Способ получения чугуна с шаровиднымграфитом

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоцкалксткческмкРеслублкк и 834141ао делам лзобретенлХ л еткрмтлХДата опубликования описания 31.05.8 С. Н. Деках, В, Ф. Дурандин, И. Ю. Сапонько, Ю. В. Мищенко,Н. И. Бестужев, Н. И, Кочетков, А. А. Евлампиев, В. А, Гол е Ю, П. Белый и Б. А, Чепыжов(72) Авторы изобретения н,l жт,ных Белорусский ордена Трудово литехнический институт и Чебокса тракторовКрасного Знамени ий завод промыш аявител 54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМИзобретение относится к литейному производству, а именно к способам получения чугуна с шаровидным графитом, и может быть использовано при массовом производ. стве тонкостенных машиностроительных от. ли вон.Известен способ получения чугуна с шаровидным графитом, состоящий в обработке расплава сфероидизируюшими элементами в. ковше 11. Однако для осуществления такого спо-. тл соба требуется повышенный расход дорого. стоящих модификаторов, наблюдается пироэффект и дымовыделения. Область применения способа модифици рова ния высоко- прочного чугуна в литейной форме ограничена высокими требованиями к чистоте по тф вредным примесям исходного расплава.Известен. также способ получения чугуна с шаровидным графитом, заключающийся в двойной обработке низкосернистого расплава РЗМ в ковше и 0,25 - 1,25% магниевого сплава в литейной: форме, Сцелью снижения содержания серы в исходном рас. плаве производится предварительная обработка его карбидом кальция с продувкой ванны газом, поступающим через пористук пробку. Вместо карбида кальция можно вводить фториды церия 2).Недостатками известного способа являются сложность получения чугуна с шаровидным графитом и низкие свойства отливок при содержании серы свыше 0,06%, а также трудоемкость десульфурации карбидом кальция и фторидами церия с продувкой инертными газами. Все это ограничивает возможные области применения известного способа получения чугуна с шаровидным графитом, в частности при ваграночной плавке.Цель изобретения - повышение механических свойств отливок из чугуна с шаровидным графитом при содержании серы в исходном расплаве до 0,1%.Укаэанная цель достигается тем, что ковшевую обработку производят при температуре 1400 в . Г 450 С смесью лигатуры, содержащей вес, %: РЗМ цериевой группы 20 - 40; алюминий 3,0 - 15,0; магний 0,в 3,0; кальций 1,0 - 5,0; кремний 30 - 60; железо остальное, с криолитом в соотношении 10: (0,5 - 5,0) в количестве О, - 0,5%1 от веса расплава, выдерживают расплав в,40 45 зо 55 ковше в течение 1 - 5 мин, скачивают шлак и заливают при 1320 - 1400 С расплав в форму, где его обрабатывают н реакционной камере, расположенной между стояком и отливкой .смесью лигатуры, содержащей 5 - 150/0 магния, 40 - 70 /0 кремния, остальное - железо, с криолитом в соотношении 10: (0,1 - 2,0) в количестве 0,7 - 2,0/0 от веса расплава. С целью дополнительного рафинирования расплава от неметаллических включений, образующихся при взаимодействии модификатора,с расплавом в реакционной камере, ввод расплава в нее осуществляется через центральную часть боковой поверхности, а вывод - через нижнюю часть с противоположной стороны.Применение двойной обработки расплава в ковше и форме предлагаемым способом позволяет стабильно получать структуру шаровидного графита в отливках. Ковшевая обработка лигатурой, содержащей РЗМ цериевой группы, алюминий, магний, кальций и кремний, производит предварительную очистку расплава от серы, кислорода и азота, препятствующих образованию шаровидного графита. Комплексное воздействие элементов, входящих в состав лигатуры, обеспечивает требуемую чистоту расплава при использовании исходного чугуна заграночной плавки, а также электропечного расплава при низком качестве шихтовых материалов. РЗМ цериевой группы, алюминий, магний, кальций и кремний, обладая большим сродством к сере, кислороду и азоту, связывают их в неметаллические включения наиболее благоприятной формы, которые затем с помощью криолита при выдержке расплава переводят в шлак. Температура ввода смеси определяется исходя из наиболее эффективного ее влияния на процессы рафинирования расплава. Г 1 ри температуре свыше 1450 С РЗМ и кальций плохо связывают в неметаллические включения вредные примеси. Содержание компонентов в лигатуре установлено экспериментально. Нижний предел по РЗМ цериевой группы (20%) определяется условиями десульфурации, верхний ограничен стоимостью и сложностью получения высоких концентраций РЗМ в лигатуре. Нижний предел содержания магния, кальция и алюминия установлен исходя из эффективности их рафинирующего влияния, а верхнее ограничение определяется ухудшением растворимости лигатуры в расплаве и пироэффектом при ее использовании. Алюминий и кремний выполняют поми ло раскрсллющего действия роль графитизаторов прй затвердеванни отливки. В установленных пределах они наиболее эффективно выполняют ука. занные действия. Соотношение криолита к лигатуре определяется экспериментально исходя из условия наиболее полного рафинирования расплава,5 1 О2 о 25 зо 35 Величина добавки смеси, вводимой в ковш, зависит от исходного содержания вредных примесей в расплаве, в частности серы. Нижний предел (0,1 "/0 смеси) определяется исходя из необходимости получения шаровидного графита, верхнее ограничение установлено ввиду возможности появления отбела в тонких сечениях отливок и удорожания стоимости литья, В процессе выдержки расплава в течение 1 - 5 мин наблюдается удаление неметаллических включений из расплава.При заливке расплава в форму происходит растворение лигатуры и модифицирование чугуна, Наличие остаточного со-. держания РЗМ цериевой группы в совокупности с магнитем, поступающим из реакционной камеры, обеспечивает формирование шаровидного графита при содержании серы в исходном расплаве до 0,1/,. Температурные пределы заливки (320 - 1400 С) обеспечивают равномерное растворение лигатуры в реакционной камере. Добавка криолита способствует более полному растворению лигатуры и шлакованию неметалли ческих включений, образующихся в резуль тате реакции. Оптимальное соотношение лигатуры и криолита обеспечивает наиболее полное удаление продуктов реакции и повышение механических свойств отливок. Пределы концентрации магния в лигатуре, ввохимой в форму, ограничены исходя из необходимости получения шаровидного графита (5/,) и условиями равномерного спокойного ее растворения при заливке металлом (150/0 магния). Кремний в предлагаемых концентрациях обеспечивает получение отливок без отбела, Величина добавки смеси в реакционную камеру определяется исходным содержанием серы в расплаве. Нижний предел обеспечивает получение высокопрочного чугуна с исходным содержанием серы до 0,05%, верхний- до 0,10/0,С целью наиболее полного удаления продуктов реакции необходимо обеспечить вихревое движение металла в реакционной )амере и создать застойную зону в верхней части камеры, куда всплывают продукты реакции. Это условие обеспечивается соответствующим способом подвода металла в реакционную камеру. Вход осуществляют через центральную часть боковой поверх. ности, а вывод - через нижнюю часть с противоположной стороны. Указанный способ подвода металла может быть обеспечен через разъем формы, в верхней полуформе которой расположена часть реакционной камеры; а вывод металла - через литниковую систему, ограниченную со стороны камеры стержнем.Пример. Для получения сравнительных результатов применяют два состава чугуна с содержанием серы в исходном расплаве 0,02 и 0,1%, Обработку расплава ведут83441 Предел прочности, 6 вкгс/ммОтносительное удлинение, Г, % Структураграфита Содержаниесеры в исходном расплаве,% Способ Известный 3,0 54,0 95% щаровидного гра- фита 0,02 0,09 Верм икулярный графит 0,5 42,0 56,0 4,0 100% щаровидного графита.1 редлагаемый 0,02 52,0 95% шаровидного графита 3,0 0,10 Формула изобретения известным и предлагаемым способами, причем при содержании серы в исходном расплаве 0,02/о обработку ведут на нижних пределах величин добавок смесей по предлагаемому способу, а при концентрации серы цо 0,1 О/о - на верхних пределах,После ковшевой обработки, выдержки расплава в ковше и скаливания шлака проКак видно из таблицы, применение предлагаемого способа позволяет устойчиво по. лулать структуру шаровидного графита при концентрациях серы. до 0,1/о Свойства чугуна соответствуют марке ВЧ 50-2. В то же время по известному способу не представляется возможным получить чугун с шаровидным графитом при содержании серы в исходном чугуне свыше 0,05/О, Это приводит к резкому снижению механических свойств отливок. Предлагаемый способ получения чугуна с шаровидным графитом обеспечивает отсутствие цементита в структуре отливок с толщиной стенки от 3 мм и выше.Дополнительная очистка расплава от неметаллилеских включений производится путем ввода жидкого чугуна в реакционную камеру через центральную часть его боковой поверхности и вывода через нижнюю часть с противоположной стороны. Для осуществления указанного способа на выходе из реакционной камеры устанавливают стержень. Химический анализ металла в верхней застойной зоне реакционной камеры показывают, лто в ней содержится до 0,2 - О,ЗО/о серы в виде неметаллических включений.Следовательно, применение предлагаемого способа получения:чугуна с шаровидным графитом обеспечивает стабильное получение высоких механических свойств отливок при концентоации серы в исходном изводят заливку в формы, и обработку в реакционных камерах, в которых находится модифицирующая смесь. Образцы для механических испытаний вырезаю 1 из клиновых проб с толщиной стенки 30 мм. Результаты испытаний представленьв таблице,ЗО расплаве до 0,1/о без применения допол.нительных дорогостоящих и трудоемких способов внепелной десульфурации чугуна карбидом кальция с продувкой инертным газом и др. Ожидаемый экономический эффект составляет 10 руб. на 1 тонну отливок.35. Способ получения чугуна с шаровид.ным графитом, заключающийся в отработке расплава чугуна лигатурой редкоземельных металлов в ковше и магнием в литейной форме, отличающийся тем, лто, с целью повышения .механических свойств отливок 45 при содержании серы в исходном расплаведо 0,1 О/о, обработку металла в ковше ведут при температуре 1400 - 1450 С смесью лигатуры редкоземельных металлов с криолитом в соотношении 10: 10,5 - 5,0) в колилестве 0,1 - 0,5% от веса расплава, выдерживают расплав в ковше в течение в 5 мин, скаливают шлак, а заливку расплава в форму ведут при температуре 1320 - 1400 ОС, причем в форме обработку жидкого расплава ведут в реакционной камере, расу положенной между стояком и отливкой,смесью магниевой лигатуры с криолитом в соотношении 10: (0,1 - 2,0) в количестве 0,7 - 2,0 О/О) от веса расплава.834141 Редкоземельные металлыцериевой группыАлюминийМагнийКальцийКремнийЖелезо 20 - 40 3 - 15 О, - 3,0 1,0 - 5,0 30 - 60 Остальное: й 0 Составитель А, Кондратьев Редактор И. Михеева Техред А. Бойкас, Корректор В. Бутяга Заказ 4008/48 Тираж 618 Полюс ное ЫН И ИП И Государственного комнтета СССР по делам изобретений н от крытий3038, Москва, Ж. - Зб, Раущская наб., д, 4/8 Филиал ППП Патент. г. Ужгородул. Проектная, 42, Способ по п, 1, отличающийся тем, то в ковше обработку ведут лигатурой, ".одержащей, вес. в,/а 3, Способ по п, 1, отличаюи 4 ийся тем,что в литейной форме металл обрабатываютлигатурой, содержащей, вес. %: Кремн.ий 40 - 70Магний 5 - 5Железо Остальное.4. Способ по пп, 1 - 3, отличающийсятем, что смесь магниевой лигатуры с криолитом вводят в реакционную камеру черезцентральную часть ее боковой поверхности,а выводят через нижнюю часть с противоположной стороны камеры,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР623872, кл, С 2 С 1/10, 1976.2. Патейт Великобритании437372,кл. С 21,С 1/10, 1975.