Модификатор для чугуна

(51) 2 С 35/00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕ ЕН 2чугуна преимущественно при производстве отливок с высокой степенью разностенности, работающих в парах трения. Цель изобретения - получение чугуна с высокой и равномерной твердостью по сечению и повышение износостойкости. Модификатор для чугуна содержит медь, алюминий, марганец, сурьму, редкоземельные металлы, углерод и железо. Дополнительно модифика.тор содержит Фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.ь; медь 30-50; алюминий 3-15; марганец 10-20; редкоземельные металлы 1-3; углерод 1-5; сурьма 1-11; фосфор 1-5; железо остальное, причем концентрации меди и сурьмы находятся в Ф Сц = 52 - 2 ЯЬ. Е 2 табл. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРй 1081228, кл, С 22 С 35/00, 1984,(54) МОДИФИКАТОР ДЛЯ ЧУГУНА(57) Изобретение относится к литейно"му производству, в частности к присадочным материалам, используемым длявнепечной обработки расплава серого Изобретение относится к литейномупроизводству, в частности к присадочным материалам, используемым для внепечной обработки расплава серого чу",гуна, преимущественно, работающих впарах трения.Цель изобретения - получение изотропной структуры с высокой и равномерной твердостью по сечению и повышение износостойкости,Изобретение проиллюстрируется следующим примером,Проверку эффективности модификаторов производили на базовом чугуне,содержащем, мас .Ф: углерод 3,3; кремний 1,8; марганец 0,7; Фосфор 0,12 исера 0,05. Выплавку чугуна проводилив тигельной индукционной. печи ЛПЗ с кварцитовой футеровкой. Модификаторы выплавлялись на шихте из соответствующих Ферросплавов и чистых элементов в индукционной печи с использованием графитового тигля, При плавке модификаторов в качестве покров- ного флюса использовался бой графитовых блоков. Разливку модификаторов фф 4 осуществляли в плоские ячеистые изложницы, дробление слитков до требуемой Фракции проводилось в щековой дробилке.Модификатор в количестве 0,73 от массы металла присаживался на дно прогретого ковша перед сливом, Тем- ф йература модифицирования находилась в пределах 1360-1380 С. Обработанным чугуном заливались ступенчатые пробы с толщиной стенок 5,15; 30, 60 и 120 мм, имитирующие разностенную от 15853ливку и диски для износных испытаний.За показатель изотропии была принятатвердость и микроструктура в различных сечениях ступенчатой пробы,Износные испытания проводились последующей методике,Из чугуна, обработанного известными различными составами предлагаемогомодификатора, изготавливались дискидиаметром 200 и толщиной 50 мм, Сопряженную деталь имитировали цилиндрические образцы диаметром 30 мм ивысотой 20 мм, изготовленные из базового немодифицированного чугуна, которые усилием заранее тарированнойпружины прижимались на 3 минуты кбоковой поверхности дисков, вращающихся со скоростью 1450 об/мин, Износсопряженной детали исчислялся как потеря веса и выражался в процентах,причем износ образца при трении одиск, изготовленный из чугуна, обработанного известным модификатором,принят за 1003, 25В табл, 1 приведены составы модификаторов; в табл. 2 - результаты лспытаний.Дополнительное введение фосфорав количестве 1-53 способствует образованию мелких, равномерно распределенных включений тройной Фосфидносурьмянистой эвтектики, образующихсплошной сетчатый каркас в металлической основе чугуна. Добавка фосфора препятствует образованию грубыхвключений эвтектики по границам зеренв толстых сечениях, снижающихмеханические свойства чугуна и являющиеся своеобразными "шипами", имеющимиболее высокую твердость, чем основная матрица, и значительно снижающимиизносостойкость сопряженных деталейв парах трения. При содержании ФосФора менее 14 его действие не проявляется, а при увеличении концентрациисвыше 5 Ф вследствие резкого укрупнения включений эвтектики падают механические свойства чугуна.Добавка РЗИ в оптимальных количествах улучшает форму графита и по 50вышает равномерность его распределения, увеличивает общую графитизациючугуна, измельчает эвтектическое зерно и соответственно включения тройнойэвтектики, улучшает характер ее распределения в толстых сечениях, дово"дя эти показатели до уровня тонкихстенок, где мелкозернистая структура 704обеспечивается за счет более высокойскорости охлаждения. Указанное воздействие РЗИ способствует повышениюкак изотропности структуры чугунаобработанного предлагаемым модификатором, так и износостойкости чугунасопряженных деталей.При содержании РЗИ в модификаторе менее 14 эффекта измельчения структурыне наблюдается, а при концентрациисвыше 34 возникает вероятность образования карбидов.Иедь и сурьма введены в качествеосновных перлитизаторов, причемихконцентрации находятся в следующемсоотношении: 4 Сц = 52 - 2 ЗЯЬ, Указанная зависимость получена опытнымпутем и является эмпирической. Соблю-.дение такого соотношения концентрацийстабилизирует эфФект модифицированиячугуна за счет ослабления влиянияколебаний химического состава исходного металла на результаты модифицирования, за счет чего значительнорасширяется область применения предлагаемого модификатора. Кроме того,медь является графитизирующим эле"ментом, а сурьма поверхностно.-активным по отношению к графиту, Это способствует получению мелких, равномер- .но распределенных включений графитав чисто перлитной матрице по всемутелу отливки, что обуславливает получение изотропной структуры в стенках различной толщины, охлаждающихсяс различной скоростью. При содержании менее 30 меди полная перлитизация не обеспечивается, а увеличениеее содержания более верхнего предлагаемого предела 504 нецелесообразно,так как эффект перлитообразованиястабилизируется,Добавка меди в количестве большемили меньшем, чем определено зависимостью 4 Сц = 52 " 2 В ЯЬ, дестабилизирует действие модификатора.Содержание сурьмы до 14 - граничная концентрация, ниже которой еедействие не проявляется, а свыше 116наблюдается скачкообразный рост твердости в тонких стенках и ухудшениеФормы графита в толстых сечениях, чтонарушает изотропию структуры. Крометого, ухудшается износостойкость сопряженных деталей вследствие появления тройной эвтектики,В качестве стабилизатора перлитав твердом состоянии в состав модифи5 15853катора входит марганец. Замедляя вторую стадию графитизации, данный элемент предотвращает образование феррита в толстых сечениях отливок дажепри сравнительно низких скоростяхохлаждения. Металлическая матрицастановится нечувствительной к содержанию в чугуне основного ферритизатора - кремния. Кроме того, марганецв указанных пределах в отличие отвсех остальных карбидообразующих элементов не препятствует протеканиюпервой стадии графитизации и не способствует образованию отбела в тонких сечениях, Уменьшение концентрации марганца ниже 104 делает матрицучувствительной к скорости охлажденияи содержанию кремния в чугуне, эффект перлитообразования дестабилизируется, перлит становится крупнопластинчатым, что приводит к нарушениюизотропии структуры и снижению механйческих свойств чугуна, Свыше 204марганца начинает стабилизировать 25карбидообразование, что приводит котбелу в тонких стенках,Алюминий введен в состав модификатора как активный графитизатор вжидкой фазе и раскислитель. Данныйкомпонент способствует активному выделению графита иэ расплава, что позволяет получать тонкие стенки отливок без отбела. Кроме того, добавкаалюминия позволяет понизить содержание кремния в чугуне, что в свою очередь предотвращает ферритизацию матрицы и стабилизирует изотропностьструктуры и твердости по их телу отливки40Данный эффект проявляется при содержании алюминия не менее 33, а свыше 153 наблюдается образование окисных пленок и снижаются литейные свой- .ства чугуна, Кроме того, возникаетопасность образования подкорковой, ситовидной пористости,Присутствие углерода способствуетустранению первичных карбидов в результате внесения дополнительных гра 70 . 6фитовых зародышей в расплав, уменьшает усадочные дефекты металла, повышает количество выделившегося графита. Включения графита, выходящие на поверхность во время работы детали, быстро выкрашиваются и являются своеобразными резервуарами для смазки, что увеличивает износостойкость в парах трения. Нижний предел содержания углерода обусловлен технологическими условиями выплавки модификатора и определен экспериментально, а увеличение концентрации данного компояента свыше 3 отрицательно сказывается на прочностных свойствах чугуна иэ-за образования графитовой спели,Как видно из табл. 2 наилучшие результаты дает использование предлагаемого модификатора при содержании компонентов, не .выходящем эа предлагаемые пределы,при соблюдении предлагаемого соотношения концентраций меди и сурьмы.ф о р м у л а изобретения1, Модификатор для чугуна, содер" жащий медь, алюминий, марганец, сурьму, редкоземельные металлы, углерод и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью получения чугуна с высокой и равномерной твердостью по сечению и повышения износостойкости, он дополнительно содержит фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.Ф:Медь 30-50Алюминий 3-15Марганец 10-20Редкоземельныеметаллы 1 3Углерод 1-5Сурьма 1 "11фосфор 1-5Железо Остальное 2. Модификатор по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что концентрации меди и сурьмы находятся в соотношении Ф Си = 52 - 23 ЗЪ.1585370 Таблица 1 Состав модификатора,Пример Ба Са Сц ЗЬ А 1 Нд Мв РЗМ С Р Ре Превышает расчетноеСоответствует Осталь 50 11 35044 4 1132 10 1530 1 15 10 1 10 1 16 2 20 20 1 1 1 1 4 5 5 5 5 ное,Менее ра счет ного 4 5 6 4, 5 1 4 1, 6 9 7 2 3 1Табли ца 2 Твердость по сечениям, НВ Относи" тельный Состав 60 30120 износ сопряженных деталей, 3 100 241 207 197 197 185 Редактор М,Недолуженко Заказ 2306 Тираж 487 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113335, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул.Гагарина, 101 Предлагаемый1 2 3 4 5 Известный6 Предлагаемый1 2 3 4 5 Известный6 241 229 197222 222222 212 212222 217 217201 197 197 102 25519783 22921282 22921289 22921288 212185 Составитель И.БекреневаТехред Л.Олийнык Корректор Т.Иалец