактор низкой стоимости лигатуры;магний - нижний предел выбран, исходя из необходимости обеспечения достаточной величины М остатка, в чугуне для сфероидизации графита. Увеличение содержания магния .свыше 10 снижает коэффициент усвоения магния и ухудшает условия заливки и модифицирования расплава чугунаркремний - при его содержании в лигатуре в пределах 25-60 обеспечивается оптимальная графитизирующая обработка расплава и удовлетворительная растворимость лигатуры;барий - пределы его содержания в лигатуре 0,1-5,0 обеспечивают оптимальную графитизирующую обработку расплава и устраняют возможность появления структурно-свободного цементита;кальций оказывает положительное влияние на процесс сфероидизации графита (кальций сам является слабым сфероидизатором, кроме того, он обладает большим химическим сродством к вредным примесям - демодификаторам сере и кислороду, в силу чего он связывает их в устойчивые химические соединения, раФинирует расплав чугуна и подготавливает его к сфероидизирующей обработке магнием 1. Верхний предел (1,0) установлен исходя из необходимости обеспечения хорошей растворимости лигатуры при внутриформенном модифицировании чугуна. Нижний предел 0,2 - исходя из эффективности рафинирующего действия лигатуРыфмарганец является элементом перлитизатором структуры. Включение его в состав лигатуры позволяет осуществлять одновременно две технологические операции - модифицирование и легирование чугуна. Причемпри внутриформенном модифицированииобеспечивается экономное (без угара) позднее легирование. Крометого, маРганец благоприятно воздействует на условия модифицированияза счет снижения температуры плавления лигатуры Превышение содержания марганца в лигатуре свыше10 исключает возможность полученияВЧШГ перлитного класса и снижаетуниверсальность лигатуры;иттрий благоприятно воздействуетна процесс сфероидизации графита.При этом общее легирование иттриемчугуна даже в небольших количествахувеличивает прочнбсть при растяжении и твердость получаемых чугунов,.позволяя повысить их марку. Превышение содержания иттрия в лигатуресвыше верхнего предела може привес.тн к появлению кромочного отбелав тонкостенных отливках и снижаетуниверсальность лигатуры. Нижний ,предел (0,01) установлен исходяиз эффективности влияния иттрия.Таким образом, компоненты лигатуры, взаимодействуя с чугуном, оказывают активное рафинирующее воз ,рействие на расплав чугуна, графитизируют и перлитизируют чугун, сфероидизируют графит. При этом зна. чительно повышается прочность ВЧЕГ, улучшается равномерность растворения лигатуры в расплаве чугуна, стабилизируются структураи свойства отливок полученных внутриформенным модифицированием.П р и м е р, Для проведения сравнительных испытаний известной и предлагаемой лигатур был выплавлен исходный чугун следующего состава, углерод 3,4, кремний 2,0, марганец 0,2, хром 0,1, сера 0,02.Технология получения высокопрочного чугуна включала обработку лигатурами исходного расплава в реакционной камере сырой песчано-глинистой формы. Предлагаемая лигатура использовалась с нижним, верхним и средним содержаниями ингредиентов, известная лигатура - со средним содержанием компонентовИспытуемые составы лигатур представлены в табл. 1.Расход лигатур составил 1,2-2,0,температуры заливки форм 1340 и 1420 о(. Результаты механических испытанийчугунов с шаровидными графитом,полученных при модифицировании известной и предлагаемой лигатурами,а также степень усвоения легирую щих элементов расплавом чугуна представлены в табл. 2.Данные на усвоению добавки модиФикатора расчитаны исходя из величины нерастворившегося остатка 10 и степени усвоения элементов, входящих в состав лигатур.Из табл. 2 видно, что максимальные механические свойства достигаются у чугунов, модифицированных 35 в литейной Форме предложенной лигатурой. Чугуны, отработанные известными лигатурами и противопоставленной экспертизой, недостаточно эффективно модифицированы (большая ве личина нерастворившегося остатка,низкая степень усвоения элементов ),вследствие чего обладают низкимимеханическими характеристиками.По полученным экспериментальным 25 данным было определено, что усвоение чугуном легко окисляемых компонентов (РЗМ, магний, иттрий, кальций, алюминий, барий ), входящих всостав лигатуры составляет 65, приполностью растворившейся добавке, 30 а остальных элементов (кремний,марганец, стронций) - 90.Технология получения лигатуры.Лигатуру с содержанием 0,11,0 РЗМ, 5-10 магния, 25-60 35 кремния, 0,1-5,0 бария, 0,1-10марганца, 0,01-1,0 иттрия, остальное железо получают сплавлениемФерросплавов или восстановительнойплавкойв электропечи. Марганец в 40 количестве 0,1-10 присаживают врасплав в виде чистого компонентаили ферросплава. Иттрий в расплавлигатуры переходит из концентратовв процессе восстановительной плав ки или его присаживают в расплав.в вйде чистого компонента.",По-.лученную лигатуру измельчаютна щековой дробилке до фракции 5-50 мм.150Экономический эФФект от использования предложенной лйгатуры по сравнению с применением известной лигату:ры дляпроизводства отливок изВЧШГ внутриформенным модифицированием составит 106 тыс.руб.1081230 Таблица 1 ПределыЛигатурасодержания ии- гредиенто Химический состав лигатур Ре Са Ва У Известная 8 13 Ос,5 13 12,5таль- ное Средний Предлагаемая Нижний 0,1 5 25 0,1 Осталь,2ное 0,1 0,01 5,0 О,5 0,5 7 40 2,5 ,-"- 0,6 1 0 10 60 5 О -"- 1 О 10,0 1,0 Таблица 2 Температура эаливки,фС Усвоение элементов,Ъ Мехайическиесвойства Лигатура 68 МПа БВ Осталь"ные Предложенная Нижний 15 180 440 77 55 1340 470 180 83 60 1420 5-10 84 60 475 200 6-8 Средний 1340 195 490 65 90 0 1420 Верхний 1340 10-12 80 57 90. 65 0 1420 16 Известная 190 290 23 75 Средний 1340 180 430 36 26 60 1420 ВНИИПИ Заказ 1481/24 Тираж 603 Подписное Филиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул.Проеткная, 4 Средний Верхний Пределысодержания Нерастворившийостаток,Ъ Легкоокисляемыеэлемен 1 520 , 230 520 230