Способ модифицирования металла в литейной форме

Союз Советски кСоциалистическиеРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 749563(22) Заявлено 14.04.78 (21) 2605367/22-02с присоединением заявки лйло делам нзооретеннй н открытий(72) Авторы изобретения В. Г. Горенко Институт проблем литья АН Украинской ССР(71) Заявитель 2зуемый модификатор имеет крупность частиц 1,5-3,0 мм 21.Эти способы не обеспечивают стабильное и равномерное распределение модификатора в весь период заливки металла.В хачестве прототипа изобретения выбран способ, который заключается в том, что между реакционной камерой и задерживающей шлак и нерастворившийся модификатор перегородкой, устанавливает т ся легкоплавкая пробка, изготовленная иэ пенополистирола. Пробка увеличивает, длительность контахта первой порции металла с модтернкатором и способствует получению в микроструктуре шаровидной формы графита 31.Этот способ имеет существенные недостатки. Действие пенополистироловой пробки эахлючается в увеличении времени хонтакта первой порции металла с измельченнь м модификатором. Длительность ди-. струкции пенополистирола щюбки определяется температурой и ферростатическим напором заливаемого металла, что поИзобретение относится к литейному производству, в частности к вопросу получения модифицированного металла путем его обработки присадками вводимыми в элементы литниковой системы.. Известен способ изготовления отливок иэ высокопрочного чугуна, заключающийся в том что куски лигатуры укладываются либо в литниковую систему (Между стояком и шлакоуловителем), либо в специальО ную закрытую чашу над стояком, причем шлакоуловитель (в первом случае) и стояк (во втором случае) отдельны от емкости, в т которую укладываются хуски лигатуры, специальной сетки (1.1Для обработки металла в форме известен .способ, заключающийся в том что иэ мелкоизмельченного модификатора изготовляют кольцевой вкладыш, помещаемый в литниковую систему заливаемой формы.Для улучшения растворения и распределения модификатора литниковая система в зоне вкладыша расширяется, а исполь(54) СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА В ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕ405 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3 7дается регулированию в небольших пределах Поэтому способ, выбранный в качестве прототипа, позволяет только повысить степень растворения модификатора в первой порции металла и не влияетна дальнейший процесс его растворения благодаря чему в металл в серединезаливки переходит лишнее количествомодификатора а В конце заливки он часто оказывается недомодифицированным ив михроструктуре чугуна появляетсяграфит пластинчатой формы.Цель изобретения - сокращение расхода модификатора, повышение равномерного его распределения по сечению отливкиулучшения микроструктуры и повышенияфизико-механических свойств обрабатываемого металла.Это достигается тем, что первую порцию металла, составляющую 4,5-8,0 Уо отчернового веса отливки заливают в форму с секундной скоростью 0,65 г14,5 кг/с,см, затем ее увеличивают за1,2-2,8 с, в 1,2-2,3 раза по сравнениюс первоначальной и в дальнейшем, дополной заливки формы, секундную скорость постепенно уменьшают например,по линейному закону таким образом,чтобы в конечный момент заливки онабыла в 1,05-1,15 раза больше, чемпервоначальная,Кинетика растворения модификатора, помещенного в реакционную камеру литниковой системы, металлом, поступающим в форму в процессе ее заливки, состоит из трех периодов. Первый период заключается в процессе нагрева модификатора до температуры, обеспечивающей его, растворение первой порции металла. Длительность этого периода зависит от температуры плавления и теплофиэических свойств модификатора, температуры металла, его ферростатического напора и секундной скорости заполнения формы. Изменение ферростатического напора ( П н ) и секундной скорости ( о ),- ср при заполнении формы для отливки небольшой высоты и простой конфигурации происходит по линейному закону. Однако, степень растворения модификатора ( п %) меняется по сложной зависимости, В первый период до момента происходит прогрев модификатора, время его контакта с первой порцией металла оказывается малым и чугун получается недомодифишрованным со смешанной формой графита. При достижении оптнмаль ного количества растворенного модифика 63 Фтора ( юо) форма графита получается шаровидной, В период последующей залвременемдо максимума на кривой/л 1я=1 () происходит интенсивное растворение модификатора, благодаря наличию его большого количества и продолжению его прогрева за счет теплоты протекающего металла. В третий период модификатор уже достиг максимальной температуры прогрева и уменьшение степени его растворения протекающим металлом объясняется уменьшением количества модификатора в реакционной камере. Недостатком этого способа модифицирования металла в форме является малая степень модифицирования первой порции металла и сравнительно повышенный расход модификатора во второй и третий период его растворения. Поэтому сред - ний расход модификатора находится в пределах 0 8 - 1 0%При использовании пенополистироловых пробок, устанавливаемых в литниковой системе, благодаря диструкции пенополистирола, увеличивается до 1,5-2,0 с длительность контакта первой порции металла с модификатором. В этом случае не наблюдается изменение величин ферростатического напора ( 11 Н ) и секундного расхода (с .р ) металла, однако в первый период увеличивается время контакта металла с модификатором и это обеспечивает получение шаровидной формы гра-фита и первой порции металла. Расход модификатора остается таким же, как и в первом случае. Модифицирование металла в форме, при использовании для ее заполнения низкого регулируемого давления происходит иначе. Избыточное давление воздуха в тигле ( Рр ) по мере заполнения формы под низким давлением, увеличивается. При этом секундный расход (з ) оста- ср ется неизменным или увеличивается на большую величину. При этом следует отметить, что характер кинетики растворения модификатора п 1: т ( с ) остается подобным случаю, когда форма заливается, обычным металлом. Аналогичным остается также и расход модификатора.Преимушеством модифицирования металла в форме при использовании для ее заливки низкого давления является воэможность регулирования в процессе заливки избыточного давления в тигле в довольно широких пределах. Как показали исследования, для сокращения расхода модификатора, повышения его растворения7495 5в первой порции металла, стабилизации растворения модификатора в период всей заливки формы, улучшения микроструктуры и повышения физико-механических свойств металла, избыточное давление в тигле и секундный расход заполнения формы металлом изменяли так, чтобы первая норв сия металла, составляющая 8,0% от чернового веса отливки поступала в форму при избыточном давлении в тигле 0,26 кгс/см и секундной весовой скорости 2,63 кг/с,см, затем давление возгдуха увеличивали со скоростью 0,115 кгс/см в секунду и повышали секундную скорость заполнения формы 15 металлом в 1,2-2,3 раза (т,б.) по аравнеипо с первоначальной и в дальнейшем, до полной заливки формы, секундную скорость заливки уменьшали по линейному закону, изменяя избыточное давление со скоростью 0,07 кгс/см в секунду игв конечный момент заливки и в тигле обеспечивали давление 0,35 кгс/смг и оптимальную секундную скорость заполнения формы. 25Ограничительные пределы в формуле изобретения выбраны по следующим соображениям. Первая порция жидкого металла, котораяпрогревавтмодификатор до температуры металла составляет 4,5- Ы 8,0% от чернового веса стливки. 4,5% получается при высокой температуре заливаемого металла, а 8% при температуре металла равной минимальной, которая обеспечивает заполнение форм35 металлом.Минимальная секундная скорость за 2 ливки металла равна 0,65 кг/с. см. При меньшей скорости заливки ввиду большой теплоотдаче металла на нагрев литнико в вой системы и модификатора, жидкотекучесть чугуна значительно уменьшается и металл при заполнении формы затвердевает, что приводит к образованию спаев. При скорости заливки больше 14,5 кг/с см 45 время контакта металла с модификатором оказывается малым и при увеличении скорости заливки во второй период в 1,2-2,3 раза металл может получитья недомодифипированным. 5 О Увеличение секундной скорости заливки в 1,2-2,3 раза уменьшает время контакта модификатора с протекающим металлом и тем самым уменьшает степень растворения модификатора. Нижний предел55 (в 1,2 раза) используется при заливке в форму чугуна с температурой 1320- 1350 С, а верхний предел для чугуна 63 6с температурой" 1420-1460 С. Дальней-шее уменьшение секундной скорости заполнения форм возможно благодаря уменьшению количества модификатора и стабплизашп его растворения в процессе всей заливки форм. Установлено, что если при обычной заливке форм, во второй период количество растворенного модификатора превышает оптимальное в 2, 1 раза, то при использовании предлагаемого способа заливки оно не превышает 1,25- 1,3 раза.Уменьшение скорости заливки по линейному закону необходимо проводить потому, что уменьшение количества растворяющего модификатора происходит по закону близкому к линейному.В конечный период заливки скорость должна быть больше первоначальной в 1,05-1,15 раза, При скорости большей чем первоначальная в 1,15 раза металл может получиться недомодифицированным, а если величина скорости по сравнению с первоначальной меньше, чем в 1,5 раза, то заполнение металла в форму происходит медленно и в плоских стенках могут образоваться дефекты.Для модифицирования использовался исходный чугун следующего химического состава, вес,%: 3,37-3,41 С; 1,62-2,675;0,24-0,26 Мп; 0,06-0,09 и 0,02- 0,03 5. Модификатор содержал, весА: 6,8-7,8 МД; 54,8-55,65; 1,42- 2,17 Са; 1,26-1,38 РЗМ; 0,93 1,02 А 1 и остальное - железо.Для заливки под низким давлением форм использовался исходный чугун с температурой 1320 - 1460 С. Проведенные исследования показали,что использование для получения формрегулируемого низкого давления, изменяемого по предлагаемым режимам, .позволяет сократить общий расход модификатора с 0,8 - 1,0% до 0,65-0,85%,Заполнение литниковой системы первойпорции металла осуществляется при минимальном давленю, которое обеспечивает оптимальное время контакта металла с модификатором и получение в чугуне шаровидной формы графита,Благодаря выравниванию химического состава чугуна в различных частях отливок наблюдается значительное выравнивание микроструктуры чугуна. Опреде-. лено, что микроструктура и свойства чугуна, полученного в течение всего периоца заливки аналогично.Составитель Т. КоролеваТехред, М. Кузьма, Корректор В. Синицкая Редактор Л. Лашкова Заказ 4515/7 Тираж 889 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретещМ и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 7495Установлено, что моднфицирование чугуна согласно предложенного способа позволяет, по сравнению с прототипом повысить предел прочности при растяжении на 5-10%, предел текучести на 6- 5 13,5%, удлинение 20%, ударную вязкость на 8-17%, модуль упругости на 1,5 2,5% и твердость на 5-10 НВ.1 Оформула изобретения Способ модифипнрования металла в литейной форме, включакяций размещение модификатора в литниковой системе и 15 заливку металла в литейную форму под низким регулируемым давлением или с противодавлением, о т л .и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью сокращения расхода модификатора и повышения рав 63 8номерности его распределения по сечению отливки, первую порцию жидкого металла, составляющую,4,5-8,0% от чернового веса отливки, заливают со скоростью 0,65-14,5 кг/с.см, затем ееувеличивают за 1,2-2,8 с в 1,2-2,3раза по сравнению с первоначальнойи в дальнейшем до окончания, заливкискорость уменьшают по линейному закону, при этом секундная скорость заливки в конечный момент заливки в 1,05.,1,15 раза больше, чем первоначальная.Источники информапии,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Японии50-17327,кл. 10 3, 155.1, опублик. 1975.2. Патентфранции2242466,кл, С 21 С 1/08, опублик. 1972.3. Патент Австралии465158,кл. 70.4, опублик 1975.