Смесь для обработки чугуна

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 35422 А 1 51)5 С 22 С 35 0 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ аллургическиивод прокатных(56) Авторское свидетельствоМ 765386, кл. С 22 С 35/00,Авторское свидетельствоМ 1116085, кл. С 22 С 35/00 Изобретение относится к литейному производству, преимущественно к смесям для обработки чугуна, и может быть использовано для улучшения качества отлитых из него изделий, эксплуатируемых при повышенных температурах. Известна смесь для обработки чугун содержащая компоненты при следующе соотношении, мас.%:Церий 2-5Алюминий 20-30Кремний 30-35Сурьма 6-10Барий 5-8Железо ОстальноеНедостатками этой смеси являются короткий по времени графитизирующий эффект ее действия, значительное ферритизирующее влияние бария на структуру чугу(54) СМЕСЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЧУГУНА (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления чугунных изделий, эксплуатируемых при повышенных температурах. Цель изобретения - повышение ростоустойчивости при повышенных температурах, жидкотекучести чугуна и снижение стоимости обработки, Предлагаемая смесь содержит, мас.%: сурьму 10-20, чугунную с 1 ружку 70-87 и алюминий остальное. Дополнительный ввод в состав предлагаемой смеси чугунной стружки позволяет после обработки его чугунного расплава увеличить ростоустойчивость в 2- 2,5 раза, повысить жидкотекучесть в 1,54- 1,68 .раза, а также снизить расходы на обработку чугуна в 2,18-3,5 раза, 1 табл. акже многокомпонентность ее состаусложняет ее использование.аеей аиболее близкой к изобретению по те ческой сущности, составу и достигаемому эффекту является смесь для обработки чугуна, содержащая компоненты при следующем соотношении, мас.%:Сурьма 10-40 Порошок графита 10-40Алюминий Остальное Недостатками известной смеси являются малая стабильность структуры чугуна при повышенных температурах, что приводит к его росту и снижениюэксплуатационной стойкости отлитых из него изделий, а также . высокая стоимость обработки. В связи с большим количеством алюминия в составе смеси ухудшаются литейные свойства чугуна и применение смеси сопряжено с высоким браком литья, 17354225 10 40 45 50 55 Цель изобретения - уменьшение роста чугуна при повышенных температурах, улучшение его литейных свойств, снижение стоимости обработки и брака литья.Укаэанная цель достигается тем, что в качестве графитизирующей добавки в составе смеси используется чугунная стружка при следующем соотношении компонентов, мас.:Алюминий 3-10 Сурьма 10-20 Чугунная стружка Остальное Снижение эксплуатационной стойкости чугунных изделий, работающих в условиях теплосмен с длительным нахождением в области повышенных температур, например кокилей для отливки прокатных валков, связано с образованием на рабочей поверхности сетки трещин термической усталости, основной причиной которых являются фазовые превращения и рост графитных включений, происходящие с увеличением объема (рост чугуна), а поэтому увеличивающих напряженное состояние. Смесь для обработки чугуна должна обеспечить получение однородной перлитной структуры металлической матрицы при малых размерах эвтектических зерен, а также обеспечить создание барьеров из примесей между графитом и матрицей, препятствующих переходу при повышенных температурах атомов углерода из твердого раствора к графитным включениям,В наибольшей степени этим требованиям должна отвечать смесь, содержащая сурьму, которая не только является наиболее сильным перлитизаторующим элементом, но и поверхностно-активным элементом, образующим на включениях графита адсорбционные слои толщиной 3-4 нм.Широкие промышленные испытания содержащей сурьму смеси-прототипа показали, что вследствие высокого содержания в ней алюминия - сильнейшего элементаферритизатора в структуре чугуна имеет место аномальность перлита в виде ферритной каймы на междендритных границах, ферритная кайма дестабилизирует перлит в процессе нагрева чугуна при термоциклировании, способствует его распаду на ферритно-графитную эвтектоидную смесь, что. сопровождается существенным увеличением объема ввиду небольшого удельного веса графита, значительным повышением уровня фазовых напряжений и, в конечном счете, способствует росту чугуна, Наряду с этим алюминий способствует повышению растворимости водорода в жидком чугуне, который затем при охлаждении отливки после затвердевания и особенно 15 20 25 30 35 при повторном ее нагреве выделяется в матрице чугуна в свободном виде, образуя мик-. ротрещины - флокены, резко снижающие ростоустойчивость чугуна, Кроме того, алюминий в составе смеси проявляет сильное пленообразующее действие, что значител ьно ухудшает литейные свойства чугуна и способствует образованию дефектов в теле отливки в виде плен, заворотов, раковин и пористости, Однако полное устранение алюминия из состава смеси нежелательно, поскольку последний повышает термостойкость и окалиностойкость чугуна, образуя на поверхности изделий устойчивую окисную пленку, препятствующую проникновению газов внутрь отливки,Увеличения ростоустойчивости чугуна можно добиться только при определенном соотношении сурьмы и алюминия в составе смеси, равном примерно 2,5, При этом алюминий, увеличивая температуру выделения предэвтектического аустенита, способствует сегрегации сурьмы по границам зерен непосредственно в местах возможного образования ферритной каймы, в результате чего подавляется процесс возникновения аномальности перлита. При этом снижение содержания алюминия в составе смеси позволило снизить насыщение чугуна водородом и повысить жидкотекучесть металла. Однако повышение в составе смеси доли сурьмы относительно алюминия увеличивает склонность чугуна к отбелу, что снижает его ростоустойчивость, Исследования показали, что применение порошка графита как графитизирующей добавки нецелесообразно, поскольку последний при введении его в чугун в составе смеси в значительной степени выносится конвективными потоками горячего воздуха или ошлаковывается быстрообразующимися окислами АгОз. Поэтому в качестве графитизирующей добавки в смеси используется чугунная стружка, содержащая структурно-свободный графит, инициирующий выделение графита при кристаллизации чугуна, имеющая большой объемный вес, что облегчает ее взаимодействие с металлом. Металлическая составляющая стружки облегчает процесс зарождения и роста предэвтектического аустенита, что повышает сегрегацию сурьмы и, следовательно, ростоустойчивости чугуна. Часть стружки, оставшаяся на поверхности металла, разрушает сплошность окиснай пленки,что повышает жидкотекучесть чугуна и уменьшает возможность образования дефектов,Таким образом, комплексное влияние алюминия, сурьмы и стружки в указанных пределах содержания компонентов позво1735422 50 55 ляет достичь увеличения ростоустойчивостичугуна при повышенных температурах, улучшения литейных свойств металла и снижения брака литья, При этом стоимость смесизначительно уменьшается в результате.использования малоценной чугунной стружкии снижения содержания алюминия.Сурьма в пределах 10-20 мас. обеспечивает получение однородной перлитнойструктуры и способствует ее стабильности 10при повышенных температурах, а. такжеликвируя на межфазные границы, создаетбарьеры, препятствующие диффузии углерода. При содержании сурьмы менее 10мас.в структуре чугуна появляется ферритная микроструктурная составляющая намеждендритных границах, а при содержании более 10 мас,начинает проявлятьсяее отбеливающее влияние и в структуре чугуна появляется структурно-свободный цементит, При таких изменениях структурывозрастает ее неоднородность, а ростоустойчивость чугуна снижается,Алюминий в пределах 3-10 мас.обеспечивает раскисление чугуна, что способствует его графитизации в процессезатвердевания. Образование на рабочейповерхности изделия устойчивой окиснойпленки (А 20 э) способствует уменьшениювлияния газовой коррозии, интенсифицирующей образование сетки термических трещин. При содержании алюминия менее 3мас.влияние алюминия проявляется незначительно, а при содержании более 10мас,фв структуре чугуна появляютя флакены и ферритная кайма, а также ухудшаютсялитейные свойства металла,Чугунная стружка используется в составе смеси в качестве инокулирующей и графитизирующей добавки, способствует 40сегрегации сурьмы по границам зерен и нарушению сплошности оксидной пленки наповерхности чугуна. Оказывая захолаживающее действие при обработке, чугуннаястружка способствует лучшему усвоению 45сурьмы. При содержании ее менее 70 мас,снижаются графитизирующий эффект и однородность структуры чугуна, а увеличениеболее 87 мас,уменьшает полезную долю сурьмы и алюминия, а также делает затруднительным получение необходимой температуры заливки.Результаты представлены в таблице.П р и м е р. В индукционной печи ИЧТс кислой футеровкой плавили чугун для отливки кокилей весом 4,5 т, которые имеют следующий химический состав, мас. ; углерод 3,5; кремний 2,4; марганец 0,5; фосфор 0,06; сера 0,04. Смесь загружали на дно ковша перед выпуском чугуна иэ печи в количестве 2 фот массы обрабатываемого металла, имеющего температуру 1400 + 15 С. После окачивания шлака при температуре металла 13505 С отбирали металл для заливки стандартной спирали Керн и производили заливку литейной формы. При механической обработке отливок кокилей от их нижнего торца отрезали темплеты, из которых вырезали образцы для проведения испытаний на ростоустойчивость и металлографических исследований. Рост чугуна изучали объемным методом в термоциклическом режиме 1100 С, 650 С с длительностью цикла 1,5 ч после 30 термоциклов.Таким образом, внедрение предлагаемой смеси обеспечивает повышение ростоустойчивости чугуна в 2-2,6 раза, улучшение его жидкотекучести на 47-66, снижение стоимости смеси, и брака литья по плене и заворотам в 4,8 раза, Кроме того, достигается снижение расхода и увеличение оборачиваемости кокилей, изложниц, и прочей оснастки, работающей при повышенных температурах, а также снижение себестоимости литья.Формула изобретения Смесь для обработки чугуна, содержащая сурьму и алюминий, отл ича ю ща яс я тем, что, с целью повышения ростоустойчивости при повышенных температурах, жидкотекучести чугуна и снижения стоимости обработки, она дополнительно содержит чугунную стружку при следующем соотношении компонентов, мас,;Сурьма 10-20 Чугунная стружка 70-87 Алюминий Остальное1735422Получение чугуна с использованием смеси-прототипа,Получение чугуна с использованием предлагаемой смеси,10152025Составитель Н,КосторнойРедактор О.Юрковецкая Техред М.Моргентал Корректор О.КундрикЗаказ 1796 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101