Модификатор для чугуна

.(51) С 22 С 35/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫГИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Белорусский политехнический институт(54) МОДИФИКАТОР ДЛЯ ЧУГУНА(57) Изобретение относится к модификаторам для чугуна. Целью изобретения является повышение трещиноустойчивости, снижение склонности чугунак образованию усадочных дефектов вотливках и усадки чугуна. Модификатор содержит, мас.7: редкоземельныеметаллы цериевой группы 6-15; кальИзобретение относится к литейному производству, а именно к разработке составов модификаторов и лигатур для чугуна.Известен модификатор для чугуна, содержащий кремний и РЗМ на основе алюминия. Данный модификатор отличается низкой температурой плавления, что обеспечивает возможность обработ ки чугуна ваграночной плавкИ. Кроме того, он имеет ограниченную область применения - литье в металлические Формы.Цель изобретения - повышение трещиноустойчивости и снижение склонности чугуна к образованию усадочных дефектов в отливках. 2ций 1-4; медь 0,1-4; железо 5-151 кремний 5-25; магний 0,1-1,5, висмут 2-7; алюминий остальное. Предлагае-. мый модификатор можно получать методом сплавления в индукционных печах модификатора ФСЗОРЗМЗО и отходов производства отливок из алюминиевых сплавов в соответствующих соотношениях. Содержание висмута обеспечивается вводом его в виде технически чистого металла. Ковшевая обработка доэвтектического чугуна предлагаемым модификатором позволила снизить количество макротрещин на сопряженных поверхностях до 0-3 против 10 при обработке известным модификатором, уменьшить объем усадочных дефектов до 0,75-1,77, снизить высоту отбела до 1,5-6 мм, 2 табл. Выбранные пределы содержания ингредиентов установлены экспериментально. Содержание редкоземельных металлов цериевой группы в составе модификатора обуславливается их эфФективным воздействием на процесс графитизации чугунов за счет инокулирующей обработки пасплава. Нижний. предел содержания (6 Х) обусловлендо стижением определенного эффекта. Превышение верхнего уровня содержания (157) может привести к обратному эфФекту - возрастанию отбела чугуна и как следствие к снижению трещиноустойчивости и повышению усадки сплава.Кальций - эффективный рафинирующий элемент. Его воздействие на про 1708909цесс графитизации аналогичен редкоземельным металлам, Нижний предел содержания (17) обусловлен необходимостью достижения эффекта графитизации, при превышении верхнего предела содержания кальция (4%) происходит ошлакование модификатора вследствие образования высокотемпературных основных шлаков. 10Медь - элемент, сопутствующий в исходных шихтовых материалах, на основе которых предполагается методомсплавления получать лигатуру (поршневые сплавы) . Превышение верхнего пре . дела содержания (ч%) требует специального ввода меди при плавке, чтопввышает стоимость лигатуры и усложняет технологический процесс. Крометого, повышение содержания меди вышеверхнего предела не дает существенного приращения эффекта в достижениипоставленной цели изобретения.Белезо - элемент, который косвенно способствует достижению поставленной цели изобретения. Оно повышаетплотность лигатуры и повышает коэффициент усвоения модифицирующих компонентов лигатуры. Выбранные пределысодержания железа (5-10%) обеспечиваются использованием лигатуры . фСЗОРЗМЗО в качестве шихтовой составляющей для сплавления предлагаемойлигатуры. Превышение верхнего предела (15 ) уменьшает содержание другихэффективных элементов модификаторов,что требует повышенного расхода лигатуры при достижении того же уровняэффекта обрабо тки.Выбранные пределы содержания крем 40ния в сочетании с алюминиевой основой лигатуры обеспечивают низкую температуру плавления лигатуры и какследствие высокое усвоение ее расплавом.Кроме того, кремний - извест 45ный графитизатор чугунов, нижний предел его содержания (5%) выбран исхо-.дя из необходимости достижения определенного эффекта модифицирования,Превышение верхнего предела (257) недает существенного приращения эффекта модифицирования и бесполезно всвязи с наличием в составе предлагаемой лигатуры более эффективных модифицирующих элементов. 50 55Магний снижает температуру плавления лигатуры, оказывает существенное инокулирующее воздействие нарасплав чугуна. Нижний предел его установлен для достижения эффектамодифицирования, Превышение верхнегопредела содержания магния (1,57) приводит к появлению заметного пироэффекта, ухудшает экологию цеха, снижает коэффициент усвоения магния.,Ллюминиевая основа обеспечивает требуемую низкую температуру плавления модификатора.Висмут - сильный поверхностно-активный элемент. Использование этого элемента в предлагаемом модификаторе основано на его способности адсорбироваться на поверхности неметаллического включения или растущего включения графита. При вводе в жидкий расплав чугуна лигатуры на основе алюминия с достаточно высоким содержанием кремния создаются зоны растворения, пересыщенные по этим элементам, В них сплав становится резко заэвтектическим. Последнее приводит к выделению высокоуглеродистых фаз (графит, карбид кремния) в зонах растворения лигатуры. В результате диффузионного выравнивания содержания модифицирующих элементов во всемобъеме металла (после завершения процесса растворения модиФикатора) вышеназванные фазы становятся термодинамически неустойчивыми и наблюдается процесс их акгивного растворения.Наличие в составе предлагаемой лигатуры активных элементов, таких как РЗМ, кальций, магний, резко интенсифицирует процесс выделения графитной фазы (создаются эффективные подложки для выделения графита и углеродсодержащих фаз), а дополнительный ввод висмута в количествах (2- 77) за счет его адсорбции на поверхности зародышей графита увеличивает длительность их существования. Это резко снижает отбел чугуна, уменьшает усадку за счет более, полного протекания процесса графитизации, причем наблюдается измельчение и более равномерное распределение графита. Как следствие изотропности структуры сплава отливки повышается трещиноустойчивость чугуна.Нижний предел содержания висмута (2 ) установлен исходя из необходимости достижения определенного эффекта. Превышение верхнего предела (77) может привести к обратному результату, широко известному по литературе - резкому возрастанию склонности чугуна к кристаллизации по ме-. тастабильной диаграмме, низкой трещиноустойчивости и высокой усадке сплава в отливках, наблюдаемой при вводе поверхностно-активных элементов.Ввод в состав лигатуры на основе алюминия совместно с ЩЗМ и РЗМ висмута позволяет получить противоположный от общепризнанного эффект возрастания графитизирующего воздействия лигатуры на кристаллизующийся расплав чугуна.Технология изготовления предлагае ой лигатуры может включать сплавление в индукционных печах модификатора ФСЗОРЗМЗО и отходов производства поршней из алюминиевых сплавов в со. ответствующих соотношениях. Содержание висмута обеспечивается вводом его в виде технически чистого металла,П р и м е р. Для сравнительного испытания известной и предлагаемой лигатуры выплавляли исходный чугун 25 следующего химического состава мас.%: углерод 3,2-3,4, кремний 1,8- 2,0; марганец 0,5; хром 0,15. Плавку проводили в индукционной высококачественной печи. Технология модифицирования чугуна включала ковшевую обработку расплава предлагаемым и предлагаемым модификаторами в количестве 0,1 мас.й. Склонность модифицированного чугуна к усадке .определяли по технологической пробе, имеющей. форму конуса объемом 76 смз. Объем усадочных де - фектов определяли как сумму объемов концентрированной раковины и усадочной пористости, Последнюю определяли по разнице удельной плотности материала условно плотной части пробы (вершина конуса) и части конуса, пораженной пористостью. Плотность мате ф о р м у л а и з обре т е н и я Модификатор для чугуна, содержащий редкоземельные металлы цериевой группы, кальций, медь, железо, кремний 9 алюминий ф магний ф о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения трещиноустойчивости, снижения склонности чугуна к образованию усадочных дефектов в отливках и усадки чугуна, он дополнительно содержит висмут при следующем соотношении компонентов, мас.7:Редкоземельные металлы цериевойгруппыКальцийМедьЖелезоКремнийМагнийВисмутАлюминий 6-151-4О, 1-45-155-25О., 1-1, 52-7Остальное риала определяли методом гидростатического взвешивания.Склонность чугуна к отбелу опреде-.ляли по высоте отбела в клинеТрещиноустойчивость оценивали натехнологической пробе, выполненной ввиде Т-образной отливки, заливаемойв металлическую форму, одна из частей которых имела толщину 8 мм, другая 25 мм, Критерием трещиноустойчивости выбирали количество макротрещин на сопряженных поверхностях толстостенной и тонкостенной частях технологической пробы,В табл. 1 и 2 приведенЫ резулЬтаты испытаний.Как следует из приведенных данных,использование предлагаемого модификатора позволяет повысить трещиноустойчивость чугуна, снизить его усадку иотбел.1708909 Тафлица 1,Химический состав, масЛ,Состав Пределы содержания ингредиентов в чугуне РЗМ Са Сц Ре 81 ИВ В 1 А 1 Предлагаемый 61 5 5 2 15 15 25 3 4,5 17 30 1 нижний 2 средний 3 верхний 0,1 0,1 0,8 1,5 2 Остальное 1 О 2,5 2,04,00,05 4 5 В 7 ав н5 э 0 15 23,5 2,5,2,5 3,0еа. ж Таблица 2 Объем усадочных деФектовсмз Состав модификатора Расход мо"дификатоВысота отбела, мм Количество макротрещин на сопряженных поверхностях 0,1 1,7 1,29 0,9 0,68 0,75 0,57 1,9 1,44 2,3 1,75 1,85 1,4 2,3 1,75 01 2,0 Нет 0,1 1,5 7,8 12 Нет 0,1 0,1 0,1 4 7 (исходный чугун без модиФикатора) 15 Составитель Н.Бестужев Редактор Н.Киштулинец Техред А.Кравчук Корректор А.Обручар фЗаказ Тираж ПодписноеВНИИПИ 1 осу,щэстнснного копстста по изобретениям и открытиям нри ГКНТ СССР113035, 11 ос квп, И, Раушская наб д, 4/5 Производственно-издательский комбинат Патент, и, Ужгород, ул. Гагарина, 101