Модификатор

Союз Советских Социалистических Республик(51)М. цл.2 с присоединением заявки Мо -С 22 С 35/00 Государственный комитет СССР но дедам изобретений и открытий(71) Заявитель Институт проблем литья АН Украинской ССР(54) МОДИФИКАТОР 10 Изобретение относится к черной металлургии и литейному производству, в частности к вопросам получения комплексных модификаторов и использования их для получения легированного высокопрочного чугуна.Известна лигатура для производства качественных железоуглеродистых сплавов следующего сестава в вес.%:Магний 2-16Кальций 2-12РЗМ 0,1 - 12Алюминий 0,1-10 Марганец 0,1 - 10 Кремний 0,25-25 Цирконий 0,5-10Бериллий 0,005-4 Медь Остальное 1).Наличие отно:ительно высокой концентрации магния в данной лигатуре, а также РЗМ и бериллия свидетельствует о возможности ее применения для производства высокопрочного чугуна. Однако при этом необходимо учитывать ее недостатки, ограничивающие использование для указанных целей.Недостатком данной лигатуры является относительно высокое содержание в ней кальция, карбидообраэующих элементов, а также недостаточное ее графитиэирующее действие из-эа отсутствия в составе сильных элементов - графитиэаторов.Указанные обстоятельства исключают воэможность получения высокопрочного чугуна беэ отбела. Высокая концентрация кальция приводит к заметному ошлаковыванию лигатуры тугоплавкими окислами при вводе в жидкий чугун и ухудшению усвоения компонен-. тов модифицируемым расплавом. Высокое содержание марганца в комплексе с цирконием при низкой концентрации кремния способствует кристаллизации чугуна по метастабильной системе и получению литья с отбелом. Алюминий в небольших количествах способствует графитиэации, увеличивает количество графитовых включений; однако ухудшает их форму и литейные свойства чугуна.Цель изобретения заключается в разработке состава комплексного модификатора для получения легированного высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита, обеспечивающего подавление выделения структур 739124но- свободного цементита при больших скоростях охлаждения в тонких сечениях отливок, измельчение первичных выделений металлической основы и графита при кристаллизации и, следовательно, повышение физико-механических свойств чугуна, особенно относительного удпинения.Поставленная цель достигается путем ввода в состав комплексного модификатора никеля, кобальта, ванадия, ниобия, тория, бария и стронция при следующем соотношении компонентов в вес.Ъ:Магний 2,5 - 5,0РЗМ 1,5-4,0Кремний 7,0-35,015Бериллий 0,5-2,0Медь 1,2-8,0Никель 5,0-25,0Кобальт 0,8-3,0Ванадий 1,0-5,0 20Ниобий 0,5-5,0Торий 0,01-3,5Барий 0,2 - 1,5Стронций 0,2-2,5Железо Остальное, 25Никель обеспечивает значительное повышение упруго-пластических свойств металлической основы чугуна и улучшение формы и уменьшение размеров графитовых включений, При содержании в модификаторе меньше 5,0 никеля он практически не оказывает влияния на микроструктуру и свойства чугуна, а содержание по верхнему пределу 25,0 ограничено в связи с тем, что в составе модификатора необходимо иметь и другие модифицирующие и легирующие элементы.Ввод в состав комплексного модификатора кобальта обусловлен тем, что для получения сплава могут ис - 40 пользоваться более дешевые никель и кобальтовые материалы. Кроме того, кобальт. способствует получению тонкодисперсной металлической основы и повышению упруго-пластических свойств 45 чугуна. Нижний предел по содержанию кобальта обусловлен его количеством в никель-кобальтовом сплаве. При содержании в модификаторе кобальта ниже 0,8 Ъ его влияние на свойства чугуна не обнаруживается. В то же время при увеличении содержания кобальта больше 3,0 дальнейшего повышения дисперсности фаз микроструктуры не происходит и повышение прочностных свойств чугуна не наблюдается.Ванадий вводится в состан модификатора для повышения количества связанного углерода и повышения дисперсности конечной микроструктуры чугуна. При содержании ванадия мень- фО ше 1,0 он практически не оказывает влияния на количество связанного углерода, а при его содержании больше 5,0 Ъ заметного улучшения микроструктуры чугуна не наблюдается и у поэтому дальнейшее повышение содержания ванадия является нецелесообразным.Ниобий и торий, входящие в состав модификатора, обеспечивают измельчение первичных фаз при кристаллизации чугуна. При содержании ниобия меньше 0,5 Ъ и тория 0,01 заметного переохлаждения чугуна при кристаллизации и измельчении первичных фаз не происходит. При увеличении содержания ниобия больше 5,0 и тория 3,5 Ъ их влияние на измельчение первичных фаз уменьшается, что приводит к незначительному росту прочностных свойств. Поэтому увеличение содержания этих элементов выше указанных пределов нерационально.Барий обеспечивает хорошую дегазацию чугуна и в зависимости от его концентрации н чугуне и модификаторе может проявлять графитизирующее или стабилизирующее действие, Как графитизирующий элемент барий действует тогда, когда его концентрация в модификаторе находится в пределах 0,2-1,5. При меньшем содержании данного элемента, чем 0,2 его действия на структуру и свойства чугуна не проявляется, При большей концентрации, чем 1,5 он способствует появлению увеличения отбела в тонкостенных отливках.Стронций введен в состав модификатора для повышения его графитирующей способности, а также измельчения энтектических зерен металлической основыОсобенно эффективно влияние стронция в комплексе с РЗМ, барием, бериллием для получения отливок, охлаждающихся с большими скоростями. Они подавляют выделение структурно свободного цементита и повышают упруго- пластические свойства чугуна. Для обеспечения модифицирующего действия стронция его содержание в модификаторе должно быть н пределах 0,2- 2,5. Содержание стронция меньше нижнего предела не обеспечивает образование дополнительных центров графитизации и,не оказынает заметного влияния на количество и размер эвтектических зерен. Содержание стронция выше верхнего предела вследствие ограниченной его растворимости в чугуне приводит к микроликвации данного элемента по границам зерен и снижению механических свойств металла.Железо служит базовым сплавом для выплавки предлагаемого модификатора. П р и м е р , Для оценки эффективности модификатора предложенного состава были проведены специальные опытные плавки. Модификаторы выплавляли в лабораторных условиях.Планку осуществляли н печи Таммана, в кото739124 рую устанавливали вакуумную камеру согнеупорным тиглем, содержащим исходные шихтовые материалы. Выплавка мо-дификаторов производилась в атмосфеТаблица 1 Химический состав модификаторов,Номера плавок модификаторов 111 1 У У У 1 У 11 Компоненты г1" 1У 111 4,7 4,85 4,3 5,0 2 5 14,Ь 2,8 МагнийКальцийР 3 М 2,7 11,5 10,3 1,9 Ь 2,45 3,87 3,25 4,0 1,5 0,9 8,9 1,3 Алюминий 1,2 9,1 22,8 33,4 12,1 32,6 35,0 0,78 7,0 22,3 0,9 9,3 1,28 0,91,64 1,85 0,5 0,12 2,0 3,9 6,312,3 7,8 8,0 1,2 ост. ост 13,4 18,6 22,4 5,0 25,0 1,6 1,2 2,Ь 2,1 3,0 0,8 Кобальт 3,8 4,6 2,1 1,7 1,0 5,0 0,8 2,3 3,7 4,7 0;5 5,0 2,89 3,42 2,21 0,85 0,36 2,35 0,01 3,5 0,8/ 1,42 1,12 0,2 1,50,2ост,1, Ь 3 0,29 1,91 2,5 ост. 1,2 1,4 ост. ост. ост. ост Из данных табл.1 видно, что модификаторы состав 1 и П соответствчот сплаву прототипу, а составы 111- У 111 - предполагаемому. Модификаторы 50 данных составов применяли для модифицирования чугуна следующего состава в вес.Ъ, углерод - 3,43, кремний 2,17, марганец - 0,21, сера - 0,03, фосфор - 0,02, железо - остальное. 55Чугун выплавляли в печи МГП. Температура выплавки 1480-1500 С, температура модифицирования 1340- 1360 С. Модификаторы с размером ФракМарганецКремнийЦирконийБериллийМедьНикель ВанадийНиобийТорийБарийСтронцийЖелезо ре аргона под небольшим избыточнымцавлением. Вес плавки 2 кг. В табл.1приведены составы выплавленных модификаторов. ций 8-14 мм помещали на дно ковша инагружали стальными пластинами. Выплавленный чугун разливали мернымковшом на 8 равных порций по 20 кг.Количество вводимого модификатора вовсех случаях составляло 2,0 от весажидкого чугуна. Для исследованияструктуры и физико-механическихсвойств чугуна отливали специальныеобразцы. Результаты испытаний приведены втаблице 2.739124 Таблица Механические свойства модифицированного чугуна б к г/ммНомера плавок модификаторов ак , нв кгм/см кг/мм58,9 39,2 2,1 2,5 225 59,4 39,5 2,2 2,4 230 75,3 55,8 14,8 6,1 205 74,3 54,8 13,4 5,9 210 1 У 55,2 14,3 5,8 208 74,6 74,1 54,4 13,7 6,0 210 У 1 53,6 12,8 5,6 72,9 215 УП 73,3 52 6 13 2 5 8 210 УП 1 Формула изобретения Составитель Г,ПлатициныРедактор М.Васильева Техред М. Петко Корректор М,Коста Эаказ 2780/25 Тираж 694 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д,4/5филиал ЛПП Патент, г.ужгород, ул,Проектная,4 сдИз Данных таблицы 2 видно, что благодаря вводу в состав модификатора никеля, кобальта, ванадия, ниобия, тория, бария и стронция значительно повышаются физико-механические свойства чугуна, особенно относительное удлинение. Предел прочности увеличивается с 59,5 до 75,3 кг/мм,г предел текучести - с 39,5 до 55,8 кг/мм, ударная вязкость - С 2 522Ю до 6,1 кгм/см и относительное удлинение с 2,2 до 14,8.Предварительные расчеты показывают, что ожидаемый экономический эффект от применения предлагаемого комплексного модификатора составляет 40 12,1-13,5 руб, на тонну годного литья за счет повышения физико-механических свойств металла, особенно относительного удлинения. Модификатор, содержащий магний,редкоземельные металлы, кремний, бе риллий, медь, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышениямеханических свойств чугуна, он дополнительно содержит никель, кобальт,ванадий, ниобий, торий, барий,стронций, железо при следующем соотношениикомпонентов в вес.В:Магний 2,5-5,0Редкоземельныеметаллы 1,5-4,0Кремний 7,0-35,0Бериллий 0,5-2,0Медь 1,2-8,0Никель 5,0-25,0Кобальт 0,8-3,0Ванадий 1,0-5,0Ниобий 0,5-5,0Торий 0,01-3,5Барий 0,2-1, 5Стронций 0,2-2,5Железо ОстальноеИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 511375, кл. С 22 С 35/00, 1974