Способ центробежного литья

6743 Союз Советских Социалистических Республик61) Дополнительное к авт. свид-ву22) Заявлено 18,12,78 (21) 2696098/22-02 1) М УлзВ 22(О 13/О В 21 С 7/О инением заявкисо Приоритет Государствеииый комите СССР по делам изобретений и открытий, Поручиков, В. А. Грачев, В. М, Миляев, А. А, Жуко и А. И, Небольсин Пензенский политехнический институт1) Заявител СОБ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТ(54 Изобретение относится к литейному производству, в частности к технологии центробежного литья.Известен способ легирования черных металлов, заключающийся в введении леги рующих добавок в твердом состоянии непосредственно в разливочный ковш 11.Данный способ не обеспечивает должного распределения легирующих компонентов в массе жидкого металла и не позволяет 10 вводить значительное количество добавок при условии получения высококачественного сплава.Известен способ получения высокоазотистой стали, заключающийся в продувке 15 расплава в ковше газообразным азотом через пористые вставки в днище ковша, где продувку ведут при расходе азота 2 10 нм на 100 т стали в течение 2 - 10 мин 21.Однако при таком способе недостаточна 20 эффективность усвоения элементов жидким металлом и понижено качество получаемого сплава. Это объясняется тем, что продукты разложения азотсодержащих сталей, а также сопутствующие соединения, как 25 сульфиты, хлориды, тяжелые металлы сероводородной группы, остаются в кристаллизующейся матрице и препятствуют получению качественного сплава. Данные компоненты присутствуют в виде конгруэнтных 30 соединений, которые, являясь свободно расположенными включениями, понижают механические и коррозионные свойства солей (СО Н Н,О), вызывают барботацию расплава, что способствует выделению азота в атмосферу и ухудшает тем самым механические характеристики, вызывает необходимость повышения содержания никеля для получения чисто аустенитной структуры.Известен способ модифицирования и легирования металла при центробежной отливке, включающий вращение изложницы и подачу сыпучих модифицирующих и легирующих элементов в металл такого же химического состава с одновременной подачей раскислителей в количестве 0,1 - 0,15% от веса заливаемого металла 3, 41.Однако эти способы не обеспечивают должного усвоения расплавом атомарного азота, поскольку присутствие раскислителей в количестве 0,1 - 0,15% от веса метал. ла не создает необходимого энергетического и механического барьеров, препятствующих выделению атомарного азота в атмосферу. Также известный способ позволяет вводить в расплав легирующие добавки лишь аналогичного химического состава, что ограничивает применение известного способа и является малоэффективным при насыщении расплава атомарным азотом,Цель изобретения - повышение эффек.тивности усвоения жидким металлом атомарного азота и улучшение качества получаемого расплава.Поставленная цель достигается тем, чтоазотсодержащие добавки в виде мелкоразпробленного азотированного феррохрома вводятся с некоторым смещением во времени совместно с жидким легкоплавким шлаком на поверхность расплава, заполняюще го вращающуюся форму.Принципиальное отличие предлагаемогоспособа состоит в том, что на струю заливаемого расплава подают азотсодержащий ферросплав с последующей подачей жидко го кислого ваграночного шлака на внутреншою поверхность тела вращения, образованного расплавом, до его кристаллизации в количестве 6 - 13% и с добавкой 0,4 - 0,6% плавикового шпата от веса залитого 20 расплава, что обеспечивает более эффективное усвоение расплавом атомарного азота согласно следующему:внесение азоти рова нного ферросплава мелкой фракции в расплав непосредствен но во время заливки во вращающуюся из"- ложницу позволяет инконгруэнто распределяться легирующим элементам вследствие турбулентных движений в жидком металле при заливке с последующей фиксацией 30 ионов азота в октаэдрических порах гамма- железа;переход валентных электронов катиона Кз+ в плазму, образование валентных связей внедренных ионов азота с основными З 5 атомами, а также наличие на поверхности расплава жидкоподвижного шлака, почти непроницаемого для атомарного азота и служащего дополнительным энергетическим барьером для ионов азота, находя шихся в квазиравновесни, позволяют в докристаллизационный период фиксировать катион Кз+ в октаэдрической поре гамма- железа, стабилизируя тем самым аустенит;быстрое затвердевание наведенного шла ка вследствие его плохой теплопроводности, определенная толщина способствует образованию механического барьера, пре.пятствующего выделению атомарного азота из расплава в атмосферу, 50На чертеже изображена схема, поясняющая предлагаемый способ.Металл из поворотного ковша 1, футерованного огнеупорным материалом 2, заливается через приемную чашу 3 во вращающуюся изложницу 4 с крышкой 5 при одновременном вводе азотированного ферросплава мелкой фракции 6 из бункера 7 на струю металла. Далее в приемную чашу вводится расчетное количество жидкого кислого ваграночного шлака с добавкой плавикового шпата для создания на внутренней поверхности тела вращения, образованного расплавом, защитного слоя толщиной 3 - 5 мм,55 4П р и м е р 1, Проводилось легироваиие чугуна азотированным феррохромом, со держащим, %: Сг 70,4; С 0,01; Я 0,8, Р 0,02; 5(0,03; К 5,4, что соответствует марке ФХ 400-НА, согласно ГОСТ 4757 - 67, Доэвтектический легированный никелем, медью, хромом, перегретый до 1500 С и модифицированный 0,4% 75%-ного ферросилиция за 5 мин до разливки чугун выливался в поворотный ковш и далее подавался на заливку в центробежную машину при одновременном вводе в струю металла, азотированного феррохромами фракции размером 1 - 2 мм, Подача феррохрома из дозирующего устройства осуществляется равномерно и таким образом, чтобы легирующие элементы инконгруэнтно распределились по всей массе заливаемого металла. Через 10 с после окончания заливки металла в изложницу вводился жидкий шлак, который вследствие специфики сил, действующих при центробежном литье, равномерно распределялся по внутренней поверхности не начавшей кристаллизоваться отливки. Смещение во времени между окончаниемзаливки металла и вводом жидкого шлака в 10 с продиктовано необходимостью равномерного распределения металла по изложнице и наведением шлакового барьера при температуре металла не ниже 1250 С, что превышает на 100 С температуру начала кристаллизации применяемого железоуглеродистого легированного сплава. Шлак включал 6% от веса металла вислый ваграночный шлак ссгстава, %: ЯОз 45; СаО 25; А 1 зОз 10; РеО 10; МдО 5; МпО 5; и 0,1% от веса металла Сагыз, что позволило получить шлаковый слой толщиной 3 мм. Качественный и количественный состав шлака обеспечивает повышение усвоения атомарного азота на 75% при следующих механических и слукебных свойствах: о,=35,6 кгс/мм, о;,= =60,3 кгс/мм, /зоо=5,7 мм, 190 НВ, скорость коррозии равна 0,08 гмз/ч.П р и м е р 2. Проводилось легирование чугуна того же состава азотированным феррохромом марки ФХ 400-НА по аналогичной технологии, что и в примере 1, Отличался состав шлака, содержащий в данном случае 9% от веса металла кислого ваграночного шлака состава, %: ЯО, 45; СаО 25; А 1,0, 10; РеО 10; МдО 5; МпО 5; и 0,5% от веса металла плавикового шпата. В данном случае было получено повышение усвоения азота аустенитом на 80% при следующих механических и служебных свойствах: о, =33,2 кгс/мм, си= =159,8 кгс/ммз; /ззо=6,1 мм, 195 НВ, скорость коррозии 0,09 гмз/ч.П р н м е р 3, Была проведена обработка расплава чугуна аналогичного состава и по технологии, описанной в примере 1. Однако было повышено в комплексном шлаке содержание кислого ваграночного776743 Сравнительные данные свойств чугуна, полученного предлагаемым и известным способамиСостав чугуна, вес. % Структура металлическойосновы Вид лх й З а со 3 - о оЯ ло 63 д Й(о Ио о ваао а"хоох НВ, кГс ОвлкГс овл лй х х И Ф а х Узоо л о а а о в о о е обработки кГс л о а х мм ы ммв ммв ммв 3,3 270 5,9 1,6 0,011 7,3 0,6 27,1 45,3 0,17 50% аусте нит 2,7 0,3 13,2 Предлагаемый спо.соб леги- рования 50% мартенсит 6,0 1,6 0,0175 35,6 60,3 1,82 0,6 0,29 2,8 13,1 5,7 190 0,08 100% аусте- нит 3 4 5 6,05,955,9 1,8 0,6 1,78 0,6 1,8 0,6 1,59 9,018 1,62 0,017 1,61 0,013 0,310,30,31 6,1 6,2 4,1 59,8 59,9 46,9 2,752,82,77 13,2 13,1 13,2 33,2 36,0 28,6 0,090,0850,14 То же 195 195 283 л 60% аусте нит6,1 1,57 0,01 6,0 1,57 0,01 1,81 0,6 26,2 45,0 29,0 47,3 Известный способ внесения добавок 0,3 2,8 15,0 4,3 195 2,7 372 100% аусте- нит 0,09 1,8 0,6 0,31 2,8 13,8 Остаточный аустенит, мзртенсит 0,43 5шлака до 13% от веса жидкого металла, что привело к увеличению толщины шлакового покрова до 5 мм, также было повыше= но содержание плавикового шпата до 0,6%, что в комплексе привело к увеличению тол щины шлакового покрова до 5 мм, повышению усвоения атомарного азота до 70%, и сплав имел следующие параметры: ов= = 36,0 загс/мм, о,=59,9 кгс/мм, /зов= =6,2 мм, 195 НВ, скорость коррозии 0,085 гм 2/ч. В результате испытаний было выявлено следующее:повышение усвоения атомарного азота матрицей составило 70 - 80%, что позволило получить чисто аустенитную структуру при более низком содержании никеля;повысились прочностные и эксплуатационные характеристики: ов на 4 - 10 кгс/мм, она 13 - 15 кгс/мм, /зою на 3 - 3,5 мм, коррозионная стойкость - в 5 раз в результате получения аустенитной структуры, содержащей в качестве атомов внедрения катионы азота;оптимальным содержанием кислого ваграночного шлака является 6 - 13% и плавикового шпата 0,4 - 0,6%, что обеспечивает получение шлакового покрова толщиной 3 - 5 мм, содержащего компоненты тех количеств, которые необходимы для придания шлаку свойств, препятствующих диффузии атомарного азота из расплава. Сни,цля получений сравнительных данныхпараллельно проводилась выплавка чугунов аналогичного состава с использованием известного способа ввода легирующих до бавок, Во всех плавках азотсодержащихдобавок вводилось из расчета 0,05% вес.Для всех сплавов определялись механические и служебные свойства, наличие аустенита, мартенсита, сорбита. Проводился 10 контроль химического состава и полученные данные сведены в таблицу. жение содержания кислого ваграночногошлака и плавикового шпата соответственно ниже 6% и 0,4% или увеличение свыше15 соответственно 13% и 0,6% приводит кухудшению усвоения атомарного азота(см, табл., плавки 1 и 5 по предлагаемомуспособу),Использование предлагаемого способа20 ввода легирующих добавок в сплавы наоснове железа обеспечивает по сравнениюс известным следующие преимущества:повышение эффективности усвоенйя атомарного азота за счет того, что азотсодер 25 жащая добавка вводится в расплав непосредственно в момент заливки изложницы,что позволяет сократить до минимума время нахождения атомарного азота в жидкомрасплаве, ускорить процесс кристаллиза 30 ции свободной поверхности отливки в силувысокой интенсивности теплообмена междуотливкой и атмосферой, имеющей месточЭ 1,при центробежном литье, причем последующее за заливкой наведение слоя шлака указанного состава и в указанном количестве создает дополнительный энергетический и механический барьеры для атомарного азота;получение более качественного высоколегированного чугуна благодаря тому, что наличие атомарного азота в октаэдрических порах аустенита приводит к значительному повышению механических свойств, поскольку увеличивается параметр взаимодействия поля напряжений скользящей дислокации матрицы, находящейся в напряженном состоянии с полем искажений, создаваемым растворенными атомами азота. Это приводит к увеличению сопротивления движению дислокаций и, таким образом, к улучшению механических и служебных свойств;повышение усвоения атомарного азота расплавом приводит к получению чисто аустенитной структуры при более низком содержании никеля, поскольку атомарный азот является в несколько раз более сильным аустенитообразующим элементом, чем никель, и снижению содержания никеля предлагаемым способом по сравнению с известным на 2%. 7767438формула изобретенияСпособ центробежного литья, включающий заливку расплава в изложницу и по 5 дачу легирующих компонентов на струюзаливаемого расплава, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности легирования и улучшения качества расплава, на струю заливаемого расплава по дают азотсодержащий ферросплав с последующей подачей жидкого кислого ваграночного шлака на внутреннюю поверхность тела вращения, образованного расплавом до его кристаллизации в количест ве 6 - 13% и с добавкой 0,4 - 0,6% плавикового шпата от веса залитого расплава,Источники информации, 20 принятые во внимание при экспертизе1. Холл Н, М, Никель в чугуне и стали.М., Металлургиздат, 1959.2. Авторское свидетельство СССР25354668, С 21 С 7/00, 1974.3. Авторское свидетельство СССР394156, В 22 Р 13/00, 1971.4. Авторское свидетельство СССР532465, В 22 Р 13/00, 1975 (прототип).Составитель В, Васехинедактор С. Титова Техред И, Заболотнова Корректор В. ДодЗаказ 2537/12 Изд.573 Тираж 88 Э Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4,5 1 пография, пр. Сапунов